エネルギー

抵抗の少ないコアーレス型発電機

 昨日「中小企業総合展2013 in Kansai」に行ってきました。そこで発見した企業様を一つ紹介します。その名は発電機工房 。小水力発電や風力発電に適した発電機を開発されています。通常の発電機よりかなり発電効率が高いそうです。どうして発電効率が高いかというと、鉄損が少ないからだといいます。通常発電機には鉄心に巻かれたコイルが使われますが、鉄心部分に磁気ヒステリシスと渦電流が発生し、電力が熱となって消費されエネルギー効率が損失します。それを鉄損といいます。鉄心を使わずにネオジム磁石を使うことで鉄損を削減し、効率を上げているのだそうです。一部の小水力発電にも使用されているそうです。効率の程度によってはスゴイ開発ですね。

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工場のプレス機の余力で発電

 2013年1月7日の日経新聞朝刊に、「プレス機使い工場で発電」という記事が紹介されていました。

 電気設備工事の株式会社エスコム(福岡県小郡市)が工場のプレス機に取り付けて発電する装置を開発したそうです。開発した「PPG発電システム」は、上下動するプレス機が加圧後に上に戻る力を利用して発電機を動かすしくみで、出力はプレス機の加圧能力によって異なり、1~5kW程度だといいます。

 九州電力や関西電力の電気料金の値上げ申請を受け、電力コストがアップする懸念がある中、それをピンチとするのではなくチャンスととらえて商品開発に取り組まれている姿は素晴らしいですね。工場の中にはまだまだ利用されずに捨てられているエネルギーがあると思います。そうしたエネルギーを拾い集めて再利用する知恵がこれから求められることと思います。

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家庭の排熱を活用する方法はないか

 5/24のNHKクローズアップ現代で、「眠れる熱エネルギーを活用せよ」という番組が放送されていました。

 この番組によると、日本では燃料などの形で消費するエネルギーのうち、2/3は使われることなく「排熱」として捨てられているといいます。番組では、工場から出る排熱などを回収して、それを圧縮して温度を高め、再び工場で再利用する試みや、地中熱や下水熱を利用する取り組みを紹介していました。

 この番組を見て、家庭で発生する排熱を利用する方法があればいいのにと思いました。たとえば、私の家ではエコキュートでお湯を沸かしてお風呂などで利用していますが、使い終わったお風呂の湯をそのまま捨てるのではなく、それを再びエコキュートに戻し、その熱を回収して圧縮すれば、温度の低い外気から熱を取り出すより、少ない電力で熱湯ができるのではないかと思いました。こうした循環型エコキュートの開発を考えてほしいと思うのですが、いかがでしょう。

 「簡易ヒートポンプ/チラ」という製品を開発している会社があります。エアコンの排熱を利用してお風呂の湯を沸かすという活用例が示されています。簡単に排熱を利用する方法はいろいろありそうですね。

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紙ゴミからバイオエタノール

 4/22に放送された「夢の扉」を見ました。テーマは「京都発 究極のリサイクル!紙ゴミから生まれるバイオエタノール!」です。

 家庭やオフィスから出る紙ゴミを燃やして発電することは以前からありますが、この番組で紹介されたのは、紙ゴミを発酵させてバイオエタノールを作るというものでした。

 木材から作られる紙ゴミには、バイオエタノール製造に欠かせない「糖分」が多く含まれ、生ゴミよりもかなりの生産量が見込めるといいます。“都市が油田になる”という夢のような話です。紙ゴミの中にはたくさんの雑菌が含まれており、普通の酵母菌を入れても雑菌に負けて上手く発酵しないというのがこれまででした。それが、熊本大学の発酵学の権威・木田教授が開発した細菌に負けない酵母菌のお蔭で夢の扉が開きました。アルコール臭のするバイオエタノールができました。

 これはすごいですね。毎日捨てられる紙ゴミが資源になる、しかも天候や時間に左右されないので、安定的に確保できますね。これで火力発電所を回せば、元は木ですからカーボンニュートラル。原発もいらないかもしれません。実用化に期待が膨らみます。

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太陽光発電関連の動き活発

 今朝の日経新聞朝刊には、太陽光発電に関する記事が4つ掲載されていました①「欧米陰る太陽光発電」②価格、日本でも綱引き-全量買い取り、業界希望出そろう、③太陽光発電関連関西企業が先手、④超薄型の太陽電池、の4つです。

 ①は、ドイツの太陽電池メーカーQセルズの経営破綻に続いて、アメリカでも世界最大級のメガソーラー計画が頓挫したというニュース。Qセルズの経営破綻については、市場規模は拡大しているが、発電コストが高く、中国企業の安値攻勢で価格競争の激化したことと、政府の買い取り価格の見直しが要因と述べています。

 ②は、日本で再生可能エネルギー全量買い取り制度における買い取り価格を巡り、事業者と企業や家庭の綱引きが始まるというニュース。買い取り価格を事業者が採算がとれる水準にしないと再生可能エネルギーの普及が見込めないという論点がある一方、高い買い取り価格は一般家庭や企業に重い負担を強いることになるという懸念があります。

 ③は、買い取り制の導入による需要拡大をにらんで、太陽電池の周辺機器、特に太陽光パネルでつくった直流の電気を交流に変換する「パワーコンデイショナー」市場への参入企業が増えているというニュース。ただ、こちらも中国メーカーの台頭で価格下落の懸念があるとしています。

 ④は、東京大学で食品包装の1/5以下の厚みしかない超薄型太陽電池が開発されたというニュース。薄型リチウムイオン電池を太陽電池の下に貼り付け、発電と蓄電ができる薄型フィルムの開発を目指すとしています。

 その他、和歌山市に出力2000kWのメガソーラーを7月に開設するというニュースも掲載されていました。日本では7月に再生可能エネルギー全量固定買い取り制度がスタートすることを受けて、メガソーラー開設の動きが活発になっています。さらに、3/30に行政刷新会議による「再生可能エネルギーの普及・促進に向けた規制緩和」が発表されました。103項目の規制緩和策が発表されています。

 こうした動きは企業にとってビジネスチャンスですが、競争激化が予想されるだけによほどしっかりした差別化戦略を持って参入しないと成功は難しいと思われます。今年は、懸念される夏の電力不足や電気料金の値上げという経営リスクをいかに回避するかという視点もあり、企業のみならず、需要者としても攻めるか守るか、選択を迫られる年になりそうな気がします。

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認証型コンセントで電力管理

 今朝の日経新聞に「コンセントで電力管理」という記事が掲載されていました。

 コンセントに挿入されている家電製品等を自動認証して使用電力を確認したり制御したりできるといいます。ソニーが開発したこのコンセントは、「認証コンセント」と呼ばれ、認証方式には、プラグとコンセント間の情報を無線でやりとりするタイプと、電力線経由でやりとりするタイプがあります。

 将来、使いたい時だけ電力を流すことで安全性を高めたり、風力や太陽光などどんな電力を使用するかを選択したり、外出先でのモバイル機器や電気自動車への充電に対して課金されたりと、使う側が主体的に電力をコントロールできる世界が広がるとしています。

 コンセントを通じて個々の電気製品の電力使用量を見える化し、コントロールできるというのはは、利便性と節電を両立させる有効な手段となりえますね。家庭だけでなく、オフィスや工場での電力コントロールにも使えそうです。

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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。

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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。

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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。

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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。

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