地中熱による工場節電

　今朝の日経新聞に、「地中熱使い工場節電」という記事が掲載されていました。大日本印刷が、工場の節電策として地中の熱を活用する実証試験を始めたということです。

　富士通も、長野工場で、クリーンルームなどの空調用温水設備に「地中熱」を利用するシステムを導入すると発表しています。

　さらに、この地中熱を上手く利用している地下工場もあります。ヤマザキマザックの工場がその一例です。

　東電の平均17％の事業者向け電気料金の値上げ発表で、事業者としては節電対策を急がなければなりません。地中熱利用に注目が集まるのも頷けますね。

風レンズ風車

　1/15に放送された「夢の扉」で「レンズ風車の洋上風力発電」という番組を録画で見ました。

　「風のスペシャリスト」と呼ばれる九州大学教授の大屋裕二さんが考案した「風レンズ風車」が紹介されていました。「風レンズ風車」は、羽根の周りにリング状のカバーを付けたもので、それによって風の渦を発生させ、局所的に気圧を下げることで、風車に当たる風速が増すというしかけです。風はカバーの狭い方から広い方に流れ、普通の風車に比べて２～３倍の発電量が期待できるといいます。番組では、風レンズ風車２基を六角形の浮体の上に取り付け海に浮かべて発電する実験を放映していました。

　すごいですね。洋上の風なら年間通じて安定した発電が期待できそうですね。この浮体式洋上風力発電は、風力のみならず、太陽光発電、潮力発電、波力発電を含めた洋上の発電所をつくる構想で進んでいるそうです。早く実用化されることを期待したいです。

　ちなみに小型の「風レンズ風車」は既に実用化されているようです。

人工光合成

　1/8の日経新聞朝刊に、「光合成まね『太陽光資源』－水素や化学原料、実用急ぐ」という記事が掲載されていました。

　植物の光合成は、水と二酸化炭素に太陽光の光エネルギーを使って水を分解する「明反応」とそれらの素材からブドウ糖や酸素を作り出す「暗反応」とで成り立っています。人工光合成において、「明反応」の部分は光触媒に光を当てて水を分解し、水素を製造する方法が研究されています。当初紫外線を当てないと反応しませんでしたが、2000年以降、可視光に反応するタイプが出てきています。一方「暗反応」の部分はなかなか成果が見られなかったのですが、2011年にトヨタ自動車グループの研究所で、半導体表面に「金属錯体」と呼ばれる特殊な化合物を重ねた新しい光触媒を反応容器内に収め、水とCO2と太陽光だけでギ酸を合成することに成功したそうです。

　水素の製造は、自動車燃料や燃料電池の発電への道につながりますし、化学原料の製造は、エネルギーをガスや液体に変えて貯蔵・運搬できる道につながります。CO2を吸収して酸素を吐き出せれば温暖化対策にもなります。いずれも日本の研究が最先端だそうです。夢が広がりますね。

身近な熱を電気に変える熱電発電

　10/15に放送されたNHK「サイエンスＺＥＲＯ」の「身近な熱を電気に変えろ－実用化迫る！熱電発電」という番組を見ました。

　金属棒の両端に電流計を接続し、金属棒の片側をランプで熱すると、熱い方から冷たい方に電子が流れます。熱エネルギーを与えられた金属ないでは、電子の運動が活発になり、温度の高い方から低い方に移動するのです。これをゼーベック効果といいます。番組では、人の体温からも発電することを実験で示していました。

　身の回りには、コンロの熱、お湯を沸かした時の熱、テレビやパソコンなどの電子部品の発熱など、低温で捨てられる熱はたくさんあります。それらを一つ一つ電気に変えて集めれば使える電力になりそうです。

　東北大学では、2010年9月に絶縁体に温度差を発生させると、電子の磁気的性質（スピン）が発生し、その電子の回転運動から電気エネルギーを取り出すことに成功しました。スピンゼーベック効果といいます。絶縁体でも発電が可能となれば応用範囲も広くなります。

　タービンを回すことなく、低温の廃熱から電気エネルギーを取り出せるので、安全で効率的な発電方式といえます。建設機械のコマツの試算によると、熱電発電の発電コストは8.9円/kWhだそうで、太陽光発電、風力発電、水力発電、さらには石油による火力発電よりも発電コストは安いということになります。

　製鉄工場では大量の廃熱が発生しますし、あらゆる工場で廃熱があります。さらにはレストランなどの調理を伴う施設に一般家庭、あらゆる現場で発生する廃熱を電気に変えることができれば、エネルギー問題の解決に大きく前進することでしょう。実用化に期待が膨らみます。

ブラウン管、真空断熱材に再利用

　今朝の日経新聞に、「ブラウン管TV再利用－パナソニック、ガラスを断熱材に」という記事が掲載されていました。

　ブラウン管テレビに使われたガラスを回収し、破砕や溶融などの工程を経て、「グラスウール」と呼ぶ断熱材の材料に転用するそうです。まずは自社製の冷蔵庫に使用し、将来的には外部顧客への販売も検討するとしています。

　私の家ではケ－ブルＴＶのデジアナ変換サービスのお蔭で、まだまだブラウン管テレビが活躍しています。新たに生まれ変わる先があると知ると暖かい気持ちになります。もうしばらくお世話になります。(^^)

デジタルグリッド

　今朝の日経新聞に、「新電力網で再生エネ普及」という記事が掲載されていました。

　ＮＥＣ、東京大学、産業技術総合研究所が、太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギーを導入しやすくする新しい電力網の開発に乗り出すとしています。これは東京大学大学院工学系研究科の阿部力也特任教授が考案した分散型電源システム「デジタルグリッド」を実用化しようとするものです。

　これまでのスマートグリッドの概念は、既存の電力系統はそのままにして、発電と消費を情報系で突合せ、双方に切り替えていくという方法で、電力の需要と供給のバランスをとるという考え方です。つまりアナログ電力とデジタル情報の組み合わせです。それに対してデジタルグリッドの概念は、既存の電力系統を基幹送電線と非同期分散のマイクログリッドに分離し、発電と消費をデジタル電力で一元管理するという方式です。つまり電力、情報ともにデジタルで運用するものです。電力を融通しあうルートがマイクログリッドの数の２乗に比例して増えるため、インターネットのように、さまざまなルートから安定的に電力が供給できるようになるというのです。

　電力を大量に消費する産業部門は期間送電線から電力を受け取り、民生用の電力は再生可能エネルギーを主体としたマイクログリッドの電力を受け取るという２重構造を構成することができます。

　マイクログリッド間の融通電力量を調整するには、各マイクログリッドの通過ポイントにＩＰアドレスを付与しておき、電力を融通しあう問い合わせのプロトコルう定め、電力を融通する電力量そのものにヘッダーとフッター情報をつけて、そのアドレス情報にしたがって電力の不足しているところへ配電するというわけです。まさにインターネットの世界とそっくりですね。エネルギーのデジタル化が始まろうとしています。情報通信の世界で経験したオープン化がエネルギーの世界でも始まるわけです。

　技術的には確実にエネルギーのデジタル化・オープン化は始まっていますが、既存の電力会社の抵抗はきわめて大きいと予想されます。政治が相当リーダーシップをとって発・送・配電分離などの規制改革を実現してもらわなければなりません。今電力料金の不透明さに対する批判が大きくなってきていますが、世論が政治に圧力をかけ、実現の方向にもっていくことが重要です。

磁力抵抗ゼロの発電機

　DVD録画から9/18に放送された「夢の扉」という番組を見ました。この日のタイトルは、「元大工のひらめきが電力に革命を」です。

　磁石とコイルを使った発電機では、発電機を回す時にカクッ、カクッという抵抗感があります。磁石同士が引き合って回転が重くなるのです。いわゆるコギングトルクと呼ばれるものが発生し、発電にムダが生じるのです。元大工の平松敬司さんは、４台以上の発電機を１本の軸でつなげ、各台の磁石の位置を軸から見て均等な角度でずらすことで、磁石が引き合う力を相殺させることを発案しました。火力発電にせよ、風力発電にせよ、多くの発電機は回転による運動エネルギーを電気に変えるものです。この変換効率が平松さんの方式では８％改善されるのだそうです。さらに発電機を８台並べると磁力の抵抗はほぼゼロになるといいます。京都大学の中村武恒准教授らがこの原理を解析し、2011 年春季低温工学・超電導学会で発表しました。その内容が京都新聞の記事で紹介されています。

　こんな簡単な構造が大きな発電効率のアップにつながるとは驚きです。素人の発想は専門家でも気づかなかった盲点を突いたのでした。これはすごい発明ですね。すべての火力発電機や風力発電機でこの方式を使えば発電量は大きく増加しますね。以前にこのブログで紹介した廃熱発電機に取り付ければ、わずかな廃熱からでも大きな電力を取り出せるかもしれません。多分野への広がりが期待できそうです。

体液で発電、バイオ燃料電池

　今朝の日経新聞に、「体液で発電、機器作動」という記事が掲載されていました。

　東京農工大学の秋山佳丈助教と森島圭祐准教授らが、昆虫の体液を利用して発電するバイオ燃料電池を開発したそうです。昆虫の体液に含まれるトレハロースを酵素でグリコースに分解した後、酵素で酸化させて発電するといいます。実際にゴキブリにこの燃料電池を取り付けて、10.5マイクロワットの電力を得たそうです。電気刺激で昆虫を操る部品を取り付ければ、情報を集めたい場所へ移動させることもできるといいます。ゴキブリの背中に放射線測定器を取り付けて、燃料電池で発電した電力で原発事故現場の放射線量を把握することに使うということもイメージされているそうです。

　嫌われ者のゴキブリを利用して発電するというのはおもしろいですね。ネット上には「ゴキブリ発電所」というのがあって、事故を起こすという架空のストーリーが掲載されていますが、原子力をゴキブリに例えた風刺ですかねぇ。

電力ルーターで電源を製品ごとに使い分け

　今朝の日経新聞に、「電源、製品ごとに使い分け」という記事が掲載されていました。

　京都大学と住友電工のチームが、電力会社からの供給電源と、太陽電池などの自家発電や蓄電池などからの電源を、住宅や事業所内で使い分ける技術を開発したというのです。新技術は電力ごとに安定性などの質を色分けし、特徴に合わせた使い分けを実現するのです。たとえば、安定した電力が必要な医療機器や空調機器には電力会社の供給電力を使い、天候で発電量が変動する太陽電池にはパソコンや蓄電池の充電などに使うといったイメージです。

　通信網では情報を送信先へ交通整理する装置に「ルーター」がありますが、電力網では「電力ルーター」と呼ぶ装置で交通整理を行うのだそうです。家電製品などにそれぞれ送り先を示す信号を付けて送信するのです。今回の実験では、電源と電化製品に見立てた装置を２つずつ電力ルーターとつなぎ、送信先の切り替えができることを確認したそうです。高速切り替えに最適な炭化ケイ素製半導体も開発済みだそうです。

　電力ルーター同士は通信機能があり、複数台を組み合わせれば、どこから供給された電力かを見極め、電力の安定性に合わせて供給先の電化製品を選べるということになります。

　効率よく最適な電源を使えるしくみは節電にも大きな効果を発揮しそうです。このブログで以前に「エネルギーの情報化」という記事を書きました。目に見えないエネルギーにＩＴで色を付けコントロールするという考え方です。この考え方を現実のものにするための実験が今回の取り組みということなのでしょう。いよいよ以前ＩＴの世界で起こった集中から分散へのパラダイムシフトがエネルギーの世界でも起こる、そんな予感がします。

熱発電チューブ

　パナソニックがお湯を流す配管で発電できる新しい構造の熱発電チューブを開発したそうです。pn接合部に温度差を与えることで起電力が発生する「ゼーベック効果」を利用した熱電素子を使っています。具体的には、熱が流れにくい熱電変換材料と、熱が流れやすい金属を、熱の流れに傾斜して積層する構造にすることで、素子内部で周期的な温度分布が生じ、熱の流れと垂直の方向に電気が流れるといいます。しかもチューブを長くすれば発電量が増加するそうです。

　これだと、温泉地に源泉から宿まで温泉水をこのチューブを使って流せば、その途中で発電できるってことになるかもしれませんね。地熱発電の普及を阻害している要因の一つに近隣の温泉街の反対がありますが、これだと温泉の減衰もなさそうですので、発電と温泉の共存できるかもしれません。実用化を期待したいですね。