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海洋温度差発電(かいようおんどさはつでん)またはOTEC(Ocean thermal energy conversion)は海洋表層の温水と深海の冷水の温度差を利用して発電を行う仕組みである。この仕組みは深海(深度1km程)から冷水を海洋表層へ汲み上げ深海の冷水と海洋表層の温水の間の熱の移動からエネルギーを取り出すことを意味する。

OTECは緯度20度までの熱帯において深海と表層の水の間に存在する温度の違いを利用して熱機関を動かすことによって発電する。なぜなら海洋は絶えず太陽によって熱せられ、地球の70%近くを覆っているのに対し、深層の水は比較的低温(10度以下)であり、この温度の違いは人間が使うために開発される可能性を秘めた膨大な量の太陽エネルギーを含んでいる。もしもこの抽出を大規模に経済的に行えば、人口がもたらすエネルギー問題をある程度解決できるだろう。水力などの他の海洋エネルギーの選択肢と比べて1桁か2桁多くの総エネルギーを利用できるが、温度差が小さいとエネルギーの抽出は困難で高価なものになる。従って典型的なOTECシステムの全体的効率は1から3%しかない。

熱機関の概念は工学においてはごく一般的なもので、人類が利用するほぼすべてのエネルギーは何らかの形式で熱機関を利用する。熱機関では高温貯留層(コンテナなど)と低温貯留層の間に機器を置く必要がある。熱が一方から他方に流れるので、エンジンはある程度の熱を仕事の形で抽出する。この原理を用いて熱からエネルギーを取り出すのが蒸気タービンや内燃機関である。逆に、エネルギーを使うことで自然の熱の流れに逆らい熱の差を作り出すのが冷蔵庫である。OTECは燃料を燃やして得る熱エネルギーを使うのではなく、太陽熱で暖められた海洋で生じる熱の差を使ってエネルギーを引き出す。

OTECでは太陽によって暖められた海洋表面の水と深海(1000mまで)の冷たい水の温度差を利用して熱機関を動作させる。赤道から20度以内の海洋であれば、表層と深海で20℃の温度差がある。熱帯沿岸地域、およそ南回帰線と北回帰線の間、はこれらの条件を満たしている。

◆ OTECの歴史

最新の技術であるかのように思えるが、OTEC技術は新しいものではない。19世紀後半から始まり間欠的に進歩してきたものである。1881年、フランスの物理学者ジャック=アルセーヌ・ダルソンバール()が海洋の温度エネルギーの開発を提案した。しかし実際にはダルソンバールの教え子のジョルジュ・クロードが最初のOTECプラントを建設した。クロードは1930年にキューバにプラントを建てた。このシステムは低圧のタービンで22kWの電力を作り出した。

1935年、クロードは ブラジルの沖に停泊させた10,000トンの輸送船を使った別のプラントを建てた。両方のプラントは正味電力を生成できるようになる前に、天候と波によって破壊されてしまった。(正味電力とは生成した電力からシステムを動作させるのに必要な電力を引いたものである。)

1956年、フランスの科学者たちは、コートジボワールのアビジャンに設置するために別の3MWのOTECプラントを設計した。しかし、そのプラントは非常に高価なために完成することはなかった。

アメリカ合衆国政府は、ハワイのコナ コーストにあるKeahole Pointeのハワイ州立自然エネルギー研究所(NELHA)が設立された1974年にOTECの研究に着手した。この研究所は世界のOTEC技術を先導する実験施設となった。

日本政府もまたOTEC技術の開発研究への資金提供を継続している。

インドではタミル・ナドゥの近くで1MWの浮体式OTECプラントを試験的に稼働した。政府は浮体式OTECの開発など様々な研究に対して出資を続けている。

◆ OTECの動作原理

エネルギーの専門家は、もし発電コストの競争力が他の発電技術に並ぶエネルギー源となればOTECによる発電量は数ギガワットになるだろうとしているが、OTECシステムを採算に乗せるのは大変な試みである。OTECのプラントは表層へ冷却水を運ぶため深海に設置する巨大な引き込みパイプなど概して設備が高価である。

◇ 場所による分類

・ 陸上のプラント

・ 大陸棚固定プラント

・ 船上プラント

・ 水面間のプラント(概念上)

◇ 使用されるサイクルによる分類

・オープン サイクル

・クローズド サイクル

・ハイブリッド サイクル

この冷たい海水は3種類のOTECシステムに欠かせない部分である。

  クローズド サイクル

クローズドサイクルはアンモニアのような低沸点の媒体を用いる。温かい表層水を熱交換器に通して媒体を気化させた蒸気によって発電タービンを回す。次に冷たい深層水を凝縮器に通して蒸気を液体に戻し再利用する。タービンを回す媒体が循環する閉じたシステムであるためにクローズドサイクル(閉じた循環)と呼ばれる。

1979年、ハワイ州立自然エネルギー研究所と民間企業の共同で小さなOTEC実験を行い、クローズドサイクルによる海上発電に初めて成功した。この実験器を積んだ船はハワイアンコースト沖1.5マイル(2.4km)に設置され、船上の照明や運用設備を賄うだけの充分な電力を得た。

1999年 ハワイ州立自然エネルギー研究所ではそれまでで最大の運用規模となる250KW級のクローズドサイクルOTECを試験的に製作したがそれ以降、アメリカで新しいOTECの実験器は作られていない。主としてエネルギー創出に関する経済性の問題が解決されていないためであるが、プラントの運用は継続中である。

アメリカ以外にはインド政府がOTECの研究をしており、クローズドサイクルによる1MW級の海上施設OTECプラントを建設している。

  オープン サイクル

オープンサイクルは媒体として熱帯の海洋表層水を用いる。温かい表層水を低圧沸騰器に入れ水を気化させた蒸気によって低圧発電タービンを回す。塩分を低圧沸騰器に残しているので、タービンを回した蒸気を冷たい深層水で凝縮すると純水を得ることが出来る。タービンを回す媒体が密閉されず次々と供給される循環のため、オープンサイクル(開いた循環)と呼ばれる。

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