Global system value of tidal stream energy for cost-effective decarbonisation

世界は、電力がほぼすべて太陽と風から供給される未来へと突き進んでいます。この転換は気候変動を止めるために不可欠ですが、厄介な問題をもたらします。それは、太陽は常に照っているわけではなく、風も常に吹いているわけではないということです。天候が穏やかなとき、電力網は不足する可能性があり、エンジニアは後で使うためにエネルギーを蓄えるための膨大な量の蓄電池を建設することを余儀なくされます。これらの電池は高価であり、製造には大量の希少材料を必要とします。科学者たちは以前から、潮汐が異なる種類のエネルギーを提供することを知っていました。風や太陽とは異なり、海の満ち引きは月と太陽の重力によって引き起こされるため、完全に予測可能であり、天候には全く左右されません。大きな疑問は常に、この信頼できる電力は水中タービンの高い建設コストに見合う価値があるのか、それとも単なるニッチな好奇心の対象に過ぎないのかということでした。

オックスフォード大学とプリマス大学の研究者による新しい研究は、単一の発電所のコストを見るのではなく、電力システム全体を見ることで、ようやくその答えを出しました。彼らは高度なコンピュータモデルを使用し、スコットランドの風が強い海岸からインドネシアの晴れた島々に至るまで、世界中の20の異なる場所における電力網がどのように機能するかをシミュレーションしました。これらのシミュレーションの中で、彼らは潮流エネルギー（潮流によって回転する水中タービンによって生成される電力）を加えることが、ネットゼロの電力システムの総コストと設計にどのように変化を与えるかをテストしました。その結果、潮流発電は、それが安価であるからではなく、風や太陽にとって完璧なパートナーとして機能し、システム全体がより安価な蓄電池やより少ない総資源で稼働することを可能にするため、これまで考えられていたよりもはるかに価値が高いことが示されました。

研究者たちは、潮流エネルギーの価値は、その地域にすでにどのような電源が利用可能であるかに大きく依存することを発見しました。風が再生可能エネルギーの主な源である場所では、潮流発電を加えることで強力な組み合わせが生まれます。風は数日間にわたって予測不能になることがあるため、グリッドは常に十分な電力を確保するために、通常、膨大な量の追加の風力タービンと電池を建設する必要があります。しかし、潮汐は厳格で予測可能なスケジュールに従い、その間に短い休息を挟みながら、一日に二回満ち引きします。この予測可能なリズムを風の強いシステムに加えると、風が残した隙間を埋めることができます。研究によれば、これらの風が強い地域において、潮流エネルギーを加えることで、電力システムの総コストを20パーセント以上削減できることが示されています。これは、グリーンなグリッドにおいて最も高価な部分となることが多い蓄電池の必要性を劇的に減少させることによって実現されます。実際、これらのシミュレーションでは、必要な電池容量は20パーチセントから55パーセントの間で減少しました。

太陽光発電が主要な再生可能エネルギー源である地域では、物語は少し異なりますが、依然としてポジティブです。ソーラーパネルは昼間に電力を生成し、夜間に停止するという、非常に規則的なパターンを持っています。ここに潮流発電を加えることは依然として役立ちますが、その節約効果はより緩やかであり、一般的にシステムコストを15パーセント未満に抑える程度です。これは、ソーラーパネルと電池がすでに昼夜のサイクルを扱うのに非常に優れているためです。しかし、これらの晴れた地域においても、潮流エネルギーは依然として重要な役割を果たしていました。それは電池容量の必要性を約15パーセント減少させ、電力供給を平滑化する助けとなりました。これは、潮流がほぼあらゆる再生可能エネルギーの混合の中に居場所を持っていることを証明しています。研究は、潮汐の独特なタイミングが、風や太陽が単独では提供できない異なる種類の安定性を提供することを示唆しています。

最も驚くべき発見の一つは、潮流エネルギーがエネルギー転換の物理的なフットプリントをどれほど削減できるかという点でした。ネットゼロの世界を構築するには、ソーラーファームや風力発電パークのための広大な土地、そして電池に必要なリチウムのような大量の重要材料が必要です。シミュレーションによれば、潮流発電を含めることで、多くの風主導の地域において、開発に必要な総面積を30パーセント以上削減できることが示されました。同様に、電池を作るために必要なリチウムの需要も大幅に減少しました。いくつかのケースでは、電池容量の必要性が最大80パーセントも減少しました。これは、潮流エネルギーが、これらすべての発電所をどこに建設するか、そしてそれらを建設するための材料をどこから調達するかという問題を解決し、環境やグローバルなサプライチェーンへの圧力を軽減できることを意味します。

研究者たちはまた、世界がゼロカーボン排出に近づくにつれて、潮流エネルギーの価値がどのように変化するかについても調査しました。風主導のシステムでは、炭素制限が厳しくなるにつれて、潮流発電の価値は実際に高まります。グリッドがよりクリーンになり、化石燃料への依存が減るにつれて、その予測可能で天候に左右されない電力の必要性がより重要になります。対照的に、太陽光主導のシステムでは、その価値は安定していますが、それほど劇的には成長しません。研究は、ある地域における風と太陽のリソースの比率が、潮流エネルギーがどれほど役立つかを予測する良い指標になると特定しました。もし場所が風が多く太陽が少ない場合、潮流発電は主要なコスト削減要因になる可能性が高いでしょう。もし場所が非常に日照に恵まれているなら、潮流発電は依然として役立ちますが、パズルのより小さなピースとなります。

この研究は、新しいエネルギー技術に対する古い考え方に挑戦しています。長い間、専門家は潮流発電のような技術を、電力単位あたりの単独のコストのみで判断してきました。水中タービンは現在、建設や維持にコストがかかるため、安価なソーラーパネルに対して競争力がないと見なされてきました。この新しい研究は、この見方が狭すぎると主張しています。それは、ある技術の真の価値は、それがシステム全体にどのように適合するかにあるということを示唆しています。たとえ潮流タービンがソーラーパネルよりも建設コストが高かったとしても、それらは電池や追加の風力タービンのような他の高価なコンポーネントの必要性を減らすことで、システム全体のコストを削減します。研究は、潮流流エネルギーが単なるいくつかの特定の海岸線のためのローカルな好奇心ではなく、より安価で、より効率的で、より回復力のあるネットゼロの未来を築くための、世界的に重要なツールであると結論付けています。

研究者たちは、将来のテクノロジーコストの変化や、異なる電力需要のパターンを含むさまざまなシナリオに対して、自分たちの発見を慎重に検証しました。電池や風力タービンのコストが大幅に上がったり下がったりすると仮定した場合でも、潮流発電を加えるメリットは一貫していました。シミュレーションは、潮流エネルギーがシステム全体をより堅牢（ロバスト）にすることを示しました。つまり、他のテクノロジーのコストの予期せぬ変化によって、システムがバランスを崩す可能性が低くなるということです。この回復力こそが、その価値の重要な一部です。また、研究は、最高の潮流資源はスコットランドのペントランド・フローやニュージーランドのクック海峡のような特定の場所に存在しますが、その恩恵はこれらの巨大なサイトに限定されないことも指摘しました。日本やインドネシアを含む世界中のより小さなサイトも、顕著なシステム全体の利益を示しました。

最終的に、この論文は、海洋が中心的な役割を果たす未来のエネルギーシステムの姿を描き出しています。潮汐の予測可能なリズムを利用することで、私たちはよりクリーンであるだけでなく、より安価で、地球の資源への要求が少ない電力網を構築することができます。この研究は、潮流エネルギーをいつ、どこに展開すべきかについての明確なロードマップを提供しており、それが世界の脱炭素化というパズルにおける不可欠な欠けているピースであることを示唆しています。それは、気候危機を解決するためには、単一の解決策に頼るのではなく、それぞれが独自の強みを活かした多様な技術の組み合わせが必要であることを思い出させてくれます。古くから変わることのないリズムを持つ潮汐は、持続可能な世界への移行を導くための、安定した手を提供しているのです。