波力発電のメリット・デメリット｜なぜ普及しない？日本の現状は？

波力発電の仕組み

電気の発電方法には、火力発電や風力発電、太陽光発電や原子力発電など数多くの方法が存在し、「波力発電」もそのひとつです。

ここでは、波力発電の概要や仕組み、タイプについて解説していきます。

波力発電とは？

波力発電とは、その名のとおり海や湖などの水面の波エネルギーを利用して電気を発電する方法です。

その仕組みはさまざまですが、水面の波が発生する力を利用して発電機を回転させるもので、例えば浮体やフロートを水面に浮かべて波の上下運動を受け取り、その運動エネルギーを発電機に伝えて発電することが可能です。

波力発電の方式は大きく分けて、「海底に設置する方式」と「海面に浮かべる方式」の2種類があります。

海底に設置する方式では、波の力を受け取る装置を海底に設置し、波の力をより直接的に受け取ることができ、比較的安定して発電が行える特徴があります。

一方の海面に浮かべる方式では、浮体やフロートを海面に浮かべて波の力を受け取り、発電を行う方式です。海面に浮かべるため設置が容易さやコストが比較的低いという特徴がありますが、波の高さや風などの気象条件によって発電量が変動するため、安定した発電が難しいという課題もあります。

波力発電は再生可能エネルギーとして注目を集めており、日本をはじめとする海洋国家では波力発電の開発や実用化が進められています。

振動水柱型

振動水柱型波力発電は波の力で水中の振動水柱を発生させ、その振動を利用して発電を行う方式です。

具体的には、水中に垂直に立てた円筒状の構造物の中に、上下に動く水柱を設置します。波の力で水面が上下に揺れると、その揺れが水中の水柱に伝わり、水柱が上下に振動することで発電機を回転させます。

この方式の特徴は、水柱が上下に振動する際に水柱の下部が閉じられた空間になっていることにあり、気体を封入しておくことで水柱が上下に振動する運動を利用して、気体を往復運動させることができます。そして、その気体の往復運動を利用して、ピストンを動かし発電を行う仕組みです。

振動水柱型波力発電のメリットは、波のエネルギーを比較的効率的に取り込むことができることです。また、構造が簡単で波の大きさや向きに左右されることがないため、発電量の安定性が高くなるという特徴があります。

しかし、設置場所が限定されることや、構造物のメンテナンスが必要であることなど課題もあります。

可動物体型

可動物体型波力発電は波の力で可動式の構造物を上下させ、その運動エネルギーを利用して発電を行う方式です。

具体的には、海面に浮かべた構造物に浮体やフロート、ヒンジやピストンなどの可動部品を取り付け、波エネルギーで浮体やフロートが上下に揺れ動きます。この動作に連動して可動部品が上下に運動し、その運動エネルギーを発電機に伝えて発電を行います。

この方式の特徴は可動式の構造物を使用することで、設置場所を選ばない柔軟性があることです。また、構造が比較的単純で、波のエネルギーを効率的に取り込むことができるため、比較的高い発電効率が期待できます。

一方で、可動部品のメンテナンスが必要であることや、波の向きや波高などの環境変化によって発電量が変動することなどが課題となっています。

可動物体型波力発電には、下記のような種類があります。

越波型

越波型波力発電は波の力で水を高い位置に持ち上げ、それを利用して発電を行う方式です。

具体的には、海岸線に設置した構造物に海水が流れ込むように開けられた入口があり、波が流れ込むとその力で水が高い位置に持ち上げられ、構造物内に設置されたタービンを回転させて発電を行います。

越波型波力発電の特徴は構造が比較的シンプルであるため、メンテナンスが容易であることや、波のエネルギーを比較的効率的に取り込むことができることです。また、海岸線に設置するため、沖合いに設置する波力発電と比べて送電距離が短くて済むことや、景観の損失が少ないことがメリットとして挙げられます。

一方で、波の高さや周期などの変化によって発電量が大きく変動することや、海水の汚染やコンクリート構造物による生態系への影響が課題となっています。

ジャイロ式

波力発電のジャイロ式は、波の力を利用して発電する方法の1つです。

こちらの方式では海上に設置するジャイロスコープが内蔵された浮体が波の力で上下運動し、この運動に応じてジャイロスコープが回転するエネルギーを発電機に伝えて発電を行います。

また、ジャイロスコープは回転体を使用して発生した慣性力を活用して、浮体の上下運動を感知した際には、それを発電機に伝えることで波力発電を実現しているのです。

ジャイロ式の波力発電は波の周期や波高によらず発電が可能で、波の力を効率的に利用できるため、注目されている発電方法の一つです。

ジャイロ式波力発電が注目を集めている

波力発電には様々な方式がありますが、そのなかでもジャイロ式波力発電が注目を集めています。

その理由として、ジャイロ式波力発電は波の周期や波高によらず、高い効率で発電が可能であることが挙げられます。これは、ジャイロスコープによって慣性力を利用しているためであり、波のエネルギーを効率的に回収できるためです。

また、効率性の高さだけではなく、ジャイロ式波力発電では浮体にジャイロスコープを内蔵するため、他の波力発電方式に比べてコンパクトに設計できます。これらに加えて設置場所に制約が少なく、海洋資源の有効活用に貢献できることも注目度が高い要因であるといえるでしょう。

そのほか、地球環境の保全やエネルギー資源の枯渇問題から再生可能エネルギー市場が拡大しており、太陽光や風力発電と比べて波力発電はエネルギーの安定供給が期待されていることもポイントです。波は常に存在するため、天候に左右されずに一定の発電量を維持できるためです。

ジャイロ式波力発電はこのような特徴を生かし、より安定したエネルギー供給を実現できる可能性がある発電方法であるといえるでしょう。

波力発電のメリット

再生可能エネルギーの中でも注目度の高い波力発電ですが、ほかの発電方法と比べてどのような点が優れているのでしょうか。

ここでは、波力発電のメリットについて解説していきます。

ほかの自然エネルギーより面積あたりの発電効率が優れている

波力発電で使用される波エネルギーは、ほかの自然エネルギーに比べて面積あたりの発電効率が優れています。

その理由は、風力や太陽光など他の自然エネルギーと比較して、単位面積あたりのエネルギー密度が非常に高いためです。

面積あたりの密度が高いエネルギーを使用していることで、波力発電の発電効率も高くなるのです。

安定した発電量が得られる

波力発電は、気象条件に左右されやすい風力発電や太陽光発電とは異なり、一定の周期で恒常的に発生するため、波力発電は安定した発電量が期待できます。

具体的に、波は風や潮流、重力などの力によって引き起こされるものです。波は一定の周期で発生し、その周期や波の高さや速さなどは、周囲の気象条件や海洋環境によって影響を受けます。しかし、波自体は非常に安定したエネルギー源であり、太陽光や風力などのように、短時間で急激に発生したり消失することはありません。

また、技術の発達により、波の発生パターンや周期に対する事前予測の精度も進歩しています。この予測技術を活用することで、波の予測情報を元に発電のスケジュールを立て、より効率的な発電が可能になると期待できるでしょう。

産業の活性化

波力発電は、産業を活性化する発電方法であるとも言われています。

例えば波力発電では電気業だけではなく、製造業や建設業など、様々な産業分野が関わっており、既存の異なる産業分野同士の連携が強化され相乗効果が期待できるのです。

また、波力発電は従来のエネルギー産業に比べて発電所の規模が小さく、分散型の発電が可能なため、新たなビジネスモデルの創出が期待されます。具体的には、地域住民や漁業者といった地元のコミュニティが、共同で波力発電プロジェクトを進めることで、地域コミュニティの経済活性化に繋がることが挙げられます。

加えて、こうしたビジネスモデルの創出は新たな産業分野の創出にも繋がります。このように、波力発電に必要な技術や装置、サービスなどを提供する企業が生まれ、それらが新たな雇用を創出することで地域経済を活性化することにも期待が持てるでしょう。

エネルギーの枯乾がない

波力発電は、再生可能エネルギーの中でも枯渇する心配のない波エネルギーを使用しています。

ご存知のとおり、世界の70％以上が海洋で占められており、その中には波や潮汐などのエネルギー源が豊富に存在しています。

波力発電はこうした豊富な海洋リソースを利用するため、ほかの自然エネルギーと比較しても、枯渇の心配をせず発電ができる方法でしょう。

波力発電のデメリット

安定かつ効率的な発電ができ、産業の活性化やエネルギー枯渇の心配がない波力発電ですが、その一方でデメリットも存在します。

ここでは、波力発電のデメリットについて解説していきます。

塩害による機器の腐食

風力発電では、自然現象である強風への対策としてプロペラの向きを変えるといった回避策がありますが、海に設置する波力発電は海に設置するため、発電設備に使用する機器が塩害によって腐食しやすいことは免れません。

塩害に強い素材を用いるといった工夫もされますが、それによって建設コストが高くなってしまうこともデメリットでしょう。

コストが高い

波力発電では塩害だけではなく、潮流や波浪、風に強い材料を使用する必要があるため建設コストが高い傾向にあります。

また、波力発電施設は海中に設置されるため、設備の保守・修繕には高度な技術（人材）が必要であるほか、輸送・配電インフラの整備コストかかります。

このように、設置場所が海であるため、陸地の発電設備よりも多くのコストがかかることはデメリットでしょう。

災害時の安全性が不透明

海に設置される波力発電は、波の高さや波の周期、風向きや風速などの天候条件だけではなく、台風による大波や津波といった自然災害にも大きく影響を受けます。

また、海上での作業ということもあり、陸地よりも危険性が高くなるというリスクもあります。

このように、波力発電では安全性の確保ができるかどうかも課題でしょう。

漁業関係者への理解が得られにくい

波力発電は、その名のとおり波エネルギーを利用した発電方法であるため、海流が一定レベルに達しているエリアに設置する必要があります。こうした場所への建設は、漁船が往来する場所でもあるため、漁業の妨げになってしまいます。

また、波力発電設備の設置によって、騒音や振動による生態系への影響、施設周辺の水温変化や流れ変化による生息環境の変化なども挙げられるでしょう。

このような悪影響を及ぼすリスクがあることから、漁業関係者からの理解が得られにくいことも波力発電のデメリットです。

波力発電はなぜ普及しない？日本の現状は？

波エネルギーを利用する波力発電は海に囲まれている島国の日本に適している発電方法ですが、波力発電に対する認知度は決して高くはありません。

日本で波力発電はなぜ普及しないのか、ここでは国内における波力発電の現状について解説していきます。

世界初の実用化に成功したがその後は停滞

日本は1965年に海上保安庁によって浮体式振動水柱型装置の益田式航路標識用ブイ（最大出力30W～60W）を世界で初めて実用化させた実績があり、現在でも国内外で数千台稼働しています。

しかし、コストがかかる波力発電の研究や導入は、石油価格の高騰の落ちつきや資金調達が難しいなどの理由から普及していません。

また、空気タービン式波力発電システムの実証試験を山形県酒田港の護岸にて2015年に行っていますが、課題も多く実用化が進んでいないのが現状でしょう。

海洋エネルギー開発ロードマップは作成されている

波力発電の実用化は進んでいないのが現状ですが、海洋エネルギー資源利用推進機構（OEA-J）は2050年に向けた海洋エネルギー開発ロードマップを作成しています。

こちらのロードマップに掲載されている導入目標によると、2030年までに554MW、2050年までに7,350MWとされています。

地球環境の保全や再生可能エネルギーに注目が集まり、技術革新が進んでいる現代において、これらの目標値は現実的なものでしょう。

日本の海域は波力発電に適している

日本は海に囲まれた島国であり、波が強い地域も多く存在していることから、波エネルギーを利用する波力発電に向いています。具体的に国内の適した場所を挙げると、日本の近海には、東北地方の三陸沖や、九州南岸の日向灘など国際的にも注目される波力発電に適した海域が存在しています。

実際に波力発電を導入するためには、設備の開発や導入コストの問題、周辺環境への影響などといったさまざまな課題を解決する必要はありますが、環境面で見れば日本は波力発電に向いていでしょう。

世界における波力発電実用化例

日本国内ではまだまだ実用化に至らない波力発電ですが、世界に目を向けると実用化に成功している国もあります。実用化に成功している国と事例は、以下のとおりです。

日本は波力発電のポンテンシャルを生かせる

地球環境の保全やエネルギー資源の枯渇などの問題から、風力発電や太陽光発電といった再生可能エネルギーを利用した発電方法に注目が集まっています。波力発電もそのうちの1つであり、波エネルギーを活用する発電方法です。

現在、実用化という点においてまだまだ普及は進んでいない状況ですが、島国である日本は波力発電のメリットを最大限に引き出すことができる可能性を持っています。

再生可能エネルギーへの関心の高まりや技術の向上から、波力発電は今後発展が見込まれる発電方法でしょう。