SURF-WEC（Small Underwater Research Flap Wave Energy Converterの略）装置は、ハワイ州オアフ島のMakai Research Pier沖で、初めて実験室から海洋へと移された。National Laboratory of the RockiesがUniversity of Hawaii at Manoaと共同で実施するこのプロジェクトは、波の動きを電気に変換する小型装置を試験するとともに、その設計、データ、得られた教訓をオープンに提供することを目的としている。
この取り組みは、過去数十年間に行われてきた理論研究やモデリングの規模に比べ、実海域での試験が依然として限られている分野で行われる。研究者によると、実際の設置試験が不足していることに加え、一部の実験データが公開されていないことが、海洋エネルギー装置の性能理解を妨げ、モデルから商業的に拡大可能な技術への移行を難しくしている。
装置はどのように動作するのか？
SURF-WECは、海岸近くに固定された浮体式フラップで構成され、その大きさはおおむね大型スクリーンほどである。フラップは波が通過するのに合わせて、蝶番を中心に回転する扉のように前後へ動き、密閉された油圧システムを作動させて液体を送り、徐々に圧力を高める。所定の圧力に達すると、その圧力を利用して発電機に接続されたモーターを回転させる。
この装置の主な研究上の特徴は、波に対する応答を遠隔で調整できる点にある。チームは、状況に応じて応答を変えない受動モードと、変化する波にリアルタイムで適応する能動モードを切り替えられる。モデルによれば、能動運転ではより多くのエネルギーを取り込める可能性があるが、センサー、制御システム、調整機構自体の作動に伴う損失が加わる。
モデリングから海上試験へ
このプロジェクトには、National Laboratory of the Rockiesの研究室内でのモデリング、製作、試験、検証に2年を要した。研究者はWEC-Simなどのツールを使ってフラップと波の動きをシミュレーションし、制御された環境で波の動きを再現する電動アクチュエーターを用いて、油圧式エネルギー変換システムも試験した。
同研究所は、装置の性能監視、制御、データ収集を行うMODAQ 2.0プラットフォームも開発した。研究室で部品を試験した後、海洋環境から保護するためにシステムを密閉・強化し、ハワイへ輸送して組み立て、設置し、島の海岸に接続した。
設置前、チームはオアフ島へ向かう強いKona暴風雨に直面した。風と波は、過去のデータから予測された値を上回っていた。そのため研究者はフレームだけを固定し、暴風雨が通過するのを待った。その後、近隣のブイから得たリアルタイムデータを使ってシミュレーションを再実行した。2日後、装置の組み立てと固定を完了し、海底に設置するとともに、ケーブルを海岸のMODAQ 2.0プラットフォームまで引き込んだ。
なぜこのニュースが重要なのか？
チームは、装置の固定後にシステムへ電力が到達したことを確認した。これは、実験室での設計から海上運転への初期移行が成功したことを示すが、商業的な実現可能性や大規模かつ継続的な発電を示す証拠ではまだない。SURF-WECは主に、研究者や産業界が基盤として利用できるデータを生み出す、障壁の低い研究プラットフォームとして設計された。
設置から5か月余りが経過した後も、チームは装置を最長1年間海中に維持する計画で、データのライブフィードを提供し、一般公開される最終報告書を発行する予定である。結果は、能動運転と受動運転の比較、制御に伴う損失の評価、実際の海洋条件におけるエネルギーシステムの性能理解に役立つ。装置が海中に留まれる期間と、長期的に生産できる電力量は、継続試験によって明らかになる未解決の問いとして残されている。
このプロジェクトには、米国エネルギー省の水力・海洋運動エネルギー局が資金を提供している。また、研究所と大学の協力により、波のモデリング、制御、油圧工学、海洋設置に関する専門知識が結集された。