潮流発電：自らしなるゴム製ブレード
· BehindLines 編集部
エディンバラ大学とミシュランの技術者らが、強い流れの中で自ら変形するゴム製の潮流発電タービンのブレードを、実験規模で設計し、試験しました。大学が11月11日に出した発表資料と、学術誌『Nature』に載った研究によると、このブレードは、能動的に可変ピッチを行う硬いブレードと同じだけのエネルギーを生み出し、機械を疲労させる荷重の変動を減らすとされています。
海流の難しさ
大学によると、潮流発電は潮汐を利用します。潮汐は風や太陽光と違い、何年も先まで予測できる資源です。しかし、乱流、波、変化する流れによって、ブレードには絶えず変動する力がかかり、疲労が生じて寿命が縮み、費用のかかる予定外の停止を招きます。発表資料によると、最大級の機械は、モーター、センサー、軸受からなるピッチ制御と呼ばれる仕組みに頼り、流れが強すぎるときにブレードを流れの外へ向けます。大学は、この装置は費用がかさみ、水中での整備が難しく、故障の大きな原因になっていると見ています。『Nature』に載った研究も、こうした能動的な仕組みを複雑で高価だと説明しています。
自らしなるブレード
チームは、水や風に対してしなる魚や木からヒントを得ました。ブレードは柔らかいゴム製で、内部には根元から先端まで硬い鋼の芯が通っています。大学の説明では、流れが強まると後縁がしなって翼型の曲がりが平らになり、蝶番、軸受、アクチュエーターなしで荷重が自動的に下がります。大学はさらに、ゴムの密度は水に近いため、ブレードは水より重くも軽くもならずに水中に浮かぶことができ、荷重の変動をいっそう抑えられると付け加えています。
発表された結果
長さ1.26メートルの試験用タービンが、大学のFloWaveセンターで試験されました。これは実際の海域の乱流を再現する直径25メートルの円形水槽です。測定結果を潮汐の1周期全体のシミュレーションと組み合わせると、大学によれば、このタービンは同じ条件で能動的なピッチ制御を備えた従来型タービンと同量のエネルギーを生み出したといいます。疲労の原因となる急な荷重変動は、発表資料では最大29%、『Nature』の研究では最大3分の1減りました。この研究は、能動的なピッチ制御を備えた硬いブレードと比較しています。20メートルのタービンのシミュレーションでは、商業規模でも同様の効果が見込まれ、予備的な計算では、実物大のブレードが現行タービンに期待される20年の運用期間を超える可能性も示唆されています。
なぜ重要か
大学によると、英国は2035年までに1ギガワットの潮流発電容量を目指しており、推計では2050年までに世界で300ギガワット超になる可能性があります。チームは、この発想がより大きな規模で検証されれば、より軽いブレードと構造、より強力な発電機、より安い整備が可能になり、潮流発電の費用を下げ、現在は厳しすぎるとされる海域にも道が開けると述べています。ただし大学は、この研究はまだ研究段階にあり、産業的・商業的な利用の前にはさらなる開発と試験が必要だと強調しています。