潮力発電

潮力発電とは、潮汐 のエネルギーをさまざまな方法を用いて、主に電気などの有用な形態のエネルギーに変換することによって利用される発電のことである。

潮力発電はまだ広く利用されていませんが、将来の発電の可能性を秘めています。潮汐は風や太陽よりも予測しやすいからです。再生可能エネルギー源の中でも、潮力発電は従来、コストが比較的高く、十分な潮位差や流速を持つ場所が限られているため、その利用可能性が制限されてきました。しかし、近年、設計（例：動的潮力発電、潮汐ラグーン）とタービン技術（例：新型軸流タービン、クロスフロータービン）の両面で多くの技術開発と改良が進んでおり、潮力発電の利用可能性はこれまで考えられていたよりもはるかに高く、経済的および環境的コストも競争力のあるレベルまで引き下げられる可能性があることが示されています。

歴史的に、潮力水車はヨーロッパと北アメリカの大西洋沿岸の両方で使用されていました。流入する水は大きな貯水池に貯められ、潮が引くと水車が回転し、その機械的な力を使って穀物を挽きます。^{[ 1 ]}最も古い例は中世、あるいはローマ時代にまで遡ります。^{[ 2 ] [ 3 ]}落下する水と回転するタービンを使って電気を作るプロセスは、19世紀にアメリカとヨーロッパで導入されました。^{[ 4 ]}

海洋技術による発電量は、2018年に推定16%、2019年に推定13%増加した。^{[ 5 ]}さらなるコスト削減と大規模開発を実現するには、研究開発を促進する政策が必要である。世界初の大規模潮力発電所は、1966年に稼働を開始したフランスのランス潮力発電所である。2011年8月に韓国の始華湖潮力発電所が開設されるまで、出力の点では最大の潮力発電所であった。始華発電所は、254MWを発電する10基のタービンを備えた防潮堤を使用している 。^{[ 6 ]}

潮汐エネルギーは地球の海洋潮汐から得られます。潮汐力は天体によって及ぼされる重力の周期的な変動によって生じます。これらの力は世界の海洋にそれに対応する動きや流れを生み出します。その結果、地球の自転に伴って変化する周期的な海面変動が生じます。これらの変動は、地球の自転と月の地球周回軌道の一定のパターンにより、非常に規則的で予測可能です。^{[ 7 ]} この動きの大きさや変動は、地球に対する月と太陽の位置の変化、地球の自転の影響、海底や海岸線の局所的な地形を反映しています。

潮力発電は、地球と月の系の軌道特性に内在するエネルギー、そして程度は低いものの地球と太陽の系の軌道特性に内在するエネルギーを利用する唯一の技術です。人類の技術によって利用されているその他の自然エネルギーは、化石燃料、従来の水力発電、風力、バイオ燃料、波力、太陽エネルギーなど、太陽から直接的または間接的に発生しています。原子力エネルギーは地球の核分裂性元素の鉱床を利用し、地熱発電は地球内部の熱を利用します。この熱は、惑星形成による残留熱（約20%）と放射性崩壊によって発生する熱（80%）の組み合わせから生じます。 ^{[ 8 ]}

潮力発電機は、潮の流れのエネルギーを電気に変換します。潮位の変動が大きく、潮流速度が速いほど、潮力発電に適した場所の可能性は劇的に高まります。一方、潮力エネルギーは信頼性が高く、エネルギー密度が高く、耐久性も高いという利点があります。^{[ 9 ]}

地球の潮汐は、最終的には月と太陽の重力相互作用と地球の自転によるものであるため、潮汐エネルギーは事実上枯渇することがなく、したがって再生可能エネルギー資源として分類されます。潮汐の動きは、地球と月のシステムで機械エネルギーの損失を引き起こします。これは、海岸線周辺の自然の制限による水の汲み上げと、それに伴う海底での粘性散逸と乱流によるものです。このエネルギーの損失により、地球の形成以来45億年の間に地球の自転が遅くなりました。過去6億2000万年の間に、地球の自転周期（1日の長さ）は21.9時間から24時間に増加しました。^{[ 10 ]}この期間に、地球と月のシステムは自転エネルギーの17%を失いました。潮汐エネルギーはシステムから追加のエネルギーを取りますが、その影響は無視できるほど小さく、近い将来には目立たないでしょう。    

潮力発電は、以下の4つの発電方法に分類できます。

動的潮力発電

動的潮力発電（DTP）は、潮汐流における位置エネルギーと運動エネルギーの相互作用を利用する理論的な技術です。この技術では、 海岸から海や大洋に向かって、周囲を囲むことなく、非常に長いダム（例えば、長さ30～50km）を建設することを提案しています。ダムを挟んで潮汐位相差が生じることで、浅い沿岸海域に大きな水位差が生じ、英国、中国、韓国などで見られるような、海岸線に平行な強い潮汐流が発生します。

大規模潮力発電所の最初の調査は、1924年に米国連邦電力委員会によって行われた。建設されれば、発電所は米国メイン州の北部国境地域とカナダのニューブランズウィック州の南東部国境地域に位置し、ファンディ湾とパサマクォディ湾を囲む様々なダム、発電所、船閘門が建設される予定だった（注：参考文献の地図を参照）。この調査は実現せず、米国連邦電力委員会がカナダにこの調査について打診したかどうかは不明である。^{[ 17 ]}

1956年、ハリファックスの電力会社ノバスコシア・ライト・アンド・パワーは、ファンディ湾のノバスコシア側における商業用潮力発電開発の実現可能性に関する2つの調査を委託した。ボストンのストーン・アンド・ウェブスターとモントリオールのモントリオール・エンジニアリング・カンパニーによる2つの調査は、ファンディ湾から数百万馬力（すなわちギガワット）の電力を利用できるが、開発コストが商業的に実現不可能であると独立して結論付けた。^{[ 18 ]}

1961年4月には、米国とカナダの両連邦政府が共同で作成した「国際パサマクォディ潮力発電プロジェクトの調査」と題する国際委員会の報告書も存在した。費用対効果比によれば、このプロジェクトは米国にとっては有益であったが、カナダにとってはそうではなかった。

カナダ連邦政府、ノバスコシア州政府、ニューブランズウィック州政府は、ファンディ湾河口の末端にあるチグネクト湾とミナス湾における潮汐ダムの可能性を判断するために調査を委託した（ファンディ潮力発電の再評価）。財政的に実現可能と判断された場所は3箇所あり、シェポディ湾（1550  MW）、カンバーランド湾（1085  MW）、コベキッド湾（3800  MW）であった。1977年当時、実現可能性が明らかであったにもかかわらず、これらは建設されることはなかった。^{[ 19 ]}

スノホミッシュPUD は、主にワシントン州スノホミッシュ郡に位置する公共事業地区で、2007 年に潮力発電プロジェクトを開始しました。^{[ 20 ]} 2009 年 4 月に、PUD は、最終的な設置のためのタービンと機器を開発するために、アイルランドに拠点を置く OpenHydro 社を選定しました。 ^{[ 21 ]}当初設計されたプロジェクトでは、発電設備を潮の流れが速い場所に設置し、その設備を 4 ～ 5 年間稼働させる予定でした。試用期間の後、設備は撤去される予定でした。このプロジェクトは当初、総額 1,000 万ドルの予算が組まれ 、その資金の半分は PUD が公益事業準備金から、残りの半分は主に米国連邦政府からの助成金から拠出されました。PUD はこのプロジェクトの一部を準備金から支払い、2009 年に 90 万ドルの助成金、 2010 年に 350 万ドルの助成金を受け取ったほか、準備金を使用して推定 400 万ドルの費用を支払いました。 2010年に予算見積もりは2,000万ドルに増額され 、その半分は電力会社が、残りの半分は連邦政府が負担することになっていた。電力会社はこのプロジェクトの費用を管理できず、2014年10月までに費用は推定3,800万ドルに膨れ上がり、今後も増加し続けると予測された。PUDは紳士協定を引用し、この増加した費用に対して 連邦政府がさらに1,000万ドルを提供するよう提案した。^{[ 22 ]}連邦政府がこれの支払いを拒否したため、PUDは準備金と補助金から約1,000万ドルを費やした後、プロジェクトを中止した。PUDはこのプロジェクトが中止された後、すべての潮力エネルギー探査を放棄し、潮力エネルギー源を所有または運営していない。  

1966年、フランス電力公社はブルターニュ地方のランス川河口にランス潮力発電所を開設した。これは世界初の潮力発電所であった^{[ 23 ]}。この発電所は45年間、設備容量で世界最大の潮力発電所であり、24基のタービンは最大出力240メガワット（MW）、平均出力57MW 、設備利用率は約24%であった。 

世界初の海洋エネルギー試験施設は、英国で波力および潮力エネルギー産業の開発を開始するために 2003 年に設立されました。スコットランドのオークニー諸島に拠点を置く欧州海洋エネルギーセンター(EMEC) は、世界の他のどの単一サイトよりも多くの波力および潮力エネルギー装置の展開を支援してきました。EMEC は、実際の海況でのさまざまな試験サイトを提供しています。グリッド接続された潮力試験サイトは、大西洋と北海の間を流れる潮が集中する狭い水路にある、イーデイ島の沖合のフォール オブワーネスにあります。このエリアは非常に強い潮流があり、大潮時には最大4 m/s (8.9 mph; 7.8 kn; 14 km/h)に達することがあります。このサイトで試験を行った潮力エネルギー開発企業には、アルストム (旧タイダル ジェネレーション Ltd)、アンドリッツ ハイドロ ハンマーフェスト、アトランティス リソーシズ コーポレーション、ノートリシティ、オープンハイドロなどがあります。 Scotrenewables Tidal Power; Voith。^{[ 24 ]}この資源は年間4 TJになる可能性がある。^{[ 25 ]}英国の他の地域では、旋回ブレードを備えた25 GWの容量を設置すれば、年間50 TWhのエネルギーを抽出できる。^{[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]}       

• ランス潮力発電所は、フランスのランス に1960年から1966年までの6年間かけて建設されました。^{[ 30 ]}設備容量は240MWです。 
• 韓国の始華湖潮力発電所（出力254MW  ）は、世界最大の潮力発電設備です。建設は2011年に完了しました。^{[ 31 ] [ 32 ]}
• 中国の杭州南部に位置する江夏潮力発電所は1985年から稼働しており、現在の設備容量は3.2MWである。鴨緑江河口付近では、さらなる潮力発電が計画されている。^{[ 33 ]} 
• 北米初の潮流式潮流発電機（レースロックス潮力発電実証プロジェクト）は、2006年9月にバンクーバー島南部のレースロックスに設置されました。 ^{[ 34 ] [ 35 ]}レースロックスプロジェクトは、5年間（2006年～2011年）の稼働後、運転コストが高すぎて経済的に採算が取れない発電量となったため、閉鎖されました。^{[ 36 ]}この潮流発電機の開発の次の段階は、ノバスコシア州（ファンディ湾）で行われます。^{[ 37 ]}
• ソビエト連邦はバレンツ海のキスラヤ・グバに小規模な水力発電所を建設した。設備容量は0.4MWである。2006年には、1.2MWの実験的な先進直交型タービンが設置され、アップグレードされた。  
• 韓国の珍島ウルドルモク潮力発電所 は、 2013年までに90MWの容量まで段階的に拡張する計画の潮流発電事業である。最初の1MW は2009年5月に設置された。^{[ 38 ]}
• 北アイルランドのストラングフォード湾では、2008年後半に1.2MWの SeaGenシステムが稼働を開始した。^{[ 39 ]} 2016年に廃止され撤去された。^{[ 40 ]}
• 大宇は、仁川北西の江華島 （韓国）付近に812MWの潮力発電ダムを建設する契約を締結した。完成は2015年に予定されていたが^{[ 31 ]}、2013年に計画は撤回された^{[ 41 ]。}
• 2009年、韓国政府は仁川西岸の島々周辺に1,320MW のダムを建設する計画を提案した。環境問題への懸念から、このプロジェクトは2012年以降中断されている。 ^{[ 42 ]}
• スコットランド政府は、スコットランドのアイラ島 近郊に10MWの「オーラン・ナ・マラ」潮流発電機群を建設する計画を承認した。費用は4000万ポンドで、10基のタービンから構成され、5000世帯以上に電力を供給できる。最初のタービンは2013年までに稼働する予定だった^{[ 43 ]}が、2021年に再び発表された^{[ 44 ]}ものの、2023年時点では1基も存在しなかった。  
• インドのグジャラート州は、南アジア初の商業規模の潮力発電所を建設する計画を立てていた。アトランティス・リソーシズ社は、 インド西海岸のカッチ湾に50MWの潮力発電所を建設する計画を立て、2012年に着工予定だったが^{[ 45 ]} 、後に高コストのため撤回された^{[ 46 ] 。}
• オーシャン・リニューアブル・パワー・コーポレーションは、2012年9月にイーストポート近郊のコブスクック湾で試験的なTidGenシステムを正常に展開し、米国送電網に潮力発電を供給した最初の企業となった。^{[ 47 ]}
• ニューヨーク市では、Verdant Power社が、TriFrameと呼ばれる単一の三角形のベースシステム上に、ルーズベルト島近くのイースト川に3基の潮力タービンを設置し、運用に成功しました。ルーズベルト島潮力発電（RITE）プロジェクトは、300MWhを超える電力を地域の電力網に供給し、アメリカの海洋エネルギー記録を樹立しました。このシステムの性能は、スコットランドの欧州海洋エネルギーセンター（EMEC）によって、新しい国際電気標準会議（IEC）の国際規格に基づいて独立して確認されました。これは、潮力発電コンバーターの国際規格に対する第三者による検証の最初の事例です。^{[ 48 ]}
• 最大の潮力発電プロジェクトであるMeyGen（398MW ）は現在、スコットランド北部のペントランド海峡 で建設中で、2018年から6MWが稼働している。^{[ 49 ] [ 50 ]}
• イギリスのスウォンジー 市郊外に320MWの潮力ラグーン発電所を建設する計画は、2015年6月に計画許可が下りたものの、2018年にイギリス政府によって却下された。建設されていれば、人工ラグーンを基盤とした世界初の潮力発電所になっていたはずである。^{[ 51 ]}
• マージー川河口の水路内に最大1GWの容量を持つ潮汐範囲ダムとして提案されているマージー潮力発電は、リバプール都市圏合同当局 による地域協議を受けている。^{[ 52 ]}
• アングルシー島のモルレイスでは、複数の開発業者から最大240MW の潮流発電が提案されており、最初のタービンは2026年に設置される予定である。2024年現在合計38MWの容量が、英国の送電網に電力を供給するための差額契約で 割り当てられています。^{[ 53 ]}
• ウェスト・サマセット・ラグーンは、イングランドとウェールズの間にあるブリストル海峡の南側に計画されている潮汐ラグーンである。年間発電量は6.5テラワット時（TWh）を予定している。

水は空気の約800倍の密度を持つため負荷率が高く、潮汐は風に比べて予測可能で信頼性が高いため、潮力発電は特に魅力的な発電方法である。コスト効率よく利用するには、状態監視が鍵となる。^{[ 70 ]}

SHMは、問題が深刻になる前に特定するための状態とパフォーマンスの継続的な監視です^{[ 71 ]}。特に、潮力タービンや潮力基礎、支持構造物、ケーブルは、長期間の使用において常に過酷な海洋環境や強い水力、繰り返しの負荷、腐食、海洋生物の付着にさらされるためです^{[ 72 ]} 。SHMを監視する方法は様々ですが、SHMを監視する主要な方法の1つは、振動またはひずみの測定です^{[ 73 ]} 。また、温度やその他の運転パラメータを使用してSHMを監視することもできます^{[ 74 ]}。もう1つの方法は音響監視です。ここでは、オペレーターは音響監視から得られた情報を使用して機器の状態を把握し、損傷や機器の故障の兆候を特定して、予測的および状態ベースのメンテナンスの実践を可能にします^{[ 74 ]} 。 故障の早期検出は、予期せぬ故障やダウンタイムを減らし、安全性と信頼性を向上させ、メンテナンスコストを削減することができます^{[ 75 ]} 。構造健全性監視は、深刻な損傷が発生する前にメンテナンスや修理を実施できるようにすることで、タービンやその他のコンポーネントの運用寿命を延ばすこともできます。^{[ 76 ]}潮力発電プロジェクトが大規模な商業展開へと進むにつれて、潮力発電設備の信頼性、可用性、経済的実現可能性を向上させるために、デジタル監視技術と高度な保守システムがますます重要視されるようになっている。

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• ベイカー、AC 1991、『潮力発電』、ピーター・ペレグリヌス社、ロンドン。
• Baker, GC、Wilson EM、Miller, H.、Gibson, RA、Ball, M.、1980年。「アナポリス潮力発電パイロットプロジェクト」、Waterpower '79 Proceedings、編者：匿名、米国政府印刷局、ワシントン、pp 550–559。
• Hammons, TJ 1993、「潮力発電」、Proceedings of the IEEE、[オンライン]、v81、n3、pp 419–433。入手先：IEEE/IEEE Xplore。[2004年7月26日]。
• Lecomber, R. 1979、「潮力発電プロジェクトの評価」、Severn, RT、Dineley, DL、Hawker, LE 編『潮力発電と河口管理』 、Henry Ling Ltd.、ドーチェスター、31-39頁。
• Jubilo, A., 2019、「再生可能な潮力エネルギーの可能性：東ミンダナオにおける技術開発の基礎」、第80回PIChE全国大会、クラウンプラザガレリア、オルティガスセンター、ケソン市、フィリピン。
• 英国の潮汐は、化石燃料からの脱却に役立つだろうか？ BBCニュース。2023年10月22日公開。
• 潮汐ラグーンにおける揚水発電による電力供給の強化。デビッド・JC・マッケイ、キャベンディッシュ研究所、ケンブリッジ大学、英国。2007年5月3日発行。
• 潮流を変える：英国における潮力発電― 持続可能な開発委員会による報告書。2007年10月発行。
• 2007年– グローバルエネルギー調査による報告書。2007年発行。

• 海洋再生可能エネルギーに関する情報ポータルおよびリポジトリ 海洋エネルギー情報への幅広いアクセスを提供するデータベースのネットワーク。
• 海洋エネルギーの基礎：潮流エネルギー 潮流エネルギーに関する基本的な情報。
• 海洋エネルギープロジェクトデータベース 米国および世界各地における海洋エネルギー導入に関する最新情報を提供するデータベース。
• テティスデータベース：海洋エネルギーおよび洋上風力エネルギー開発が環境に及ぼす潜在的な影響に関する情報のデータベース。
• Tethysエンジニアリングデータベース：海洋エネルギー装置の技術設計およびエンジニアリングに関する情報データベース。
• 海洋・水力発電データリポジトリ：米国エネルギー省が資金提供する海洋エネルギー研究開発プロジェクトによって収集されたすべてのデータのデータベース。
• セヴァーン河口パートナーシップ：潮力発電リソースページ
• ストラスクライド大学ESRU—海洋エネルギー資源の詳細分析、現在のエネルギー回収技術の評価、および環境影響の概要
• 沿岸研究 – フォアランドポイント潮力タービンと、計画中のセヴァーン堰堤に関する警告
• 欧州海洋エネルギーセンター– 潮力発電開発事業者一覧 – 2011年7月1日取得（リンク更新日：2014年1月31日）
• 潮力発電に関する資料
• 複合材製潮力発電装置の構造健全性モニタリング（2014年3月25日にWayback Machineにアーカイブ済み）
• 潮力発電：新たなエネルギー源（1959年）
• オーストラリア再生可能エネルギー庁が資金提供する潮力発電プロジェクト