強い台風「スーラ」の完全記録、「観海1号」はどうやってできたのか

2023年9月2日、台風9号「スーラ」は広東省沿岸海域に沿って西に発達した。 「スーラ」が珠海海域を通過した際、海面の最大風力はスーパー台風18級に達し、風速は毎秒61.5メートルに達し、海面に高さ5～6メートルの巨大な波を引き起こした。海洋気象予報局は波浪警報を発令し、海上の多くの建造物が深刻な被害を受けた。

当時、珠海市東澳島の北約1.5キロに位置する「観海1号」波力発電観測プラットフォームも「蘇羅」の脅威に直面していた。

「関海1号」が稼働開始

台風「スーラ」通過後の「観海1号」

台風前と台風後の「広海1号」の比較、画像提供：中国科学院広州エネルギー転換研究所

「観海1号」は珠海の中心部、超大型台風「スーラ」の進路上に位置し、台風の被害に抵抗することに成功しただけでなく、超大型台風「スーラ」通過中の関連海洋観測データとリアルタイム海況映像を記録し、当該地域を通過する超大型台風の発生、発達、後退過程を全面的に記録し、貴重なリアルタイムデータと映像資料を獲得した。

厦門海1号が蘇羅号接近時に記録した巨大波の映像のスクリーンショット。画像提供：中国科学院広州エネルギー転換研究所

「スーラ」が珠海海域を通過した際に発生した巨大な波（波により上部プラットフォームが水没）。画像提供：中国科学院広州エネルギー転換研究所

「観海1号」はどのようにして安定した姿勢を実現しているのでしょうか？

「観海1号」は、波力エネルギーを主電源とし、太陽エネルギーを補助電源として海洋観測機器に電力を供給する海洋ブイプラットフォームです。プラットフォームの高さは約14メートル、直径は6メートル、喫水は8メートルです。高波でもプラットフォームがアンカーを失うことがないように、4 点係留システムを採用しています。同時に、水中計器や装置の設置に便利であり、装置の係留索が水中計器のケーブルに絡まることはありません。

「観海1号」プラットフォームにはバラストシステムも装備されており、プラットフォームの喫水を調整して、海上でプラットフォームが安定した姿勢を保つようにしています。大きな波が来てもプラットフォームの姿勢は非常に安定しています。これらの設計により、観海1号は2023年夏のいくつかの台風の襲来にうまく耐えることができた。台風9号「スーラ」に加えて、台風4号「ターリー」も経験した。

図4 観海1号の概要（出典：中国科学院広州エネルギー転換研究所）

「観海一号」には他にどんな「魔法の力」があるのでしょうか？

「冠海1号」は台風耐性に優れているほか、電力供給能力も優れています。プラットフォームの観測システムに電力を供給するために、海の波のエネルギーを使用します。

この波力発電システムの鍵となるのは、イーグル型波力エネルギー捕捉・水力エネルギー変換技術の活用です。中国科学院広州エネルギー転換研究所の長年にわたる波力エネルギー技術の研究成果に基づき、イーグル型波力エネルギー吸収フロートと海洋プラットフォームを組み合わせて、観測プラットフォーム全体の形状を形成しました。イーグル型消波フロートとプラットフォームの相対運動を利用して、波のエネルギーを消波フロートの機械エネルギーに変換します。内部に水力エネルギー変換システムが設置されており、消波フロートの機械エネルギーを効率的かつ安定的に水力エネルギーに変換し、最終的に永久磁石発電機を回転させ、整流や反転などの電力変換プロセスを通じて水力エネルギーを交流に変換し、バッテリーに蓄えます。

タカ型消波浮体、水力エネルギー変換および電力変換システムキャビン、「広海1号」の3次元モデル図、物理モデルテスト図、画像提供：中国科学院広州エネルギー変換研究所

また、波が小さいときに波力発電システムの電力供給が不足するという問題を補うため、プラットフォームには補助として太陽光発電も装備されており、プラットフォーム上の観測機器に常に安定して十分な電力が供給されるようになっています。

「観海1号」は十分な電力供給が可能なため、多くの海洋観測機器を搭載している。海面の水面映像、気象パラメータ（風速、風向、温度、放射線など）、環境パラメータを観測できるだけでなく、海水中のいくつかのパラメータ（波、流れなど）や映像データも観測できます。下図の通り、東オーストラリア海洋牧場で魚群の成長を観察するために水中に設置された「観海1号」の映像です。

「観海1号」搭載の水中観測システムから送信された海中魚類活動映像のスクリーンショット。画像提供：中国科学院広州エネルギー転換研究所

そのため、「観海1号」は空中、水面、海底の3次元観測を行う能力を持ち、無線ネットワークを通じてデータ通信を行い、観測したデータや映像をリアルタイムで送信することができる。下図は「Guanhai No.1」のリアルタイムデータ表示システムの画面です。さらに、「観海1号」には、380V/220V/48V/24V/12Vなど、さまざまな電圧レベルのバックアップインターフェースが多数装備されており、より多くの異なるタイプの観測機器の追加が容易になります。

図7 「観海1号」の海洋観測データのリアルタイム表示（出典：中国科学院広州エネルギー転換研究所）

海は地球の表面積の70％を占め、人類にとって生産や生活資源の重要な供給源となっています。海洋資源をより有効に開発するためには、海洋に対する深い理解と探究が必要です。海洋観測は海洋を理解し、探究するために必要な手段です。しかし、海洋観測が深海まで行くことを制限している最も重大な問題の一つは、各種観測機器への電力供給不足であり、このため海洋観測が深海まで行き、長時間、途切れることなく、広い範囲にわたって海洋を観測することが困難となっている。

中国科学院広州エネルギー転換研究所は、海洋観測分野における現在の電力供給不足問題に対応するため、波力エネルギーなどの海洋再生可能エネルギーを利用して海洋観測機器に電力を供給する新たな方式を提案し、「観海1号」「海嶺」「海星」など、100W～10kWの電力供給能力を持つ波力電源装置を相次いで開発し、さまざまな海域のさまざまな観測機器や設備の電力需要を満たし、海上で海洋エネルギーを利用し、現地でエネルギーを得るという海洋観測の現場電力供給の新しい方式を実現し、わが国の海洋観測事業にエネルギー保証を提供した。

広州エネルギー研究所が開発した波力発電海洋観測ブイ（左が750Wと150WのHailingブイ、右がHaixingブイ）、画像提供：中国科学院広州エネルギー研究所

企画・制作

著者: イェ・イン、中国科学院広州エネルギー転換研究所

中国科学普及協会制作

プロデューサー丨中国科学博覧会

編集者：リンリン