人力発電についての一考察

ふざけた内容ですので、まじめに読まないようお願いいたします。

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人力発電所は可能か？

偶に、「人力発電」という言葉を見かけますが、
電気事業法第二十六条によって、供給電圧と周波数を経済産業省令で定める値に維持するよう努めなければならない、と規定されています。

同じ条文の第二項では、電圧と周波数が維持されない事により電気の使用者の利益を阻害していると判断されるときには電気工作物の修理、改造およびその他、必要な措置をとることを経済産業大臣が命令することができると規定されています。

仮に人力発電が、直接人が発電機を回転させるものであり、送配電系統に直接接続される場合は、上記の電気事業法第二十六条を遵守できるでしょうか？

• 負荷の変動に対して、発電機の回転数及び出力電圧を一定に維持できる？
  
• 交代や休憩はどうする？
  

以上のような課題が立ちはだかって来ます。

実際の商用電源でも発電所からの供給力に対して系統の負荷が大きいときには周波数が下がり、負荷が小さいときには周波数が上がる傾向があるようですが、それでも中心周波数から10%も変わらないようです。

無論、人力で直流発電機を回して蓄電設備に電力を蓄え、インバータで交流に変換してから送配電系統に接続するという方法であれば、電気事業法第二十六条に抵触する事を回避できるでしょう。

但し、この方法では蓄電とインバータでのエネルギーロスがあり、やや効率が悪いです。

揚水・人力ハイブリッド発電所

人力を発電に活かすにはどうすれば良いか。

考えられる方法の一つは、揚水式発電所の上部貯水池に、何らかの方法で発電所から放流される水を汲み上げることで、一種のパワーアシストとして人力を利用し、揚水式発電所の稼働率を向上させるという方法が考えられます。

実際のところ、定量的な検討をするための材料がありませんので、何人が何時間、どれだけの水を汲み上げればよいかという検討はしていません。

ズバリ、思いつきな訳ですけども、発電設備を新設する必要が無く、また負荷に応じて回転数を一定に保つような高度な技術を必要としない、単純労働で人力発電ができるのかもしれないなどと妄想してしまいました。

節電に配慮したイベントプランと舞台演出

夏になるとロックフェスティバルなどが盛んに行われますが、先日Big Beach Festivalに行って来ました。

このイベントには昨年と今年の2回訪れているのですが、今年は昨年と異なり東日本大震災の影響を受けて会場の幕張海浜公園が被災している事に加え、電力供給の問題があるため昨年とはやや異なる趣向でした。

舞台演出

昨年との違いを特に感じたのは、「BIG BEACH STAGE」と呼ばれるメインステージで使用されている、舞台演出用照明装置の仕様が、昨年の多数の電球を組み合わせた面状のものから、電球の数が少ない棒状のものへの変更です。

電球の数を減らせば当然、消費電力は抑制されるので節電効果が大きいわけですが、それに加えてレーザー発振器の数も減らされていたようです。

レーザーによる演出自体は発振器の数を減らしても、幾何光学的に工夫を加える事で多彩な演出が可能となりますので、これもまた効果的な節電対策といえます。

さらに、照明装置の使用電球の数やレーザー発振器を減らしても、演出効果が見劣りする事がないように、舞台背面のプロジェクション型ディスプレイのスクリーンサイズを舞台の背後全体に拡大して、迫力のあるビジュアルを表示できるようにするための工夫もなされておりました。

イベントプラン

昨年はTwitter社との提携企画で行われていた、ハッシュタグ検索によるタイムライン表示を行うための大型ディスプレイやコンピュータのような、消費電力の大きな電子機器は使用されず、電力を消費しないハンモックなどの設備を用いた南洋風の休憩所が設営されておりました。

また、昨年は様子を良く見ていなかったので何ともいえませんが、会場内の売店などの照明が白熱電球ではなくLED電球が採用されていたようです。

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というわけで、今年のイベントは節電のための工夫が色々と行われそうです。

G24i launches Energy Harvesting Products with Texas Instruments

今週に入って、ソフトバンクの孫氏や各地方自治体の間で、太陽電池を用いた発電に関する話題が賑やかになっていますが、他方で英国のG24iという企業が半導体大手のTIと提携して、同社の色素増感型薄膜フィルム太陽電池を用いたエナジーハーベスティングデバイスの開発に乗り出すそうです。

G24i launches Energy Harvesting Products with Texas Instruments

G24i社の太陽電池製品は、孫氏や各地方自治体が導入を検討している大電力を発電するものではなく、TIと共同開発するデバイスを用いて、キーボードやマウスなどの低消費電力の製品の電源として使うことを目的とするもののようです。

以前、M.E.S.M技報: 圧電素子による発電について思うこと、という記事を書きましたが、乾電池に代わるものを目指す製品が色々と出てきており、中々興味深いものです。

現在、筆者はMSP430をエネループ2本で動作させる装置をいくつか検討していますが、エナジーハーベスティングデバイスが入手しやすくなったら、そういったデバイスで動作するマイコンシステムを考えてみたいものです。

Gartner Says Android to Become No. 2 Worldwide Mobile Operating System in 2010 and Challenge Symbian for No. 1 Position by 2014

調査会社のガートナーの予測ではWindows Mobileが2014年には2010年の3倍近いシェアになるとのこと。Gartner Says Android to Become No. 2 Worldwide Mobile Operating System in 2010 and Challenge Symbian for No. 1 Position by 2014

ガートナーの記事は有料なので購入する必要がありますが、とりあえず私が今使っている製品(シャープ HYBRID WZERO3)ではシステムがクラッシュすることが多く、電源を再投入するとユーザーインタフェースが表示されるまでに10分近くかかるという、すさまじい重さと信頼性の低さを兼ね備えたOSであるという印象があるのですが、果たしてWindows Mobile 7シリーズでこれまでの実績で失われつづけてきた信頼を取り戻せるのか？

多分、この予想は外れると思います。少なくとも、私は次期の機種選定からはWindows Mobile搭載製品を排除した上で検討する事に決めていますので。

ハードウェア記述言語 - 回路設計とプログラミングの狭間

私の本業は、ハードウェア記述言語を使用した回路設計なのですが、慣れるまでが大変だったりします。

コンピュータのプログラム言語のように、ハードウェア記述言語と呼ばれる言語を用いて回路を組んで行きます。

現在主に使われている言語はVHDLとVerilog-HDLですが、Verilog-HDLの方は記述の仕方がC言語とよく似ており、噂によるとC言語のプログラマーにも回路設計ができるというセールストークで処理ツールを売り込んでいたようです。

Verilog-HDL自体は原型が1983年から1984年の冬に作られたそうですが、標準規格として最初にまとめられたのが「IEEE Standard. 1364-1995」です。

一方、VHDLは米国国防総省向けのLSI設計に用いるために「IEEE Standard. 1076-1987」として標準規格としてまとめられました。

いずれの言語も規格がアップデートされていますが、旧版との互換性が保たれています。

ハードウェア記述言語は、特別なCADツールを使わずにテキストエディタで回路設計が出来たり、複雑な組み合わせ論理回路を論理式で記述する事で実装できたり、ステートマシンも容易に作れるという利点があります。

また、ハードウェア記述言語はそれぞれの言語に対応したシミュレータを用いて、容易にシミュレーションを行うことが出来ますので、LSIのように莫大な試作コストを必要とする製品の回路設計に最適です。

上述のような利点もありますが、深刻な問題も抱えています。

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深刻な問題点とは、ハードウェア設計であるにもかかわらず、設計者自身がソフトウェアの開発をしているような錯覚に陥る。あるいは、周囲の人間がソフトウェア開発だと錯誤してしまうという点です。

特に、ハードウェア記述言語による回路設計を、プログラミング言語によるソフトウェア設計であると意識して設計された回路は正常に動きません。

恥の上塗りではないですが、そのように設計された回路を正常に動かそうとして、色々と小手先の修正を加えてゆくと最終的には手の施しようの無い、いわゆる「スパゲッティコード」と呼ばれる状態になります。それでも一応動いていそうな回路にすることも出来てしまいますので、品質の悪い設計が代々受け継がれてゆくという、上記で挙げたハードウェア記述言語の利点を打ち消して余りあるほどの「負の設計資産」を作り出すリスクもあります。

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そのような点を考慮しますと、ハードウェア記述言語を用いた設計の担当者に求められる資質は、まず第一に電子回路、特に論理回路設計ができること、第二にはプログラミング言語を扱える事があるといえます。

電子回路設計の技術が必要である事は、ハードウェア設計者として当然必要な技術ですが、プログラミング言語を扱える事とは何でしょうか？

簡単に言いますと、シミュレーションのための入力データを生成するプログラムが作れる技能と、シミュレーションそのものを効率的に行うためのハードウェア記述言語を用いたソフトウェア的なプログラミングの技能という事になります。

一見、ソフトウェア開発のように見えるハードウェア記述言語による回路設計ですが、それはあくまでも見かけだけの話で、実際にはハードウェアを作っているという意識を持つことが大切だといえます。

LaunchPadを入れる箱

LaunchPadを用いた実験用に製作した「箱」を紹介します。

この「箱」は中にLaunchPadの基板を収納し、LaunchPad上のターゲットデバイスの汎用ポートからLEDの点滅、またはプッシュスイッチによる入力のテストを簡単に行えるようにしたものです。

ベースとなるユニバーサル基板上にLaunchPad他、基板実装部品を取り付けてあり、さらにICE用ケーブルを接続するピンヘッダをベース基板端部に取り付けてあるので、間にアダプタとなる回路を挿入する事で、ターゲットデバイスをターゲットシステム基板に搭載した状態でデバッグできるようにもしています。

回路図は以下の通りです。

基本的にピンヘッダとプルアップ及び電流制限抵抗の塊と言ってよい回路構成です。また、LEDとスイッチはケースの上面に取り付けてあります。

ベース基板とケース上面の間はフラットケーブルを用いて接続してあり、ケース上面のLEDやスイッチは空中配線としています。

ちなみに、ケースとベース基板はタカチの製品を使用しています。

• ケース：YX-150A
  
• 基板：TNF128-136
  

EAGLEのライブラリエディタ

現在、TIのLaunchPadをMSP430G2xシリーズのICEとして使う計画を進めておりますが、図面を引くのに少々てこずっております。

CADとしては回路図とボードレイアウトの両方が作成できるEAGLE CADのフリーウェア版を使用しておりますが、ライブラリに入っていないデバイスや未定義の回路シンボルが非常に多いので、ライブラリ編集は必須なのですが、その中でも面実装ICのライブラリ作成に威力を発揮するマクロmake-symbol-device-package-bsdl.ulpのモデル作成ウィンドウが、我が家の14インチディスプレイの縦方向のサイズよりも大きく、縮小も出来ないため実質的に操作できない状態となっております。

選択肢は3つあります。

• ディスプレイを大きいものに買い換える
  
• 使用するCADソフトを変える
  
• マクロを改造する
  

ディスプレイを大きいものに買い換えるのは出費を伴いますが、他のソフトも使いやすくなるという相乗効果が得られます。

使用するCADソフトを変えるのは使用方法に慣れる必要がありますが、比較的簡単な対処法です。

マクロを改造するには、マクロプログラムの作成方法に慣れる必要があり、そのための学習書を入手するといった、費用と手間を要するわりに得られる効果が少ないというリスクがあります。

そういったわけで、ICE本来とはあまり関係ないところで現在悩んでいるところでもあります。