コラム

風力発電の仕組みとメリット

風力発電の仕組みとメリット
太陽光発電と同じ再生可能エネルギーによる発電の一つに「風力発電」があります。 広い土地に大きな風車が立ち並んだ映像をテレビなどで目にしたこともあるかと思います。 2016年度には日本国内において2203基、発電容量では336万kWもの風力発電が設置され、導入が加速しつつある発電方式です。 今回は注目のクリーンエネルギーである風力発電について詳しく解説していきます。

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【目次】
風力発電の仕組み

風力発電といえば風を発電に活かすクリーンな発電方法ですが、一体どうしたら風が電気に変わるのでしょう。 その詳しい仕組みについてお答えします。

風力発電の仕組み

「風力発電」は風を受けて風車の羽根を回転させ、その回転を発電機に伝えることで電気エネルギーに変換します。

風を受ける羽根の部分を「ブレード」そのブレードをつなぎ回転の軸となる部分を「ハブ」といいます。 ブレードやハブの奥には増速機や発電機、強風時にブレードの回転を制御する「ブレーキ装置」で構成されており、それらを覆う構造物を「ナセル」と呼び、ブレードやナセルを支える柱の部分を「タワー」と呼びます。

風車の種類

風力発電に使われる風車は大きく分けて垂直軸風車、水平軸風車の2つに分類され、風車の形状によっていくつかの種類に分かれます。 例えば水平軸風車のうち細長い3枚のブレードが付いた「プロペラ型」や、プロペラ型に比べて幅の広い長方形のブレードを4~6枚持った「オランダ型」、垂直軸風車には「ジャイロミル型」「クロスフロー型」などがあります。

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風力発電のメリットとデメリット

近年、導入が増えている風力発電ですが、一体どのようなメリットやデメリットがあるのでしょう。

メリット

発電コストが安い

風力発電の魅力の一つに発電コストの安さがあります。 他の再生可能エネルギーの発電方式と比べても比較的工期も短く安いコストで発電ができ、大型装置の開発が成功すれば発電コストは火力発電所並みに抑えられるとして期待されています。 そのため、電気事業者による設置のほかに、商業目的で設置されるケースも増えています。

変換効率が高い

発電の効率が高いことも風力発電における強みの一つです。 風力エネルギーの45%を電気に変換でき、新エネルギーの中でも高効率な発電方法です。

風があれば発電できる

太陽光発電とは異なり時間帯を問わず発電ができます。 風さえ吹いていれば夜間でも発電できるため、夜間照明の電源として小型発電機を街灯に設置する等の動きも広がっています。

デメリット

台風などの気象条件に対応するのが難しい

意外なことに風力発電は台風をはじめとした強風に弱いという弱点があります。 風力は非常に大きなエネルギーを生成でき、風速の3乗に比例してエネルギーは大きくなります。 風が強いほどたくさん発電するという期待も持たれますが、風車の回転しすぎによる破損事故を防ぐための「ブレーキ装置」が搭載されており、風速24m/秒以上の強風時には風を受け流して発電をストップするよう制御が働きます。 台風の多い日本での設置において強風に弱いという点はデメリットといえるでしょう。

騒音問題

風車が稼働する際にブレードの風切り音や増速機などの機械音による騒音が発生すると言われています。 住宅地付近に建設された際に風車から発せられる低周波音による体調不良を近隣住民が訴えたという事例もあります。 風車から離れるほど騒音は小さくなるため、設置の際は騒音問題を考慮のうえ住宅地との距離や風車の種類などを検討するようにしましょう。

バードストライク

風力発電の設置においてはバードストライクの危険性が懸念されます。 鳥が構造物に衝突する現象をバードストライクと呼びますが、風力発電においてもオジロワシなどの鳥類が風車のブレードに衝突する事故が発生しています。 環境省はバードストライク対策として、「鳥類から見えやすいようにブレードに色を付ける」「光を頼って鳥類が近づくのを防ぐためにライトダウンを実施」といった方法を提唱しています。

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課題点の解決に向けた試み

風力発電を行うにあたって、少しでも効率よく発電し、周囲への影響を低減できるよう様々な対策が取られています。 それらの試みについて紹介していきます。

ウィンドファーム方式

ウィンドファームとは、大型風車を複数台設置した集合型風力発電所のことを示します。 「電気を作る農場」という意味合いから「ウィンドファーム」と呼ばれており、海外においても導入例がある方式です。 風量の変化による出力変動を抑制でき、周波数と電圧を安定化し電力品質を維持できることがメリットです。

風車を高くする(大型化)

風の強さはブレードの設置高さによって変わり、一般には高いところほど強い風が吹くものです。 そうした強い風を活用して発電量をアップさせるために風車の大型化がすすめられています。 地上からブレードの一番高い所まで平均的なサイズで約100mほどであるとされており、さらに大きな風車の開発が現在では進められています。 大型化のメリットとしては発電所全体の合計出力が増大することに加えて、台数を減らせることによる施工・保守コストの削減などがあげられます。

洋上風力発電

これまで地上に設置されてきた風力発電を海上に設置した「洋上風力発電」が 欧米を中心に普及しています。 従来の地上設置における土地の制約や騒音・景観の問題を解決できる設置方法です。 また地上設置型と比較して安定して風を受けられるため発電量アップも期待できます。 国内においても長い海岸線を有する島国である日本の特長を活かせる技術として注目されています。

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今後も注目を集める風力発電

風力発電は風さえ吹いていれば時間帯・季節を問わず発電し続けることができ、変換効率も高く発電コストも比較的低いことから注目される発電方式です。 騒音の問題や発電量が安定しないという問題は存在しますが、現在では風車の大型化やウィンドファーム化、洋上風力発電など様々な技術が開発され従来の課題もクリアされつつあります。 環境問題への関心が高まっていく中で、今後とも目を離せない発電方法と言えるでしょう。

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2017年12月14日 公開

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