潮汐農場

潮力発電所は、電力生産のために使用される潮流発電機のグループです。潮力発電所を費用対効果が高く環境に配慮したものにするにはニッチな要件があるため、潮力発電所の可能性は世界中の適切な場所の数によって制限されます。^[1]

潮力発電所は比較的新しい再生可能エネルギーの一種です。潮力発電所の開発には多額の投資が行われており、長期的な影響や利用例も検討されています。^[1]

2016年、フランスのブルターニュ沖16マイルに潮力発電所が設置されました。これは、連結された潮力タービンの可能性を実証するために設計されました。しかし、このプロジェクトは2017年に腐食のために失敗し、両方のタービンは撤去されました。^[2]

イランでは、潮流エネルギーの安定性から、潮流エネルギーの開発に関心が寄せられています。タルビアト・モダレス大学土木工学部は、これらのファームの潜在的な関心地域を特定しました。その地域には、ペルシャ湾、オマーン海、ホウラン海峡、ヘンガム島、グレーター・トゥンブ島が含まれます。エネルギーコスト、発電量、関税率、投資収益率も、大学の研究グループによって分析され、研究された要素です。^[3]

ブリストル海峡では潮力発電所の潜在的な環境影響に関する研究が行われてきました。この研究では、それぞれの場所で適切な環境評価を行う必要があると結論付けられました。^[4]

タービンファームのレイアウト設計には数学的最適化アプローチが用いられます。これらのモデルは、候補地が適切な地形で、環境への影響が最小限で、経済的に実行可能かどうかを判断するために使用されます。研究開発を通じて、タービンの数、タービンの位置、ファーム全体の利益などの要素を正確にテストし、予測することができます。 ^[5]

潮力発電所は、電力を生産するためにグループ化された潮流発電機を利用します。これらの発電機は、移動する潮を利用して、陸上で使用される風力タービンに非常によく似たタービンを回転させます。海の力とタービンの高度な技術により、通常の風力タービンよりもはるかに予測可能なエネルギー出力が保証されます。タービンは通常、発電機を可能な限り効率的にするために、潮の活動が活発な地域に設置されます。潮力発電所のユニークな点は、より多くのエネルギーを生産できるようにグループで設置されていることです。発電機は陸上の変電所に接続され、電圧を高電圧から低電圧に、または低電圧から高電圧に変換します。これらの発電機は、半潜水型または海底に固定できます。使用されるタービンは、水の密度のために非常にゆっくりと動きます。これは、魚が死ぬ危険なしに自由に通過できるため、水生生物にとって非常に有益です。一部のタービンは、水の流れが速いか遅いかに関係なく、灌漑用水路、川、ダムでも使用できます。^[6]

スコットランドは、潮力エネルギーを代替エネルギー源として利用する取り組みにおいて、主要なリーダーの1つです。2012年、スコティッシュパワーは、新技術の予備試験を行った後、オークニー諸島沖に30フィートのタービンを設置しました。^[7]現在、スコットランドは潮力発電で世界をリードし続けています。スコットランドの企業であるオービタルマリンパワーは、オークニー沖での大規模なプロジェクトを含む強力な潮力タービンを誇っています。オービタルO2タービンは2MWのエネルギーを生成でき、2021年に設置されました。^[8]

オーシャンフロー社はシーメンスの技術を使用して半潜水型タービンを設計しました。作成されたモデルは、海の状況に優れた耐久性があることが証明されています。同社は、このモデルは周囲の生態系に与える妨害が少なく、展開コストも低いと主張しています。このモデルのセットアップの重要な特徴は、タービンが載るプラットフォームです。これは、 2006年にニューカッスル大学海洋科学技術学部で開発されました。このプラットフォームは、深海の厳しい条件に耐えるのに適しています。オーシャンフローのシニア開発エンジニアであるマーク・ノスは、このプロジェクトについてコメントし、テスト用に1/40スケールのモデルと1/10スケールのモデルを作成したと述べました。両方のモデルがテストされ、有望な結果が得られました。^[9]

北米は、 GDPや人口の観点から見て、他のどの地理的地域よりも潮力発電所が少ない。潮力は、正しく利用すれば、米国の電力消費の15％を占めることができると推定されている。^[10]北米で最初に電力網に接続された潮力発電設備は、2012年にメイン州コブスクック湾に、オーシャン・リニューアブル・パワー・カンパニーによって敷設された。^[11]予備的な装置は、フル稼働で180キロワットを生成する。さらに2つの装置を設置する計画は、2013年の時点で棚上げされている。潮力発電機は、2009年にファンディ湾の強力な潮流のために、損傷を受け、その過程でいくつかのブレードが失われた。 2016年秋には、同じ2社による合弁会社が、コブスクック湾を含むファンディ湾に2メガワットの潮力発電機を設置することに成功しました。^[12]新しい潮力発電機を地元の発電所にうまく統合し、接続された電力網により、1日あたり推定150～200世帯に電力を供給しています。^[11]

• 半潜水型タービンはより高価なタービンですが、長期的にはより安価で、コスト効率に優れています。タービンは固定支柱に接続されており、タービン発電機はメンテナンスのためにいつでも上げ下げできます。

• 水平軸タービンは風力タービンによく似ています。ブレードは流れの方向と平行な中心軸の周りを回転します。

• 垂直軸タービンのブレードは、流れの方向に対して垂直で、通常は水面から吊り下げられた中心軸の周りを回転します。このモデルの利点の 1 つは、水の動きの方向に関係なく効率がよいことです。

• 振動発電機には、レバーアームに取り付けられた水中翼があり、水がその上を移動すると上下します。

• 潮汐凧は、ケーブルで海底に固定され、水中で広範囲に動くことができるタイプの発電機です。

• アルキメデスのスクリュー発電機は、水がスクリューの形状に沿って移動すると回転します。特に水位が低い潮汐地帯で効果的です。^{[13] [14] [15]}

潮力発電農場に関する数少ない環境上の未知の点の 1 つは、タービンが設置される地域の植物に脅威を与える可能性があることです。^[16] しかし、ブレードを通常よりも低速で回転させることにより、風力タービンは潜在的な環境問題の一部を排除できます。発生する可能性のあるもう 1 つの問題は、タービン内部の金属部品が海水によって腐食するのを防ぐためにタービンを防水にすることです。

現時点での潮力発電所の大きな欠点の 1 つは、他の再生可能エネルギーに比べてコストが比較的高いことです。潮力発電所で生産される電力は、風力発電の 7 倍から 14 倍のコストがかかります。^[17]また、潮力発電所は現在、高い投資コストを伴います。各サイトの固有の特性により、潜在的な電力出力を最大化するには、各タービンアレイの設計に広範な研究と最適化を行う必要があります。サイトごとに異なる主な要因には、深さ、海底の傾斜、水の流れの速度などがあります。これらの自然要因は、使用される発電機の種類と配置方法に影響を与えます。^[5]

潮力発電所に関連するもう一つのコストはメンテナンスです。メンテナンスのほとんどは定期的なもので、年に1～2回行われますが、故障を修理するためにクレーンなどの大型機械を使用する必要がある場合、緊急メンテナンスにはコストがかかります。^[18]

潮汐農場は、設置されている環境に多くの環境的および生態学的変化をもたらす可能性があります。これらの農場の構造は、潮汐パターン、堆積物の流れ、および水柱の乱流に変化をもたらします。^[19]潮汐パターンは、農場自体の構造に応じてさまざまな方法で影響を受ける可能性があります。構造とは、サイズと断面積を指します。なぜなら、ブレードの数や農場にかかる負荷は、水全体の高さにあまり影響を及ぼさないためです。これらの影響により、満潮と干潮の両方が低下し、全体として水位が低くなることが見られます。^[20]ただし、ブレードの数とシステムへの負荷は、潮位の範囲に大きな影響を与えます。潮位の範囲は、最も密集した農場の観察で最大42％減少し、周囲の地域の32％が破壊される可能性がありますが、制御可能です。 2ローター式タービンを使用すると、被害は19%にまで軽減され、5ローター式タービンを使用すると、被害はわずか5.4%にまで軽減されます。これは、水の流れの変化を緩和するために、タービン自体の広い表面積に水の作用を分散させることによって実現されます。^[21]

堆積物の流れは、潮力発電所の導入によって影響を受ける。潮力発電所は堆積物を移動させる乱流を生み出すだけでなく、その周囲の生態系も変化させる。これまで堆積物があまり増えなかった地域に堆積物が増えると、草地のような場所は堆積物に覆われて消滅する可能性がある。海底の地形は、新たな乱流による新たな堆積物の流れのパターンによって変化する。発電所の周囲に砂州などの新たなものが形成され、当初予想されていた以上の変化を引き起こし、周囲の環境にさらに大きな影響を及ぼす可能性がある。^[19]

水柱は乱流を通して伝わる力が潮汐地帯に吸収されるため、複数の危険にさらされる。波は水の背後にあるエネルギーの減少によって直接影響を受け、弱くなり、これもまた複数の生態系を破壊する可能性がある。また、魚やカニなどの多くの種が生存と栄養のために利用する乱流が減少するため、潮間帯にも影響が出るだろう。騒音や電磁場などの他の要因も環境に問題を引き起こすが、生態系の地形や生命に与えた影響ほどではない。^[19]

潮汐農場は主に、潮汐堰堤、沼地、潟湖、その他の潮間帯の水域に設置されます。これらは渡り性湿地鳥の生息地として最もよく利用されます。潮汐農場を設置すると、鳥の餌場が水没するレベルまで水位が上昇します。餌場が失われると、死亡率が上昇します。^{[22]さらに、}エクセター大学の教員が英国ソルウェイ湾の湿地鳥に関する研究を実施しました。これらの研究では、特定の種類の潮汐農場の影響はごくわずかであると結論付けられています。ソルウェイ湾の水質汚濁生息地に対する潮汐農場の影響は、最大規模のケースでも比較的低いことがわかりました。^[22]この研究では、シミュレーションと同様の容量を持つ現在の施設では、コンピューターで生成された施設よりも潮間帯の損失が少ないことが強調されました^[22] 。得られた結論の一つは、今後の研究では海鳥全体への影響ではなく、個々の種の脆弱性に焦点を当てるべきだということである。

湾、入江、河口内での潮汐堰堤の建設は、種間の関係が普遍的に影響を受ける数少ない事例の 1 つです。潮汐水の保持により、上層から中層の海岸生息地を支配する種のスケジュールが変わります。同時に、下層の海岸はより長い期間水没したままになります。その結果生じる強制生態系は、潮汐摂食者である魚を除いて、存在するほとんどの種に混乱をもたらします。満潮期間が長くなると、餌を探す機会が増えるため、これらの事例では個体数の増加が見られます。^[19]

より大きな潮汐堰堤の構造は、それぞれの生息地の洗掘と堆積を変化させます。洗掘と堆積とは、水域の底に沿った堆積物の移動と交換を指します。ミシシッピ州ビックスバーグにある米国陸軍工兵研究開発センターは、自然の堆積物の堆積が妨げられると、海底の植物の芽が変化によって適切に成長できなくなるため、海底植物の死亡率が直接的に上昇すると述べています。これは、海底に生息する底生生物にとってさらに壊滅的です。底生生物は海底の流れの変化に簡単に影響されるからです。これらの生物は大気の変化に非常に敏感で簡単に移動できないため、これを防ぐのも困難です。^[19]

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