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暗号を解読した後は?

現在のコンピューターは、プログラムとデータを一つのメモリーに混在させた「IASマシン」と呼ばれるコンピューターのアーキテクチュアー(基本構造)を踏襲しています。
IASマシンの概念的な枠組みを考案し、設計、製作に携わったジョン・フォン・ノイマンは、その基本的なアイデアを、アラン・チューリングという、天才数学者が考案した仮想機械の「チューリングマシン」から得たといわれています。
フォン・ノイマンとチューリングは、米プリンストン高等研究所で親交があったということです。
⇒フォン・ノイマンのコンピューター http://kurotsugumi.blog.so-net.ne.jp/2017-03-21

アラン・チューリングは、第二次大戦が始まると、母国の英国に戻り、ドイツの暗号通信の解読という難題に取り組みました。第二次大戦時、ドイツは解読不可能といわれる暗号機を開発して通信に使用していました。名づけて「エニグマ暗号」です。その暗号を解読する政府の機密プロジェクトで、チューリングは解読の中心となって、エニグマ暗号が適用されたほとんどすべての通信を解読する解読器ボム(bombe)の開発に成功しました。
エニグマ暗号を解読したチーム及び暗号内容は「ウルトラ」と呼ばれ、英国の最高機密とされました。ウルトラは対独戦において英国の優位をもたらし、ナチス敗北の要因の一つともいわれています。

暗号を解読するということは、高度で複雑な知的作業で、それ自体一大成果なのですが、実はそれは諜報戦でのスタートに過ぎません。
実際に暗号通信を傍受し、解読した後の情報の使い方が大変重要で、これを誤れば努力が無に帰すどころか、逆に相手を有利にさえしてしまうのです。
例えば通信の内容が余り重要でないのに、逐一反応して対応すれば、相手は暗号が解読されてしまったのではないかと疑い、暗号を変えるか、もっと狡猾な場合、解読された事実を知らない顔をして、(正しいけれども)重要でない情報を流し続けて、相手には解読されたことに気づいてないふりをしたりします。したがって解読できても、重要でない情報は無視して、解読されていないと相手には思わせ、重要な事態でのみ解読内容を生かすことが大事になります。まさに虚々実々の世界です。

二次大戦での諜報戦において、並ぶもののない頂点に位置したのは英国です。
エニグマ暗号通信を傍受解読して、英国は多くの重用な情報を入手していましたが、戦局を決定づけるような局面においてのみ利用し、重要度の低い情報は敢えて無視しました。
それによる多少の犠牲は覚悟して、解読の事実を隠し続けたのです。
今では「コベントリーの悲劇」として広く知られているのは、ドイツ空軍が英コベントリー市に夜間大空襲を計画している情報を得たにもかかわらず、政府はこれを黙殺し、その結果、コベントリー市は当時としては極めて大きな被害を受けた出来事です。
結局最後までウルトラの機密は守られ、英国はドイツに勝利することができました。

また英国は対独諜報戦で、「大欺瞞作戦」というものを展開しています。
この作戦は連合軍のヨ-ロッパ反攻での最初の上陸地点を、独軍に誤った場所を信じさせる計画のことで、実際に極めて大掛かりな偽物の基地を造り、モックアップの航空機や戦車を置き、またそこでの慌ただしい出撃準備の様子などを、独軍偵察機に、故意に偵察させたのです。

さらに英国内の対独二重スパイ網を通して、この偽上陸地点について多方面から(と装った)情報を、ドイツに送り、信憑性を高めるという工作を行っています。
驚くことに既にこの時点で、英国諜報部門は国内に侵入していたドイツスパイをすべて捕え、この多くを対独二重スパイ(ダブルクロス)に寝返らせてしまっていました。
そして、このスパイ網を通して以前と変わらず、情報を流し続けさせていました。しかもこの情報は重要ではないけれど正しい情報で、ドイツでは最後まで英国に送り込んだスパイ網が健在だと信じたため、欺瞞作戦で送られた偽上陸地点情報を真実と疑わなかったということです。
欺瞞作戦に対する独軍の反応や守備の状況などに関する暗号通信は、ウルトラによって解読され、独軍が偽上陸地点に集結されていることを確認して、ノルマンディー海岸に奇襲上陸したのです。

暗号解読によって入手した情報を、やたらと使わずに、戦局を決定するような局面においてのみ利用したこと、また逆に、寝返ったスパイに正しい情報を流させて、スパイ網が健在と信じさせ、最重要な場面で大ウソを送り届けたこと、などなど犠牲をいとわずに遂行するのは「言うは易し」の難事です。
使うことがないまま終わってしまい、すべてが水の泡となるリスクを負いながら、将来予測し、使うべき最善の局面を設定するという戦略的思考もさることながら、「そこまで耐えて待つ」待忍能力が必要なのです。この稀有なことが出来たのは、優れて英国特有の風土、その時代における社会的、政治的背景があったからと言われています。

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デマンドレスポンス

デマンドレスポンス(Demand Response)とは、電力供給システムにおいて、従来は需要に合わせて供給量を変動させることで電力の需要と供給を一致させていたのに対し、需要側が需要量を変動させて需要と供給を一致させることをいいます。
電力需要は季節や時間によって大きく変動します。需要が増加した場合、供給側に予備の発電所などによる余力があれば、供給を増やして対応しますが、余裕が無い場合、需要側が需要を減らして対応するというやりかたです。消費抑制のデマンド=要求に対して、レスポンス=応答するということです。日本では原発の停止による供給量の低下や太陽光発電などの再エネの不安定性によって、供給側の対応能力が低下している事情によって、注目されている方式です。

このデマンドレスポンスの一つに、ネガワット( negawatt power)というのがあります。
ネガワットは負の消費電力を意味する造語で、企業や家庭などの需要家の節約により余剰となった電力を、発電したことと同等にみなして、需要家に節電分に対して報酬金を支払う仕組みです。
ネガワットのネガは否定の意味で、メガワットすなわち1000キロワットが事業用太陽光発電の一つの基準となっているのをもじっているようで、デマンドレスポンスのように味も素っ気も無い記号的な造語が多い昨今では、珍しくユーモアのある言葉かも。

ネガワットは送配電事業者や小売電気事業者などの電力会社と、企業や家庭などの需要家との間で取引されます。電力会社と契約した需要家は、需要抑制の要求(デマンド)を受けると、所有する電気機器の運転を止めたり、設定を変更して消費電力を抑えます。(レスポンス)
契約で決めた分を節電できれば報酬を受け取ります。報酬は節電できる能力に対して支払われる基本報酬と、実際に節電した量に対して支払われる従量報酬に分けられます。

ネガワットは電力会社と需要家間で契約されるのが基本ですが、アグリゲーター(aggregator)と呼ばれる仲介者が、その間に入ることが想定されています。
aggregateは集めるとか総計いくらになるという意味で、アグリゲーターは集める人ということです。アグリゲーターはネガワットを集める事業者で、 複数の企業や家庭を集め束ねて、効率よく大きなネガワットを生み出すのが目的です。アグリゲーターが企業や家庭の需要家と個別に契約し、それをまとめて全体でどれだけのネガワットが出来るかを計算して、電力事業者と契約します。

実際に電力事業者から需要抑制指令を受け取ると、アグリゲーターはどの需要家が、どれだけ節電できるかを判断し、最適な組み合わせを計算し、各需要家に需要抑制指令を出します。実際に節電できた顧客に報酬を支払い、また電力事業者からは報酬を受け取ります。、
取引される電力は、指令を受けてから節電を実施するまでの反応時間と、需要を抑制し続ける持続時間、そして周波数調整の有無があらかじめ契約によって決められています。反応時間が短く、持続時間が長く、周波数調整があるほうが取引価格が高くなります。

アグリゲーターには、どんな事業者が名乗りを上げているのでしょうか?
大阪ガスは関西電力とデマンドレスポンス契約をしました。大阪ガスは自社のコジェネレーション発電装置を所有しています。関西電力から需要抑制を受けると、この発電装置を運転して発電したり、電気とガスの空調を併用しているところは、ガスだけで空調を運転したりして、ネガワット取引を実行します。また顧客の需要家に加えて、自社の工場、研究所などに節電を指令します。自社の施設がアグリゲーターの顧客でもあるわけです。
自社施設を加えることでネガワットの規模を大きくでき、また自社施設は顧客需要家にくらべて自由度が高く節電しやすいというメリットがあります。

太陽電池大手の京セラは、自社の太陽電池そして蓄電池を購入した家庭とネガワット取引を行い、電力会社の需要抑制指令に対応します。太陽光発電は、FIT(固定価格買取制度)による買取価格の低下により、家庭用は自家消費が中心になっていくと想定されますが、家庭での電力消費は、発電が出来ない時間帯が中心で、自家消費のネックとなります。その対策として蓄電池需要が増えていて、この太陽光発電と蓄電池の組み合わせによってデマンドレスポンスに答えようというものです。
顧客家庭がネガワット取引に参加して、報酬を受け取ることが出来れば、京セラにとっては顧客サービスに貢献したことになります。またネットワ-クでつなぐことによって顧客の機器の稼働状況をモニターして、メインテナンスを行うことが出来、自社製品の優位性につながります。

ということで、日本の電力供給が低位に進行する中、デマンドレスポンスやネガワットが、需給や価格の安定に貢献できるのか注目されるところですが、まだ始まったばかり。詳細な制度設計もこれからで、上手く機能するかどうかは今後の展開次第というところです。


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車の電動化は止まらない?

車の電動化の動きが、ここにきて急加速している様です。
1年前に「車は電動化する?」というタイトルで書いたので、一部を再アップします。

『自動車の未来はどうなるのか、混沌としています。
様々な種類の自動車が世に出てきますが、この先どれが主流になるのか分かりません。
ハイブリッド車(HV)が燃費向上の限界に近付き、ディーゼル車が躓き、また燃料電池車(FCV)が車自体の高コストや水素ステーションなどのインフラ整備の遅れによって足踏みする中、電気自動車(EV)とプラグインハイブリッド車(PHV)が、このところ注目銘柄のようです。
エネルギー事情や政府の政策、メーカーの事情や戦略によって、どこに落ち着くか分からない最近の「猫の目車事情」ですから、この先どうなるかは誰にも分からないのですが...
メーカーは自車の優位を狙って激しい競争を繰り広げているといえば、聞こえはよいけれど、見方によっては右往左往ともいえます。
現在の注目銘柄が何でEVとPHVなのかというと、どちらも単純に、走行中に二酸化炭素(CO2)排出量が少ない、もしくは出さないということと、構造が比較的単純で、新規参入が容易だということでしょうか。
EVは蓄電池に貯めた電気を使うので、走行中のCO2排出量はゼロです。
PHVは通常のHVよりも搭載する蓄電池を多くし、電気モーターで通常走行し、長距離走行や蓄電池電力が不足したときに内燃機関で走行します。
したがって走行全体で見ても排出量は少なくなります。
つまり本来のHVが内燃機関を主体として、モーターはその補助役であり、また回生エネルギーのように、ともかくもあらゆる所から、内燃機関の駆動に伴うロスエネルギーを集めて電気に変えるという複雑なシステムを有しているのに対して、PHVはそれらを簡素化、あるいは省略されます。
ということでPHVの位置付けは、HVよりもEV寄りになります。
そんな理由からでしょうか、EVとPHVへの参入が増えています。ディーゼルでミソをつけた欧州のメーカーがPHVを、そして米テスラモーターズがEVを発売して注目されています。
テスラが2016年3月に発表した新型「モデル3」は、従来のモデルより安い、といっても約400万円の価格ですが、発売1週間で30万台を超えました。これは日産自動車のEV「リーフ」が、発売から5年かけて20万台を販売したのに比べると大変な数字です。』

それから1年経った現在、EVへの傾斜が顕著です。
フランス、イギリスが2040年までに、化石燃料車の販売を禁止すると決めたのに続いて、中国も追随するようです。もっとも完全な化石燃料排除ではなく、PHVとHVは除外されるようですが...
この1年でEVが抜きん出るような技術革新が起こったわけではありません。
また石油の情勢に大きな変化が起こったわけでもありません。なのに何で?
どうやら社会的、政治的情勢の変化によるようです。

もともと都市の大気汚染が深刻なのは、中国やインドなどモータリゼーションが急な国に限られたわけではありません。公共交通が効率的に整備された日本のような国と違って、英仏やそして米国など先進国の都市の大気汚染も無視できない状態になっているようです。
公共輸送の未整備や職住間の距離、物資輸送の非効率性などによって、大量の車の乗り入れと、それによる渋滞などが重なって大気汚染が起こるわけです。

その手っ取り早い解決策として、走行中は大気汚染をもたらさないEVが最適というわけです。
奇しくもこれらの国では、自動車産業はドイツや日本に比べて競争力を欠いています。
穿った見方をすれば、化石燃料車から一気にEVに飛び移ってしまえばという思惑が働いている?
政治の影も見え隠れします。米国のテスラの様に新規参入して、一気にトップになれるかも!
ということで、どこかが口火を切れば、バスに乗り遅れるなとばかりに、一斉にEV化の流れです。

中国やインドでは傘下に収めた欧州メーカーが、早々とEV化を宣言するような動きもあります。
ドイツはディーゼル車で失態をさらし、日本はお得意のHVの消燃費がほぼ限界に達し、ともにPHVに活路を見出そうかというところでしたが、こんな世界の社会的、特に政治的情勢には抗し得ない?
特にドイツVWなどは、中国市場に過剰に依存しているので、政府の意向には逆らえないし...

いうまでも無く、都市の大気汚染はPM2.5などに代表される、直接的で地域的な汚染であるのに対して、間接的ながら地球規模の大気汚染、すなわち温暖化ガス排出とは無関係です。
EVは走行中に汚染物質を出さないというだけで、使用する電力は商用電力によって充電されたもの。その商用電力が石炭火力などによる、温暖化ガスを大量排出する電力だとすれば、エネルギーの作成から消費までの全体で見れば、電力もガソリンも大差は無いし、場合によってはHVなどの方がクリーンというのが実際の姿です。
今後、EV車が増えて電力が不足し、それを賄うために安価な石炭火力発電に頼れば、都市の空気は見掛け上はきれいになっても、世界では温暖化被害がますます拡大なんてことにも...

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光合成と生態系2

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同化・「左⇒右」の反応と、異化・「右⇒左」の反応は、両辺の物質を見る限り、まったく逆の反応になっていて、かつ物質は循環しているといいましたが、実際は完全な循環にはなっていません。
同化を行うのに必要なエネルギーは、光合成を中心とした同化で作られた有機物の一部を異化することによって調達するのですから、「左⇒右」への反応のほうが、はるかに大きい訳です。
光合成生物すなわち植物は、環境から「二酸化炭素と水」を摂取して自らを作り、そして環境へ「酸素」を排出するという、見かけ上は「左から右への一方向的な過程」となります。

この過程が大々的に行われたのが、今から27億年前に登場した藍藻(シアノバクテリア)という藻類による光合成です。
藍藻は現在の植物とほぼ同等の、複雑で巧妙な光合成能力を持ち、地球上で支配的な生物となりました。そして長い年月の間に、地球の大気中の二酸化炭素を、ほとんど酸素に変えるという大業を成し遂げてしまったのです。今日の地球の大気の組成は、この藍藻の仕業といわれています。
地球上の食料(二酸化炭素)を食べ尽くし、廃棄物(酸素)で満たしてしまった訳ですから、最初の大規模な環境汚染ということにもなります。

ここで登場するのが、光合成生物を食料とする生物の登場です。
光合成を中心とする同化で作られた有機物を食して自らを作り、また有機物を分解してエネルギーを得る生物、すなわち動物です。
動物は同化の大部分を自らは行わず植物に委ね、出来上がった有機物を摂取して自らを作り、またそれを異化することによって活動エネルギーを得るということで、見かけ上は環境から「酸素」を取り入れ、有機物と反応させて、環境へ「二酸化炭素と水」を排出するという、「右から左への一方向的な過程」となります。

この両方の過程の大きさが、同じになれば「循環」が成立します。
光合成生物と、それを食する生物との間での、無機物質と有機物質の相互変換による循環です。
循環は「資源の枯渇」と「廃棄物による環境汚染」という、生物にとっての大問題を解決します。
資源を消費して廃棄物を放出する片方向的過程が、廃棄物を資源として利用し、そしてその廃棄物がまた資源になるという双方向的過程になり、生物は資源の枯渇と廃棄物の堆積という圧力から開放されます。生態系は循環を成立させることによって、安定と継続を得ることが出来たのです。

かくして循環する「生態系」が成立します。
生態系の「生態」は、サラリーマンの生態なんて意味で使われたりしますが、英語のEcologyでは、生物種間やそれを取り巻く環境との間の相互作用を扱う学、生態学のことです。
また「系」(System)という言葉には、物理学での閉鎖系、開放系といった、外界から独立した一定の空間を意味したり、また複雑系のように、相互に関係する要素から構成されるまとまりや仕組みを意味したりします。また日本ではビジュアル系とかオネエ系、はたまた草食系、肉食系とかいった、ある範囲やグループ分けの意味で使われたりもしますね...

生態系での「系」は、複雑系のように相互間の機能に着目します。
すなわち、「生態系」の概念は、「一定の地域の生物種間やそれを取り巻く環境との相互関係が(特に物質循環とエネルギーの流れに)、一定の仕組みと機能を持ったまとまり」ということになります。

近年、生態系という言葉自体は一般化しましたが、生態系に何か実体があるように捉えたり、或いは統一的生命体とかいった、感覚的、情緒的に捉える傾向があるようです。
生態系が危機にさらされている状況への警告、啓蒙的な意味が込められるのも悪くはないのですが、あらたまって生態系を考えた時、ハテナ?とならないように...

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生態系を表わした模式図です。少々ややこしい図ですが、これでも単純化されています。
光合成により有機物質を生産する植物などの「生産者」、植物を食料とする動物などの「消費者」、そして有機物質を最後に摂取する微生物などの「分解者」によって有機物質が、水と大気を媒介して、無機物質と相互に変換され、循環します。
図では有機物質の主な構成要素である炭素の循環を描いていますが、炭素の他に窒素やリンなどの物質も循環しています。これらの物質の循環は、分解者が無機物を生産者に渡すという矢印で示されていますが、実際は複雑で興味深い過程を経ています。

生態系の循環は、外部から物質を摂取したり、また外部に廃棄物を排出したりせずに、自己完結的に、「閉じた系」の中で物質がやり取りされます。
すなわち物質については「閉鎖系」ということになります。

また、エネルギーについては、宇宙から来たエネルギーは、光合成などの「同化」によって、化学エネルギーになり、そして「異化」によって、最終的には熱エネルギーとなって、宇宙に放出されます。
すなわちエネルギーに関しては「開放系」なのです。
エネルギーは循環することが出来ず、利用するにつれて、純度が減り、すなわちエントロピーが増大し、利用が出来なくなります。そしてその捨て場がないと、系は最後は「熱平衡」、すなわち熱死に至ります。宇宙に放射できる開放系が、エネルギー利用の必要条件なのです。

ということで生命と物質の循環は「閉鎖系」の中で、そしてエネルギーの流れは「開放系」で、地球生態系は成立しているのです。

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