海洋温度差発電
海洋温度差発電(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差を利用して熱機関を動かすことによって発電する。基本的な原理としては、アンモニアなど沸点の低い媒体を表層の暖かい温水によって気化し、気化した気体によって発電タービンを回転させ電力を得る。気化した媒体は深層の冷たい冷水により液化させた後、再度表層の温水による気化装置に供給される。装置の稼動には表層、深層から海水を取り込むポンプを稼動させるための電力を要するが、発電によって得られる電力の一部によってこれを賄う。
海洋は絶えず太陽によって熱せられ、地球表面の70%近くを覆っているのに対し、深層の水は比較的低温(10°C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解決できる可能性がある。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。
事業費は約5億円の見込みで、2月定例県議会に予算案が提出される。国内においては佐賀大学の海洋エネルギー研究センターが30kw級実験プラントを佐賀県伊万里市で稼働中であるが、沖縄県によれば商用化を視野に入れた実海域での実証試験は世界初だという。
2013年6月16日、沖縄県久米島で佐賀大学海洋エネルギー研究センターの研究チームが開発し、沖縄県が主体となり建設した「海洋温度差発電実証プラント」(出力50kw)が試験運転を開始した 。
2015年3月、久米島で3年間の実証事業が終了するにあたって、さらに2年間の追加プロジェクトで技術開発を継続することが決定。
2015年4月、久米島での2年間の次フェーズプロジェクト開始。発電効率を向上させるための技術開発に加えて、発電後の深層水を利用したコスト削減の手段の開発にも取り組む。
2016年10月、佐賀大学、神戸製鋼所、沖縄県、久米島町などは出力を100キロワットに上げ、発電効率を1割以上高め、海洋深層水の二次利用も開始する実証第2段階に移ると発表した。
久米島での海洋温度差発電実証事業は2019年度から久米島町主体に移行し、2022年度には商船三井などが参加した。
OTECの設備は、深海やリーフダイブを経験したい娯楽的なダイバーに永続的な場を提供する。
海洋が受ける総日射量 = (5.457 × 10 MJ/yr) × 0.7 = 1.9 × 10 MJ/yr. (taking an average clearness index of 0.5)
このエネルギーの15%が吸収される。
− d I ( y ) d y = μ I {\displaystyle -{\frac {dI(y)}{dy}}=\mu I}
このなかでy は水深、I は光強度、μ は吸収係数である。 この 微分方程式を解いて、
I ( y ) = I 0 exp  ( − μ y ) {\displaystyle I(y)=I_{0}\exp(-\mu y)\,}
吸収係数 μは非常に澄んだ水の0.05 mから非常に塩分濃度が高い水の0.5 mに及ぶ。
光強度は水深yに伴って 指数関数的に減衰するので、熱の吸収は上層に集中して起こる。熱帯では通常、水深1km以上で水温10°Cである一方、表面温度は25°Cを上回る。上部により温かい、すなわち軽い水が存在するため、対流が生じない。熱勾配が小さいために熱伝導による熱移動は少なく、この温度差を解消するには至らない。従って、海洋は事実上、高温熱浴と低温熱浴であるとみなすことができる。この温度差は緯度、季節に伴って変化し熱帯、亜熱帯、赤道で最大になる。従って、一般に熱帯がOTECシステムの設置に最適である。