ニューヨーク市のイーストリバーについて考えるとき、再生可能エネルギーが最初に思い浮かぶことはおそらくないでしょう。しかし、かつては汚水溜めであり、時折遺体が捨てられる場所だったこの川は、今ではグリーン エネルギー運動の最前線となっている。 2012年9月、ヴァーダント・パワー社のオーナーであるトレイ・テイラー氏は、マンハッタンの東側に沿って流れる水路に特殊な3枚羽根の電気タービンを沈めた。テイラーは、川の激流の押し引きによって発電するために、魚雷の形をした本体に取り付けられた現代のファンのようなタービンを設計しました [出典: ]。
2017 年までに、これらのタービンを 30 基を川に点在させ、各ユニットで 35 キロワットの電力を生成できるようになります。このプロジェクトが成功すれば、数百世帯に燃料を供給するのに十分な電力を供給できる可能性がある。プラスチックと層状のグラスファイバーで作られたイーストリバー潮力タービンは、水力発電の世界を揺るがすいくつかの技術革新の 1 つです [出典: ]。
地球の端から端まで、科学者や技術者は、この非常に古代の電源をさらに重要な現代の電源にするために、さまざまなコンセプト (実際のもの、想像上のもの) に取り組んでいます。最近では、米国の電力の 6% が水力発電によるものです (これは米国で生成される再生可能電力の 70% に相当します) [出典: ]。すべての地域が水力発電プロジェクトの建設に適しているわけではありませんが、供給量は無限です。
10: 魚梯子
あなたがマスのような淡水魚なら、ダムは絶対に見たくないものです。ダムは、稚魚が産卵して余生を過ごす海域まで上流に移動するのを防ぎます。環境保護活動家たちは、ダムがもたらす大惨事を長年嘆いてきた。魚道に入ります。
最も技術的に進んだ魚道の 1 つは、モンタナ州のクラーク フォーク川沿いのトンプソン フォールズ水力発電所にあります。これは、絶滅危惧種であるウシトラウトのために特別に設計された米国本土初の全長魚道です。 800万ドルの高さ72フィート（22メートル）のはしごには48段の階段があり、魚が登ることができる[出典: 、PPLモンタナ]。
遡上する魚は、放流された水によって梯子の根元にある小さな開口部に引き寄せられます。彼らは鉄とコンクリートの魚道を登り始め、一歩ごとに激流と戦います。 48 段の階段またはプールはそれぞれ、幅約 5 フィート (1.5 メートル)、長さ 6 ～ 10 フィート (1.8 ～ 3 メートル) で、上部と下部に開口部があります。魚は最終的に 5 メートル (17 フィート) の集合プールに到達し、その後貯水槽に到達します。水槽に入ると、科学者は魚を調べてタグを付け、ダムの上に放流します [出典: 、PPL モンタナ]。
ただし、魚道は常に設計どおりに機能するとは限りません。マサチューセッツ大学アマースト校の別の研究では、研究者が観察したダムを安全に通過している魚の個体数はほんのわずかであることが判明した[出典: ]。
9: ヘリコイド水圧管
自然は一つや二つのことを知っています。あなたがしなければならないのはただ見ることだけです。 20 世紀末、水力発電の技術者と医学者が知恵を出し合ったとき、既存の水力発電所の出力を 10 パーセント近く高める新しい方法を思いつきました [出典: ]。彼らがやったのは、人間の血管のらせん状のデザインを適用して、同様の形状の水圧管を作成したことだけです。
ヘリコイド水圧管はライフルの銃身に似ており、内部にらせん状の溝が刻まれています。激しい水がヘリコイド水圧管を通って流れ、ライフリング付きの銃身を貫通した弾丸のように回転し始めます。パイプは水の流れを直接電気タービンに集中させ、タービンの性能を向上させます [出典: ]。
8: 水圏
理論上は良さそうに見えますが、発明家のリック・ディクソン氏は、自分のアイデアはテストしてみるとうまくいく可能性があると述べています。ディクソン氏は、 湖や海洋の深層水の巨大な圧力差を利用する水力発電機について話しています。彼はこれを水圏と呼び、最大 500 メガワットの継続的な再生可能エネルギーを生成できると信じています [出典: ]。
彼はまだプロトタイプを構築したり、特許を取得したりしていませんが、ディクソンの水圏は、海洋または湖の水の変動する圧力を利用して機能する、密閉された円筒形の水力発電ダムの一種です [出典: ]。
7: 空気・水・重力発生装置
水圏は、ディクソン氏を別の発明、空気-水-重力発電機に導きました。彼は、これが未来の水力発電所であると信じています。 AWG は空気で満たされた大きな中空の円筒で、さまざまな深さの海底に固定されています。シリンダー内には発電機が設置されています。発電するには、バルブにより高圧下で水を装置内に送り込みます。流れる水は真空チャンバーに入り、ピストンを強制的にステーター（ローターが回転する発電機の固定部分）に押し上げます。ピストンがステーターの上を移動すると、電気が発生します [出典: ]。
ピストンがステーター上部の金属ストップに到達すると、シリンダーの基部にある中空のシュノーケルパイプに接続されたバルブが解放されます。パイプが開き、空気が減圧されます。これによりローターがステーターの下に押し下げられ、再び電気が発生します。また、水はシリンダーから大きな力で押し出され、シュノーケルパイプから海面へと押し出されます。パイプの上部からは間欠泉のように水が吹き出します。その後、放出バルブが閉じ、取水口が再び開き、このサイクルが繰り返されます。サイズと海洋に設置される深さに応じて、AWG は最大 0.5 ギガワットの連続電力を生成できます。このデバイスは、出版時点ではまだプロトタイプ化されておらず、特許も取得されていませんでした。
6: 波力
岩海岸や砂浜に打ち寄せる波の響きは、心地よい音です。実はエネルギッシュなサウンドだということをご存知ですか？運動エネルギーは動きのエネルギーであり、激流の水には運動エネルギーが満ちています。それは、波動が風と海洋地質によって促進されるからです [出典: ]。
エンジニアや科学者は、波によって生成される流体運動エネルギーを利用するさまざまな装置を考案してきました。実際、科学者たちは、米国の海岸沿い (特に西海岸) でエネルギーの 15 パーセントだけを抽出できれば、米国は国内のすべての水力発電ダムと同じ量の電力を発電できるだろうと述べています [出典: ]。
5: 潮力発電
流体運動エネルギーと言えば、海に泳ぎに行ったことがありますか?引き潮に岸から引きずり込まれてしまったのでしょうか？潮流には強力な力があり、それを利用して発電することができます。
2012 年に、米国初の潮力発電プロジェクトの 1 つが送電網への電力供給を開始しました。このプロジェクトは、メイン州沖の水中タービンで、オーシャン・リニューアブル・パワー社によって建設された。タービンは昔ながらの芝刈り機に似ているが、本質的には一種の海中風車である。イーストポート近くのコブスクック湾に潮が出入りすると、タービンのフォイルが回転します。この地域の潮汐はメイン州でも最も高く、その高さは 6 メートル (20 フィート) に達します。 2,100 万ドルの発電機は 25 ～ 30 世帯に電力を供給できます。
4: リバーパワー
川を堰き止めて発電するなんて、なんとも20世紀的だ。ダムは景観を変えるだけでなく、野生動物にも影響を与える可能性があります（先ほど述べた魚道を覚えていますか?）。ダムや貯水池を建設せずに川の力を利用できたらどうなるでしょうか?カリフォルニアに拠点を置く Bourne Energy という会社は、その答えを見つけたと信じています [出典: ]。
同社の RiverStar システムは、ダムのように 1 か所ではなく、川沿い全体で運動エネルギーを収集します。その仕組みは次のとおりです。エンジニアは、川を越えていくつかの「モジュール」を配置します。各モジュールは、タービン、スタビライザー、係留システム、エネルギー変換システムで構成されています。高張力スチールケーブルが各ユニットを所定の位置に保持し、アレイ内で互いに接続します。流れる水がタービンを通過し、タービンが回転すると川のエネルギーが集められ、発電機が駆動されます。ボーン当局者らによると、リバースターは水速４ノットの川で５０キロワットを発電できるという。同社は、RiverStar は魚の回遊パターンに影響を与えたり、河川交通を妨げたりすることはないと付け加えた。
3: ボルテックスパワー
2007 年、ミシガン大学のマイケル バーニツァス教授は、魚が水の中をどのように動くかを観察することで、流れる川の運動エネルギーを利用する方法を発見しました。彼は、Vortex Induced Vibration for Aquatic Clean Energy の略称であるVIVACEと呼ぶデバイスを作成しました。
マス釣り師なら誰でも言うように、魚の群れが水中を移動するとき、魚は体を湾曲させ、小さな渦を作ります。魚は渦から体を押し出して前に進みます。 VIVACEも同様の仕組みです。エンジニアは一連のシリンダーを川または海の底に置きます。通過電流がシリンダー上を流れて渦を形成し、シリンダーを上下に動かします。各シリンダーの内部には磁石があり、金属コイル上を移動してDC電流を生成します。 VIVACE は DC 電流を取得して AC に変換します。他の水力学技術とは異なり、ベルニツァスの発明は、ゆっくりと流れる川からエネルギーを利用することができます。
2: パイプパワー
下水道管、淡水管、廃水管、導水路など、ほとんどすべての町に、何らかの水道管が蛇行して通っています。市の水道管を流れる勢いよく流れる水の力を利用する方法があったらどうなるでしょうか?新しい発明がまさにそれを実現しました。
Leviathan というイスラエルの企業は、パイプ内に密閉できる水車を開発しました。水流がタービンを通過すると、電気が発生します。 Benkatina Turbine と呼ばれるこの装置は、密閉された水道管、下水管、運河、および工場から廃水を除去するパイプを流れる水を除去します [出典: ]。
1: スプラッシュを起こす
あなたの家をミニ水力発電所に変えることを想像してみてください。それがまさにフルトン・イノベーションが念頭に置いているものです。ミシガン州に本拠を置く同社は、浴室の蛇口から出る水を利用してラジオ、スピーカー、時計、テレビに電力を供給できるリリプティアン水力発電技術を開発した。
フルトンのスプラッシュパワー技術の中心となるのは、小型水力発電機と呼ばれる装置です。このような発電機は、家や建物内の水の流れを利用して電気を生成します。 Splashpower ミニ発電機で水を流すたびに、スプリンクラー システム、非常用照明、軟水器、さらには屋外のキャンプ照明に電力を供給することができます。ミニ水力発電装置はバッテリーの充電にも使用できます [出典: ]。
著者のメモ: 水力発電における 10 のイノベーション
なぜほとんどの人は水域の近くに住んでいるのか疑問に思ったことはありますか?水のおかげで、ある場所から別の場所への移動が容易になりました。水源は農業に使用されました。さらに、水力発電は何世紀にもわたってエネルギーとして選ばれてきました。水力発電の歴史は、本質的には人類の歴史です。古代ギリシャ人は筋肉を使って小麦粉を手で挽いていました。その後、彼らは作業を非常に容易にする最初の水車の 1 つを発明しました。彼らや他の人々はその技術を織物製造、木工、その他の用途に応用しました。何世紀にもわたって、私たちはこの記事にあるような、急流の力を利用するための新しくてより良い方法を考案してきました。
