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海水と真水で発電するエコな浸透膜発電(PRO)

 わが国は二酸化炭素を排出する化石燃料に大きくは依存せず電源の基本政策を原子力と定め、各地に原発を建設してきたが、福島原発のメルトダウンから電源を再生可能な自然エネルギーへの政策変換を求める声が次第に大きくなってきた。

 ところが、日本の全発電量に占める割合は大型の水力発電に風力・太陽光・太陽熱など自然エネルギー系の電源を全て足せば約9パーセントだというが、大規模な水力発電を除いた自然エネルギー発電は、まだ、たったの1%だ。この比率はドイツではもう約17%になっている。(ドイツは脱原発へ!)

 菅さんは2020年台の早い時点には再生可能エネルギー比率を20%にするとOECDでいっているが本当にできるのでしょうかね。でも、電力業界の盟主だった東電がコケタのでこれから「電力ルネッサンス」がおこるかも・・・。

 先日、日東電工が「ノルウェー「スタットクラフト社」と浸透膜発電の共同技術開発契約を締結」というニュースをみて「浸透膜発電」というテクノロジーがあると初めて知った。

 以前に日東電工の超純水製造用のメンブレンを使ったこともあったが、ボクの中ではどうしても発電とは結びつかない。ポンプで海水を押し込む逆浸透を利用した海水淡水化装置はヨットにも搭載できる小型の物も販売されている。これも同じようなカートリッジに入ったメンブレンだったが・・・。

 浸透膜発電とは、濃度差がある溶液(海水と淡水など)を半透膜で仕切った際に生じる浸透現象から得られるエネルギーを利用する新しいタイプの発電方式です。
 本共同技術開発では、海水と淡水の濃度の差を利用し、正浸透膜を通して得られた海水側の圧力でタービンを回転させ発電します。
 高効率の発電を行うためには、いかに正浸透膜の透水性を高めるかが重要となります。現在、脱塩用途に一般的に用いられる逆浸透膜では、透水性が低く浸透膜発電の効率を高める事ができないため、新たに浸透膜発電に必要な高い透水性を有する正浸透膜を開発することになりました。
 浸透膜発電を行うためには、濃度差の大きい水源の安定的な確保が必要となり、ノルウェーをはじめ、海水と河川が交わる河口付近や海に囲まれ大きな河川を有する日本など、世界で30ヶ所以上が候補地として期待されています。


浸透膜発電の特長
・有害物質やCO2を排出せず、環境負荷が少ない再生可能エネルギー
・天候、日照時間、昼夜を問わず安定供給することが可能
・設置面積が小さく、広大な土地を必要としない

 ↓浸透圧発電プラントイメージ 
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 海水と河川の淡水の濃度差を利用した発電なので周りを海に囲まれ降水量も多く清流の河川も多いわが国にはぴったりの発電システムのように思う。また予測出来ない風力や日中のみ運用の太陽光とは異なり、河川は常に流れており、いつでも発電可能だという点である。それに、この発電方法ではダムは必要なく、さらにインフラは堤防下に設置することができ、景観を損なったり、野生生物に悪影響を及ぼす可能性もない。用地の乏しい日本でもフットボールスタジアム程度の用地があれば2万5千KWクラスの発電所が設置できるという。
 排出物も有害物はなく発電後の常温の汽水がまた海に返されるだけだ。

 しかし、システムが細かい膜構造なので利用する原水の前処理が大変で、ゴミや濁りのないきれいな海水と淡水が必要なので大都市周辺の河川や内海では難しいでしょうね。ノルウェーでは世界各地の多くの河川とは違い、通常の河川には泥やシルト(沈泥)がないので前処理のコストが少ないので採算に乗りやすいのだろう。

c0041039_8173732.jpg 左画像はすでに2009 年11 月24 日、Statkraft 社はノルウェーのトフテに500 万ドルを投じ、世界初となる浸透膜発電所、PRO 実証プラントを開設している。同プラントはテニスコート程のビル内に2,000 ㎡の表面積を持つ浸透膜を格納、使用している。発電電力は4キロワットと微々たるもので、その5 分の1 の電力は同プラントへの揚水のため使用される。
 可能であれば、この揚水用のエネルギーを削減するため重力が利用されるかもしれない。約3キロワットの電力とは家電製品を2,3 台動かせる程度であるが、同社は2015年までに25メガワットを発電可能な大規模な工場の建設を計画している。

 フットボールスタジアムの規模となるこのプロジェクトは、500 万㎡の浸透膜から成る。同社はいずれPRO 発電がノルウェー全体の電力需要の10%を供給するだろうと構想している。

 ↓PROプラント全体イメージと各装置の画像(クリックすれば大きくなります)
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 ↓浸透膜のイメージは2個のBOXに描いてあるが実際は筒型のメンブレンが数多くの連なった構造になっている。

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 この発電方式ではこのメンブレンの性能と製造コストが事業化のキーを握っている。画像は実証プラントの膜面積が2000㎡のメンブレン群だが2.5万KW用の500万㎡となると単純計算では2500倍のメンブラン群が必要となるが一本あたりの透水率がもっと高い大型のものになるのでしょうね。

(注)PRO:(pressure-retarded osmosis)

【参考Web】:1.日東電工プレスリリース 
      :2.スタットクラフト社 
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by pac3jp | 2011-06-30 08:30 | ウオッチング  

明石海峡でベンチャー企業が潮流発電を試す

 明石海峡付近でヨット遊びを始めたウン十年前からず~っとこの早い潮流をエネルギーとして使えたら良いのにと思っていた。海保が航路ブイの電源に使う実験をしていたが、航路ブイは海中に浸かった過酷な環境のプロペラからエネルギーを回収するより、殆どメンテナンスフリーで使えるソーラーパネルの方が圧倒的に良かったのでしょう。もうやっていないらしい。でも、大出力発電となると潮流に歩があるのかも知れません。

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 昨日、隣の三木市で潮流発電を研究しているベンチャー企業が明石海峡に面した淡路・岩屋港で発電実験する10Kw×2基のテストプラントを漁船に装着したと報道してた。記事によると形はゴミが絡まないように丸みをおびたFRPのマグロ形で、タービンは長さ6m、直径3mだという。こんな大きなタービンを取り付けた船が入れる深い漁港があるのかなと心配している。推進力がなければ船から伸びたテールにタービンがぶら下がるようになるのか、あるいは中性浮力があり一定の深さに保っているだろうか・・・。

 ノヴァエネルギー社のHPから
簡単な発電システムの説明と今後の計画など

 漁船やブイ装着のアクアタイプの発電原理はノヴァ研究所独自開発のアクアタイプ水流タービンは流速1ノット(0.5m/sec)から回転を始めます。水流から生まれた回転力をテール内に組み込まれたフレキシブルシャフトを通し回転力を90度変換させ水上に設置した発電機を回す構造です。この装置を船舶や漁船、ブイやバージに取り付け発電力を蓄電池に充電します。

 今後の計画 2010年、春に10kw型の潮流発電装置を明石海峡に設置予定。
その後、明石海峡大橋固定型発電装置300kw型を橋脚に設置予定。
2020年までに、東シナ海での海流発電装置2,000kw型を800基設置し160万キロワットの巨大黒潮発電所を実現。

 しかし、同社が説明するマグロタービンとその発電能力がマッチしないという異論もあります。こちら→素人に分りやすい話

 ボクは中々壮大な計画で面白いと思うが、海洋に構造物を建設するにはまだまだ開発を要するテクノロジーも多くどうなるかは夢物語ですね。でも、明石海峡大橋に橋脚固定式の300kwの発電プラントが実現したら大したものです!
 発電プラントの技術面でも大変ですが、海上交通の難所で好漁場でもある明石海峡で工事と発電プラントの運用が出来るまでがもっと大変だと思います。まずは岩屋沖の10kw×2のテストプラントの成功をお祈りいたします。

【参考Web】:株式会社ノヴァエネルギーは海流発電のメーカーです。
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by pac3jp | 2010-06-23 15:13 | ウオッチング  

「そうりゅう」のスターリング機関発電装置

c0041039_8265551.jpg 昨年12月に進水したAIP潜水艦「そうりゅう」に搭載されているスターリングシステムはどんな燃料をどう燃焼してどんなガスでピストンを動かすのだろうと思っていたが、つい最近川崎重工が発刊した「原動機100年史」の「スターリングエンジンの製造史」の項に「そうりゅう」のスターリング機関発電装置のライセンス国産へ向け研究開発してきた経過からボクが知りたかったレベルのシステム概要はわかった。

 左の図がスウェーデン海軍で実用化されたコッカムス社のスターリングエンジンの構造と主要目だ。
 艦内タンクに貯蔵された液体酸素を高圧酸素としケロシンを燃料ととして使用している。このスターリングエンジンは、下部がディーゼル機関に近い構造をしているが、上部の構造はガスタービンの燃焼器に近い構造をしている。
 製造にはスターリング機関特有の高圧作動ガス(ヘリウム)のシール技術、ガスタービンにも勝るとも劣らない耐熱耐食材料技術が要求される。
 また、機関本体のほかに周辺装置である液体酸素貯蔵供給装置、排気ガス放出装置などが必要。

 研究試作段階では冷却器及び加熱器などからのヘリウム漏れ、高温用熱電対の断線および燃料噴射ノズルでの著しい不均一燃料噴射などの不具合が発生したが、ライセンサへ情報を提供し部品交換や改良などで研究試作段階が終わる頃にはトラブルはなくなったようだ。

c0041039_829049.jpg 16SSに搭戴される前に練習艦「あさしお」の船体を切断してスターリング機関2群を組み込んだAIP区画を追加し実用試験を行った。液体酸素貯蔵供給、排ガス放出、発電システム制御、防音・防振の各技術の確認が行われた。この実用試験中、熱電対の断線、配管からヘリウム漏れ、弁類の固着など不具合もでたが迅速に部品交換、修理を行い支障なく実用試験は終了したという。

 「そうりゅう」のスターリング機関発電装置は練習艦「あさしお」搭載のMkⅡ型から加熱器、燃焼容器の改良や配管数の削減による部品寿命や整備性の改善が図られたMkⅢ型が搭戴されることになった。(上の画像)

 「そうりゅう」にはこの発電プラントが4群搭戴されている。合計240kwの電力が発生し、潜航中のバッテリー充電や艦内電源に当てられ、より長時間の潜航が可能になるのでしょうね。
 また、システム搭載による艦の大型化を抑えるため、発電機の小型化、機関及び発電制御装置の統合などのハード面の改良と酸素タンク圧力の過昇を抑えるための減圧運転機能などのソフト面の改良も実施された。
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 上の画像、少し見難いが、スターリング機関系統図を見ていたらこんな疑問がでてきた。
●酸素や燃料の配管にそれに燃焼室まで緑の窒素ガス管が接続されているのはエンジンの運転を止める時か或は非常停止でしょうか?。
●水色の冷却水系はエンジン容器やシリンダー冷却器、排気ガス冷却などは清水冷却なのでどこか別に海水との熱交換器があるのでしょうね。
●排気ガスは海水に溶かして放出するのでしょうが、泡がでてプクプクと音がでるとまずいのでどうするのでしょうね。  ど素人の疑問でした・・・。

 そして、下記参考図書によると川重は既に18SS(H18発注の潜水艦)用のスターリングエンジンの国産に着手したあった。

【関連記事】:新鋭AIP潜水艦 501「そうりゅう」
【関連記事】:静かに動くジェネレーター

【参考Web】:スターリングエンジンて何?

【参考図書】:原動機事業100年のあゆみ  川崎重工業㈱ 機械ビジネスセンター
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by pac3jp | 2008-04-18 08:39 | ウオッチング  

「Whisper GEN」神戸国際ボートショウ 2007 Part2

【静かに動くジェネレーター】
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 ボルボエンジンを展示していたミズノマリンのブースで面白い物を見つけた。外観はライフラフトを縦にしたような大きさで台の上に載って動いているようには見えなかったが、稼動中のマリン用DC発電機だという。100Vの電球が数個天井で点灯している。
 エンジン音がしないのでどんなエンジンかと聞いたら「スターリング・エンジン」と返事があった。どっかで聞いたことはあるがよく思い出せないが、外国の潜水艦がそのような技術を使っていたようだった・・・と、そこまでは古い記憶から出てきたが、仕組みまでは分らない。
 ミズノのスッタフに詳しく聞くと、なんとか概要は理解できた。普通のエンジンはシリンダーの中で燃料を燃やしてエネルギーを発生する内燃機関だが、スターリングエンジンは加熱・冷却したガス(空気や窒素など)をシリンダーに送り込み、そのピストンの動きを回転力に変換にて動力を取り出す外燃機関なんだ。

商品名は「Whisper GEN」。“ささやくような発電機”とでも訳すのだろうか、やかましいディーゼル発電機に較べてずっと静かなんでしょうね。そう言えば大昔に聞いたスチームエンジンの音は割合静かだった記憶がある。
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 で、凡そのシステムの概要
燃料ディーゼル→ バーナーで燃焼→ スターリングエンジン・ジェネレーター→ DC12V出力(800W)→ バッテリーバンクに充電→ インバータ→ AC出力となる。  エンジン運転に伴う熱源から温水ボイラーやルームヒーターを使うことが出来る。

 メーカーのWebに詳しい原理や装置の詳細が解説されている。また、ボートやヨットへ多くの搭載実績のリストがあった。日本の代理店によれば、まだ価格がチョット高いので実艇装備の輸入実績はない様である。スターリングエンジンは非大気依存推進機関(AIP)と呼ばれていて、運転音が静かで高出力はでないが、バッテリー充電のように低出力で長時間の運転や、暖房などで熱源の再利用が可能なのでヨット・ボートにも最適だ。でもこの展示されているタイプは小さな排気ガスの煙突がついていた。
 一方、軍用にはディーゼル潜水艦のエンジンに併設して充電しながら長時間の潜航が可能となる大きなメリットがあるらしい。



日本の海上自衛隊でも16年度計画の2900トン型潜水艦(16SS)で採用されることになっている。その狙いは、ディーゼル/電池推進機関に加え、初めて「非大気依存推進機関(AIP)」のスターリング・エンジンが搭載されることでこれまでにように潜水艦は海面近くまで浮上して外気をシュノーケルで取り込みディーゼル機関を運転して発電する必要がなくなり、頻繁に浮上して電池を充電する必要が減ることから、被探知の危険も減らすことができる。外燃機関であるスターリング・エンジンは燃焼時に大気※を必要としない。このため潜ったままでも充電が可能となる。同エンジンはスウェーデンのコックムス社製(川崎重工がライセンス国産)が4基搭載される予定だ。

世界で最初にスターリングエンジンを搭載した潜水艦を実用化したのはスウェーデン海軍のゴトランド級潜水艦だ。この艦は設計当初からスターリングエンジンによる非大気依存推進を用いる潜水艦で、数週間程度連続して潜行を続けることができる。機関が静粛である上、反響を抑える特殊な外殻を持っているため、ソナーによる探知はきわめて困難であるとされている。建造は1992年に始められ、就役は1995年から1997年にかけて行われた。現在までに3艦が就役している。現在一番艦のゴトランドは米海軍に貸与。
※酸化剤は液体酸素を使うといわれている。


c0041039_1071648.gif 昔に較べてずっと電気の消費が多くなってきた最近のクルージングヨットも常時稼動の静かなジェネレーターが欲しいフネもあるだろう。特に寒い地方へクルージングするヨットは発電しながら暖房できるシステムは絶好だね。燃料もポータブル冷蔵庫をカセットガスで動かしているイワタニの商品などもあるが、フネではガスよりもディーゼル燃料の方が安全だし備蓄も多い。
右の図はヨット内の機器配置のイメージ図です。→
(クリックすれば大きくなります)

 初物装備に興味のあるヨット・ボートのオーナーさま、一度お試しになったらいかがでしょうか?
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by pac3jp | 2007-04-11 10:30 | ヨットの艤装と艤装品  

屋久島の小さい発電所

 クルージングをしていると、半島や岬の先端ではいつも結構な風が吹いている。
そして良く見ると、山の尾根沿いに風力発電の風車が設置されているのを最近になって良く見る。環境にやさしい自然のエネルギーの有効利用であるが、まだ人々の生活を支える基幹のエネルギー供給源ではない。

 今年4月にクルージングで屋久島に行った。昨年はトカラ列島クルージング中の一時寄港で「首折れサバ」を食べただけだったが、今回は世界遺産の島を観光した。定番の屋久杉の数々、聞いてはいたが行ってみるとその圧倒的な生命力に感動する。そしてその杉が長く生きてきた渓谷。又、渓谷を流れ落ちる豊かな水。
 
 ヨットで島の近くを通ると渓谷を水量豊かに流れ落ちる滝を見る事が出来る。

 自然エネルギーのうち最も古くから人々に使われてきたのは水力だろう。そして、この島は水力発電の電力エネルギーですべて賄われていて、電力は島内で自給自足されている。

 ここは鹿児島県で九州電力の電源供給エリアであるが、6万KWの水力発電所も配電設備も地元の企業と住民団体がほとんどを管理運営している。

 宮浦港のビジターセンターの近くにミニ水力発電所があった。幹線道路沿いのスーパーの駐車場脇にあるが、ガラス張りなのでデモ用かもしれないがしっかりと運転はされていた。

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 上の画像で建物の右側から導水管で水が入り、水車発電機が廻り、手前の川へ放水されている。

 左の画像は発電所の中です。水車と発電機が見える。壁に制御盤が取り付けてあったが、複雑な装置は何もなかった。

 世界遺産に指定されてから屋久島への観光客が多くなり、観光と自然保護の協調をより一層図らなくてはならないようになってきたようだ。

 宮之浦川から登って行く白谷雲水峡では環境保護の為の施設や駐車場、トイレなどに使用する電力はここでも小さい水力発電所で発電されて施設に供給されていた。麓から電柱を立てて電気を送る事もないしディーゼル発電機で排気ガスや騒音を気にしなくて良い。

 水が豊かにある屋久島ならでの素晴らしい発想だと思う。

 屋久島の宮之浦港を出港する時、漁協さんで当地のお水を100リッターばかり頂く。大変美味しかったように思った。
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by pac3jp | 2005-07-09 08:42 | クルージング