[論文レビュー] Study Pelamis system to capture energy of ocean wave

Ricardo Gobato, Alekssander Gobato+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 5, 2015

Energy Harvesting in Wireless Networks参考文献 3被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、アーチファクト部の相対運動によって駆動される油圧発電装置を備えた、波のエネルギーを捕集するアンテンエイター型のペラミス波力発電装置を分析している。初期の技術的・財政的障害にもかかわらず、研究は、最適な波域における再生可能で高エネルギー密度の特性を有することから、スケーラブルでクリーンなエネルギー生成の長期的潜在能力が非常に高いと結論づけている。

ABSTRACT

Over the years, energy has become vital for humans, enabling us to comfort, leisure, mobility and other factors. The quest for cheap energy sources, renewable and clean has grown in recent years, mainly for the reduction of effects that comes degrading nature, allowing scientists and engineers to search for new technologies. Many energy sources have been researched for proper funding where some stand out for their ease of obtaining, by other low cost and others by being renewable. The main objective of this work is to study one of these energy sources - wave energy, whose capture is still in development. This energy comes from the waves of the sea and is 100% renewable and with minimal environmental impact when compared to hydro, nuclear, coal, thermal, etc. The system studied here is the Pelamis system.

研究の動機と目的

• 波力発電装置ペラミスが海洋波エネルギーを効率的に回収可能な技術として実現可能かどうかを評価すること。
• ペラミスP1およびP2プロトタイプが実際の海洋環境下で示す技術的性能と効率を評価すること。
• 他の再生可能エネルギー源と比較して、ペラミスシステムのコスト・ベネフィット比と環境的影響を評価すること。
• ペラミス設計を用いた波力発電のスケーラビリティと長期的持続可能性を検討すること。
• 発展途上国および沿岸国における波力技術の発展に向けた課題と機会を同定すること。

提案手法

• 本研究は、複数のヒンジ部を備えた水平に浮かぶ円筒形セグメントで構成されるアンテンエイター型波力発電装置としてのペラミスシステムを分析している。
• 波の影響によるセグメント間の運動が、発電機に接続された油圧ポンプを駆動する油圧発電装置メカニズムを検討している。
• ペラミスP1（全長120 m、直径3.5 m、定格出力750 kW）および改良型P2バージョン（全長180 m、幅4 m、重量1350トン、5つのブイ）の設計および運用データをレビューしている。
• 波エネルギーフラックスデータを、波動モデルWave Watch IIIを用いて、両半球の30°–60°緯度帯におけるエネルギー分布に焦点を当てて分析している。
• ポルトガルのペニケ海岸のような地域におけるエネルギー可能性を評価するために、波力フラックス測定値（kW/m単位）の使用を含んでいる。
• 本研究は、最初の商業的波力発電所であるアグサドゥラ波力発電所（ポルトガル）の現地データを参照し、実際の導入結果を評価している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 実際の海洋環境下で、ペラミスシステムは波の運動を実際に利用可能な電気エネルギーに効果的に変換できるのか？
• RQ2 ペラミス型波力発電装置の広範な展開を妨げる主な技術的・経済的課題は何か？
• RQ3 ポイント吸収型やオシレーティング・ウォーター・コラムなどの他の波力発電装置タイプと比較して、ペラミスシステムの出力と効率はどのように異なるのか？
• RQ4 波力エネルギーの世界的な分布はどのようになっており、ペラミス技術の導入に最も適した地域はどこか？
• RQ5 将来のペラミスシステムのコスト・ベネフィット比とスケーラビリティを向上させる要因は何か？

主な発見

• ペナミスP1プロトタイプは、ポルトガルのペニケ沖で稼働し、1年を超えて電力網に電力を送電した。これは、海洋上での波力発電の実現可能性を裏付けた。
• ペラミスP2設計は、5つのブイセグメントと1350トンの構造を備えており、P1モデルに比べて大幅に大型化され、効率が向上している。
• 最適な地域（30°–60°緯度帯）における波力フラックスは、一般的に1mの波のcrest長さあたり40–50 kWを超えることがあり、高いエネルギー潜在能力を示している。
• 技術的・財政的障害にもかかわらず、元の開発会社の破綻を経験したが、ペラミスシステムはアンテンエイター型波力発電装置の中でも依然として主要な候補の一つである。
• 本研究は、波力が潮流や潮流エネルギーとは異なり、風によって発生する表面波に依存し、環境への影響が最小限であることを確認している。
• ペラミスシステムのキャパシティファクターは0.25から0.4の間であり、実際の波条件下でも中程度ながらも実現可能なエネルギー出力を示している。