海洋温度差発電プロジェクトが米国で進行中。地熱に続く「グリーンなベース電力」めざす

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海表面の温水と深海の冷水の温度差からエネルギーを取り出す「海洋温度差発電」の研究開発が、米オークリッジ国立研究所(ORNL)などを中心に進んでいるとのこと。米国の宇宙航空機器大手ロッキード・マーチンが出資する技術革新事業の一環として開発が行われており、遠洋で活動する米軍のエネルギー補給拠点としての利用なども検討されているようです。

海洋温度差発電プラントの完成予想図 (Image courtesy of Oak Ridge National Laboratory)

熱帯では、海の表面温度は約25℃であり、一方、深さ3000フィートでの水温は約5℃となります。ORNL 材料科学技術部門のJames Klett氏は、「20℃の温度差を利用して発電を行うことが可能」と言います。

海洋温度差発電は、海水の温度差を利用して、閉ループ・ランキンサイクル方式のタービン発電機を回す仕組みです。ランキンサイクルでは、最初に、ポンプで汲み上げた25℃の表層水を熱交換器に通し、アンモニアを沸騰させます。そして、気化したアンモニアを使ってタービンを回転させ、発電を行います。次に、5℃の深層水を使ってアンモニアを冷却。冷えたアンモニアが、熱交換器(コンデンサ)内部で液化。以下、このサイクルが繰り返されます。

現在の技術レベルでは、商用の海洋温度差発電プラントを稼働させるために、最低でも20基の巨大な熱交換器が必要であり、大きなコストがかかるという問題があります。そこで、Klett氏らの研究チームは、グラファイト発泡体を使った新しい熱交換器を開発。グラファイト発泡体は大きな表面積と高い熱伝導性を兼ね備えており、熱伝達ユニットの性能を向上させつつ、設備のサイズとコストを減らすことが可能であるといいます。熱交換器の効率が2倍になれば、そのサイズは半分で済むため、海洋温度差発電プラントへの設備投資を縮減でき、より実用的で環境負荷の低い発電が可能になります。また、熱交換器のサイズは変えずに、同じコストで2倍の電力を得ることも可能です。

グラファイト発泡体。熱交換器の熱伝達性能向上とサイズ・コスト削減が可能 (Image courtesy of Oak Ridge National Laboratory)

100MWの海洋温度差発電プラントでは、熱交換器のコストが全設備投資コストの25%を占めるという試算が報告されています。また、グラファイト発泡体を使った熱交換器では、そのコストが50%削減される可能性があるとされます。海洋温度差発電のフットプリントのかなりの部分を占める熱交換器のサイズを半分にできれば、海底油田・ガス田の掘削に使われている既存のプラットフォームを流用することもできるため、コストのかかる専用プラットフォームを新たに作る必要もなくなるといいます。

海洋温度差発電は、化石燃料を用いず、副生成物も生じないグリーンエネルギーの一つですが、Klett氏が強調するのは、それが太陽光発電や風力発電と異なり、気象条件に左右されずに常時発電可能なベース電力となり得るという点です(再生可能エネルギーのうち、ベース電力として使えるのは今のところ地熱発電しかありません)。試算によれば、海洋温度差発電の発電能力は、海水温や地球環境に影響を及ぼすことなく、3~5テラワットに達する可能性があるとのこと。これは米国全体の発電能力をも上回るものであり、「海洋温度差発電の実用化によって、ベース電力の大部分を再生可能エネルギーで賄えるようになれば、エネルギー革命が起こる」とKlett氏は言います。

Klett氏の研究チームでは、直径3フィート、長さ20フィートの実験室規模の熱交換器を作製し、NELHA(Natural Energy Laboratory of Hawaii Authority)での試験を行うためにハワイに輸送したところだといいます。ハワイは地熱にも恵まれており、2030年までに海外へのエネルギー依存度を40%削減するという目標を掲げています。海洋温度差発電は、この目標を達成する上でも、非常に魅力的な選択肢であると思われます。

また、海洋温度差発電用の熱交換器に使われている技術は、ヒートポンプ、海水の脱塩処理、液化天然ガスの再気化など、熱交換器を必要とする他の技術にも広く応用可能とのことです。


発表資料

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