東部深層海水創新研發中心

1. はじめに
沖縄県海洋深層水研究所では，取水した表層海水と海洋深層水を用いて，海洋温度差発電(OTEC)の実証プラントが2013 年から運転を行っている．また，久米島では，海洋深層水の取水量増加による複合利用の推進が検討されており，その中で正味出力1MW 規模の商用プラント設置が検討されている(1)．ここで，海洋深層水の取水設備設置コストはOTEC 発電設備のコストの約3 倍と試算されており，システムの低コスト化には，取水設備のコスト低減が重要である．一方，佐賀大学海洋エネルギー研究センターでは，取水した熱源海水の熱エネルギーを有効利用する方法として，熱源海水をカスケード利用する多段サイクルを検討しており，理想的条件では，同じ熱源の温度，流量条件において，従来(単段)のサイクルよりも発電出力が約1.3 倍になる可能性が示されている(2)．本報では，発電出力1MW のOTEC について，従来の単段ランキンサイクル（S-R）と2 段ランキンサイクル（D-R）の必要海水流量について比較を行い，D-R による海水取水量の低減の検討結果を報告する．
2. サイクル解析方法
図1 にD-R の概略フロー線図を示す．表層海水はCycle No.1 の蒸発器を経てCycle No.2 に入り，海洋深層水はCycle No.2 の凝縮器を経てCycleNo.1 に入る．サイクル解析は，Morisaki et al.の仮定及び計算モデルを基にした関係式を用いた(3)．計算条件は，発電端出力1MW，タービン効率75%，作動流体ポンプ効率80%，蒸発器及び凝縮器の伝熱性能(UA/Q)=0.4 K-1，海洋深層水温度5℃，表層海水温度15~30℃とし，熱源間の入口温度差にて，最大の発電出力が得られる作動流体流量(熱源の出入口温度差)の条件で算出した．作動流体はアンモニアとし， その熱物性はREFPROP(4)を用いて算出した．
3. 計算結果及び考察
図2 にD-R に対するS-R の必要海洋深層水流の比を示す．熱源間温度差が25℃の場合，D-RはS-R に対し海洋深層水流量は，約20%削減される．一方，熱源間温度差が10℃と小さい場合，D-R の必要海洋深層水流量が増加する．これは，D-R は，熱源間の入口温度差に対し，熱源の出入口温度差がS-R に比べて大きくなり(図3)，D-Rのサイクルの有効動作温度(タービン出入口温度)がS-R に比べて小さくなったためである．
4. まとめ
表層海水30℃，深層水5℃の条件で，D-R を用いると，S-R に比べて，約20%の深層水流量低減の可能性を示した．