米国エネルギー省は、次の重要な再生可能エネルギー源を水中に求めている。
同省は、河川や海洋を流れる水の力を利用するための11件のプロジェクトに資金を提供し、水中タービンの可能性を探っている。
これらのタービンは、再生可能エネルギーを大幅に増やし、化石燃料への依存を減らすのに役立つ可能性がある。
水中の海流が持つ力は計り知れず、まだ活用されていない。しかし、その力を利用するのは簡単ではない。
米国エネルギー省（DoE）は、水中タービンの可能性を探り、効率と費用対効果を高めることを目指している。成功すれば、発電方法に大きな変化をもたらし、世界をクリーンエネルギーの未来へと近づける可能性がある。ただし、水中タービンが実用化されるには、いくつかの課題を克服しなければならない。
SHARKS：水中タービン技術
ほとんどの水中タービンは、設計も導入もまだ初期段階にあり、水中環境とどのように相互作用するかについて学ぶべきことが多い。水流エネルギー・タービンの高コストも、商業的な普及を妨げる要因となっている。
しかし、DoE傘下のエネルギー高等研究計画局（ARPA-E）は、費用対効果の高い水中タービン技術を開発するため、2020年11月に総額3,800万ドルの助成金を11件のプロジェクトに提供している。これらのプロジェクトは総称して、Submarine Hydrokinetic And Riverine Kilo-megawatt Systems、すなわちSHARKSと呼ばれる。
SHARKSのプロジェクトは、発電コストを1キロワット時あたり0.05ドル未満に抑えられる海洋技術の開発を目指している。これは、水中タービンによる現在の発電コストのおよそ6分の1にあたる。SHARKSで開発された水中タービンの例として、Tidal Power TugとMantaがある。
カリフォルニアを拠点とするエネルギー開発企業Aquantisが発明したTidal Power Tugタービンは、第2世代の浮体式潮流エネルギー変換装置である。汎用性の高いスパーブイ式プラットフォームを備え、直径10メートルの可変ピッチ2枚翼ローターと160 kWの駆動系を支える。さらに、並列流ローター、垂直方向に旋回するスパーブイ、高度な解析ツールを組み合わせ、あらゆる海況で安定した発電を実現するよう設計されている。
この水中タービンは、米国東海岸沿いの湾流に適している。湾流は複数の環流を生み出し、これらは環流系（ジャイア）と呼ばれる。エネルギー密度の高いこれらの環流系が大都市に近接していることから、戦略的なエネルギー資源となっている。
Mantaも、流れる水からエネルギーを取り出すことを目指す水中タービンである。
カリフォルニアを拠点とする研究機関SRI Internationalが設計したMantaは、軽量な発泡材とガラス繊維でできた凧に、小型発電機を取り付け、海底に係留している。タービンが水流の中を移動すると、ロープの巻き取り機からロープが繰り出され、発電機が回転して電気を生み出す。
船舶との衝突や嵐から装置を守るため、凧のような形状のタービンには、向きを変えたり空気を抜いてしぼませたりできるモーターが備わっている。また、Mantaは流れの遅い水域でもわずかな動きで発電できるため、小規模で孤立したコミュニティへの電力供給に適している。
SRI研究所は、Manta水中タービンを試験し、その有効性を実証するため、ARPA-Eから420万ドルの資金提供を受けた。
新たな海洋エネルギー技術の評価
国立再生可能エネルギー研究所（NREL）は、米国政府の主要なクリーンエネルギー研究機関として、複数のSHARKSプロジェクトと緊密に連携している。各プロジェクトの効率を改善・分析するため、NRELのエンジニアは、新たな海洋技術の設計、制御、最適化を統合するオープンソースソフトウェアを開発している。
水中タービンは風力タービンと同様に、それぞれ水と空気の流体運動に反応するため、NRELはオープンソースの風力タービンシミュレーションツールOpenFASTのデータを用いて、SHARKSプロジェクトの性能を予測する計画だ。ただし、小さな問題がある。水は空気よりはるかに密度が高いのだ。NRELは、この物理的な違いを考慮できるようOpenFASTを改良している。
SHARKSがもたらす可能性のある好影響
水流エネルギーは、クリーンで再生可能なエネルギーを供給する可能性を秘めている。また、水は絶えず動いているため、水中タービンは昼夜を問わず電力を供給でき、風力や太陽光よりも信頼性の高いエネルギー源となりうる。
導入に成功すれば、次のような好影響が期待できる。
エネルギー安全保障
水中タービンは、単一のエネルギー源への依存を減らし、各国の電力網に必要な多様性をもたらすのに役立つ。また、悪天候による停電時には、予備のエネルギー源としても機能する。
経済
水流エネルギー・タービンは比較的新しい技術であるため、各国にとって新産業を創出し、雇用を生み出す機会となる。また、エネルギーコストを削減し、経済成長を促す可能性もある。
環境
水流エネルギー技術は水系からエネルギーを取り出すため、温室効果ガスの排出を削減する可能性がある。さらに、水中タービンはダムや貯水池の建設を必要としないため、他の再生可能エネルギーと比べて環境への影響が小さい。
水中タービンの未来
SHARKSの水中タービン技術は、小規模で孤立したコミュニティから大都市まで、幅広い地域に電力を供給できる新たな再生可能エネルギー源の基盤となる可能性がある。特に、高価なディーゼル発電機に頼る小規模コミュニティにとって、水流エネルギー・タービンは、より安価でクリーンなエネルギー源となりうる。また、これらの水中タービンは景観や騒音への影響がないため、さらに魅力的な選択肢となる。
水中タービンにとって最大の課題は、技術的、経済的に実現可能であることを示すことだ。それができれば、これらのタービンは次世代の主要な再生可能エネルギー源となる可能性がある。
