OTEC、ロング

2025年までにアフリカの島国サントメ・プリンシペに1.5MWの商業規模の海洋温度差発電（OTEC）プラットフォームを導入するプロジェクトが主要な設計認証を取得した。 この重要なマイルストーンは、長年追求されてきたベースロード洋上再生可能技術であるOTECを妨げてきた技術的リスクに直接対処するものである。

英国に本拠を置く企業 Global OTEC Resources は 4 月、冷水ライザーの設置方法に関する最初の承認証明書を受け取りました。冷水ライザーは、海水を海洋から海水タンクに、またその逆に海洋 OTEC プラットフォームから輸送するために使用されるパイプです (参照)以下のサイドバー）。 この証明書は、高リスクの海洋建設および輸送プロジェクトに対して独立した第三者による技術レビューを提供する海洋保証調査会社 ABL グループによって付与されました。 Global OTECは、「OTECの設置が直面する技術的課題と、OTECの導入が失敗してきた長い歴史を考慮すると、このマイルストーンは特に重要である」と指摘した。

Global OTECの創設者兼最高経営責任者（CEO）のダン・グレッチ氏は、「歴史は重要な教師であり、私たちは歴史から学ぶことに全力を尽くしている」と述べた。 同氏は、「これまでのOTECプロジェクトの失敗は、我々がどこに注意を払うべきかを浮き彫りにしている。そのため、初期段階からのサードパーティによる技術デューデリジェンスが我々の成功には重要である」と述べた。

1. Global OTEC は、初の商業規模の海洋温度エネルギー変換システムとなるものを設計しました。 ドミニクという名前の 1.5 MW 浮体式プラットフォームは、2025 年にサントメ・プリンシペに設置される予定です。提供: Global OTEC

Global OTEC の主力プロジェクトは、2025 年にサントメ・プリンシペに設置される予定の浮体式 1.5 MW OTEC プラットフォーム「Dominque」です (図 1)。 同社は、このプラットフォームは「初の商用規模のOTECシステムになる」としている。

OTEC は、海洋に吸収された太陽放射を電力に変換するためにフランスの物理学者ジャック・アルセーヌ・ダルソンヴァルによって 1881 年に提案された技術であるため、これは重要です。 OTEC は、継続的な電力だけでなく、新鮮な飲料水や冷凍用の冷水を供給することが実証されています。 しかし、1930 年に最初の実験用 22 kW 低圧タービンが配備されて以来、十数機の試作機が断続的にテストされてきましたが、商業規模のプラントは存在しません。

OTEC は基本的に、海洋の温度勾配 (暖かい表層水と冷たい深層水の間の 36 °F 以上の温度差) を利用して発電サイクルを推進しようとしています。 「海は地表の約 70% を占めているため、太陽エネルギーの広大な受け取り場所であり、貯蔵庫でもあります。波、風、潮汐、海流はすべて海洋再生可能エネルギーの形態であり、時間や季節によって変化しますが、逆に、 OTEC システムにより、24 時間 365 日、一定の電力を生成できます」と、国際エネルギー機関 (IEA) の海洋エネルギー システム (OES) 技術協力プログラムが 2021 年 10 月の白書で説明されました。

既存のプロトタイプは通常、設置場所に応じて 3 つの基本構成に従っています。陸上、海岸から比較的近い距離。 大陸棚の端に取り付けられます。 または、船体の真下で深層冷水にアクセスできる浮遊プラットフォームまたは船上で。

さらに、OTEC は通常、クローズド サイクル、オープン サイクル、またはクローズド サイクルとオープン サイクルのハイブリッドという 3 つの主要なタイプの発電システムを活用します。 クローズド OTEC サイクル システムでは、低沸点の液体であるアンモニアが、温かい海水で加熱された蒸発器 (熱交換器) にポンプで送り込まれ、発電機を駆動するタービン内で作動流体が膨張します。 膨張した蒸気は、別の熱交換器で冷海水を使用して凝縮されて液体に戻ります。 オープンサイクルでは、部分的に真空になったチャンバー内で海水が蒸気に「フラッシュ」された後、海水自体が熱力学的流体として機能します。 この蒸気は蒸気タービンを駆動するために使用され、排出された蒸気は冷たい海水を使用して凝縮されます。

IEA の OES によると、世界で最も重要な試験の 1 つは、1980 年から 1981 年にかけて実施された 1 MW 閉サイクル試験ループである米国エネルギー省の浮体式 OTEC-1 プロジェクトでした。このプロジェクトは、水平発射、曳航の実現可能性を証明しました。そして、特殊なモーション デカップリング ジンバルを使用して、3 本の高密度ポリエチレン (HDPE) 冷水パイプ (CWP) の束を米国海軍改造タンカーの下側に接続し、その後切断することに成功しました。 これは「特に石油産業の技術を活用すれば、より大型のCWPを設計して設置することが可能であるという確信を与える」ものであり、これが「OTECにとって重要な不確実性」をもたらしているとOESは述べた。

「ライザーパイプは、流体をある場所から別の場所に移動させる垂直パイプです。私たちの場合、これは海面下から海面まで移動します」と Global OTEC Resources は説明します。 「OTEC ライザーにはさまざまな形式があり、フレキシブル チューブ、耐海水性金属合金、またはコンクリートで作ることができ、一部のテストはガラス繊維などの複合材料で行われたこともあります。」

大規模な OTEC 発電用の冷水ライザーには、熱交換器に十分な水流量を与えるために大きな直径が必要であると同社は指摘しています。 「これらのライザーは直径が数メートル（m）、長さが 750 m を超える場合があります。場所によっては 1,400 m もの高さが必要です。」 ライザーはまた、「ボートが風や波で動くときの船の動き、パイプは静止したままにしようとするとき、海底に向かって遠くまで伸びる可能性のある海流の横方向の力、そして引き起こされる長期的な周期荷重に耐える必要もあります」上記の問題によります。」

弾力性のあるライザーの設計は永続的な課題をもたらし、OTEC の商業的実現可能性を長い間妨げてきました。 「これらの設備の計画耐用年数は数十年であるため、その期間にわたってこれらすべての力に耐えられるライザーを設計することは非常に困難になる可能性があります。」と Global OTEC は述べています。 「冷水パイプが破損すると、OTECサイクルが機能しなくなり、電源喪失が発生し、破損箇所によっては船舶自体に危険が及ぶ可能性があります。」

最近の注目すべきプロジェクトには、ハワイの研究センターにあるマカイ オーシャン エンジニアリングの陸上 105 kW OTEC プラントや、韓国船舶海洋工学研究院 (KRISO) が主導し、ハワイで操業を開始した 20 kW OTEC 浮体式パイロット プラントなどがあります。 2012. KRISO は現在、韓国の東海 (浦項付近、図 2) でテストされたシステムの試験運用に基づいて、太平洋の小さな島キリバスで 1 MW OTEC デモンストレーションを開発中です。

「1MW OTECの実証は24℃の海水温度差を想定して設計されており、韓国での試運転（温度差18.7℃の動作条件で出力338kW）に成功しました。」 KRISO主任研究員であるHyeon-Ju Kim氏は、2022年7月に公開されたインタビューでOESに語った。 「将来、赤道付近での1MW OTECプラントの実証が成功すれば、有能な専門家は10、100、400MW OTECプラントの規模について前向きな見通しを徐々に描くことができるだろう。」

OTECの開発は日本でも進んでおり、2016年には沖縄県久米島で100kWのOTEC実証が系統に接続された。 沖縄県（久米島町）向けのプロジェクトを運営・維持しているOTEC発電機ゼネシスは、プロジェクトパートナーである日本の運送会社商船三井（商船三井）および佐賀大学とともに、実証実験（図3）が現在も稼働していることを確認した。

2023年3月、両パートナーは「地域共生と分野を超えたカーボンニュートラル」のための技術開発プログラムに基づき、日本の環境省の支援を得て、OTECプロジェクトを「2026年頃までに」商業規模の1MWに拡大することになった。 2022年度から2024年度にかけて発電量200kW相当の並列型チタン製大型熱交換器を製作し、その性能を検証し、OTECの実用化に向けた海水からの大規模熱回収技術の確立を目指します。とパワー氏は語った。

3. 日本の沖縄県が所有する現在進行中の 100 kW 海洋温度差エネルギー変換 (OTEC) 実証施設は、商業規模の 1 MW 施設に拡張される予定です。 提供：商船三井

商船三井は「気象条件に大きく影響されない」ベースロード電源としてのOTECの可能性を高く評価した。 また、「海洋深層水を発電に利用しても水質が変化せず、温度も低いので漁業や農業、空調などの二次利用が可能」というメリットも挙げられます。 商船三井は、長年潜在していた技術を商業化する世界的な試みが失敗に終わったことを認めた一方で、「国内外でOTECを迅速に商業化する」取り組みは、モーリシャスのプロジェクトでの沖縄実証の研究を検証するプロジェクトによって強化されると述べた。

同社は「モーリシャスは2030年までに再生可能エネルギーの割合を60％に引き上げるロードマップを策定した」と述べた。 「モーリシャスでは、天候に左右されず24時間確実に発電できるOTECは、インド洋に面した地理的有利な島であることから、大きな可能性を秘めています。発電後の海水の二次利用は、島内の他の産業にも貢献できます」 。」 商船三井はまた、「オフショア事業とサプライチェーンネットワークを通じて蓄積した知識と専門知識」をOTECの商業化を促進するために活用する計画であると述べた。

Global OTEC はまた、小島嶼開発途上国 (SIDS) に対する OTEC の可能性を高く評価しています。 SIDS はディーゼルやその他の燃料の輸入に依存しているため、エネルギー価格の高騰に悩まされていることが多く、十分な量の風力や太陽光を設置するにはスペースの制約に直面しています。 ベースロード電力に加えて、「OTEC は副産物として大量の冷水を供給できます。これは空調に使用でき、栄養豊富な深層水は養殖や持続可能な地域経済の構築に使用できます」とニール氏は述べました。グローバル OTEC 取締役のレイノルズ氏は、国際組織 SIDS DOCK の特別顧問でもあります。 「OTECは、飲料水の脱塩や、アンモニアやグリーン水素の生成と組み合わせることができる」とレイノルズ氏は付け加えた。

グローバル OTEC は、中央アフリカの西赤道海岸沖のサントメ・プリンシペに計画されている最初の閉ループバージに加えて、40 の低地にあるサンゴ礁の島々からなる群島であるタークス・カイコス諸島 (TCI) の OTEC サイトを調査中です。大西洋。 同社は「陸上水域の何倍もの広大な海洋排他的経済水域を有し、熱帯地方にあることから、TCIはOTECに適している」と述べた。 Global OTEC の机上調査によると、TCI は一年中暖かい海水と、海岸から 4 キロメートル以内で急速に 1,000 メートル (3,281 フィート) まで落ち込む大陸棚を備えた冷たい深海への容易なアクセスという理想的な組み合わせを備えていることが示されました。

しかし、Global OTEC は、最初の商業プロジェクトである Dominique を立ち上げるには、OTEC を長年妨げてきたリスクに直接対処する導入経路の先駆者となる必要があることを認めました。 最も顕著なものは、冷水ライザーパイプに関連しています (上記の補足記事を参照)ライザーパイプとは?")、OTEC 設備に必要な大量の冷水を供給します。

グローバルOTECは、陸上OTECプラントでは水の確保と安全な排水を容易にするために「海底に固定された数キロメートルのパイプが必要」なため、浮体式バージ設計を選択したと述べている。 水道管は「OTECプラントの最大のコストセンターの1つ」であると同社は指摘した。 陸上 OTEC は発電を効果的に集中化しますが、プロセスを経済的に実行できる地域も制限され、自然災害が発生した場合に単一障害点が発生します。

同社は、サードパーティの技術レビューを通じてOTECライザーパイプに関連するリスクを徹底的に精査するとともに、「サプライヤーや海底の最先端の科学者と協力して、冷水パイプの厳密に詳細な設計段階を追求した」と述べている。ライザーパイプの設計。」 リスクをさらに抑制するため、同社は最初の商用システムを「温かい表層海水と冷たい深層水の間の距離がはるかに短い市場」に導入する予定だと同社は述べた。

規模の経済を考慮すると、小規模な新興システムはコストがかかることを Global OTEC は認めています。 同社は、以前の OTEC プラント設計に関する文献レビューを引用し、大規模プラントのエネルギー均等化コスト (LCOE) が 0.05 ドル/kWh であると指摘しています。 「当社の調達調査とサプライヤーとの連携により、初期世代のOTECバージでは1kWh当たり0.30ドルから0.15ドルの範囲が現実的であることが示された」と同社は述べた。

しかし、最近の世界的なエネルギー経済の変化とOTECコンポーネントの効率の進歩により、コストが改善される可能性があると同報告書は指摘した。 「歴史的に見て、初期のプロジェクトではサイクルとコンポーネントの効率が商業化するのが難しいことが判明しました。石油、ガス、石炭が非常に安価だった数十年間を通じて、OTEC プロジェクトは 50 MW、さらには 100 MW 規模である必要があると考えられていました。競争力を持ってください」と述べています。 同社は、初期の商業用OTECシステムが成功するには依然として「革新的な資金調達モデル」が必要になる可能性があると予測しているが、エネルギー転換によって世界の電力システムに課せられた条件は、OTECの商業化を開始するための「完璧な嵐」を引き起こす可能性があると自信を持っているようだ。

—ソナル・パテルPOWER 上級副編集者 (@sonalcpatel、@POWERmagazine) です。

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