海底送電線のコスト削減(例:高圧ケーブル使用による海底ケーブル本数の削減)のため、洋上変電所を建設することがあります。turbine)とも呼ばれます。発電コストを下げるために、発電効率向上に加えて、メンテンナンスの容易化、故障のしにくさ(信頼性)が求められます。今後導入が増加すると予想される洋上風力発電ではより重要です。風力タービンの形式は、回転軸の地面に対する方向によって「水平軸」と「垂直軸」に分けられます。翼の揚力を利用する「揚力形」、風の押す力を利用する「抗力形」があります。風力発_6Phttps://www.nedo.go.jp/content/100544818.pdf「水平軸」で「揚力形」の例として、プロペラ型の風力タービンの構造を説明します。風力発_7Phttps://www.nedo.go.jp/content/100544818.pdfブレードにより風の運動エネルギーが回転エネルギーに変換されます。発電効率アップのため、ブレードの大型化が進んでいます。定格出力1~2MWの場合、ロータ(羽根車)直径は60~90mが一般的です(*2_47P)ロータ軸の回転は、増速機によって回転数を上げて発電機に伝達されます。増速機は歯車とベアリングで構成されています。高速状態では不具合が生じやすいため、定期的なメンテナンスが必要です。近年、特にメンテナンスにコストがかかる洋上での運用を考慮し、増速機のないダイレクトドライブ方式の採用が強まっています。ロータ軸の回転数を上げずに低速で発電する必要があるため、極数の多い発電機を採用して対応します。風力タービンの生産コストはアップしますが、軽量化などのメリットもあります。ダイレクトドライブ方式に用いられる発電機に対して、小型化、軽量化の開発が進められています。発電の際、外部から発電機の回転子に駆動電力を供給する方式から、永久磁石を採用して電力供給を不要にする構造が検討されています。タワーが高いほど、風の運動エネルギーは大きくなります。発電量が増加し、発電コスト低減につながります。定格出力1~2MWの場合、タワーの高さは60~80mが一般的です(*2_47P)ベッツの法則とはその風力発電における発電効率を考える上で、無くてはならない考え方があります。自然界のエネルギーをすべて電気エネルギーに変換することができれば、変換効率100%となります。風力発電の場合、風の運動エネルギーを風力タービンのブレードで受けますが、ブレードを通過する風が存在するため、風の全運動エネルギーを回転エネルギーに変換することはできません。損失が発生するため、風力発電の変換効率は30~40%と言われています。(*2_4P)一方で、「薄い羽根車状の回転機械を用いて、流体の運動エネルギーから取り出せるエネルギー」に言及したベッツの法則についてです。風力発電の場合、流体は風にあたります。この風の運動エネルギーから取り出せるエネルギーの割合を計算することになります。ベッツの法則によると、プロペラに向かう風速がプロペラ通過後に1/3になるとき、風の運動エネルギーから取り出すことのできるエネルギーが最大になるとされています。その割合は59.3%です(*3)。この値は理論的な最大値であり、実際にはこの値より小さくなりますが、言い方を変えれば、現在30~40%に留まっている風力タービンの発電効率を、さらに向上するポテンシャルがあると言えるでしょう。将来の技術力向上により、風力発電の可能性がさらに広がっていきそうです。風力発電の導入について、2016年度末で2,203基、累積設備容量は335.7万kw(3,357MW)まで増加していることは先述のとおりです(*1)。2030年に発電する電力の内、1.7%程度を風力発電とすることを目指していますが、2016年度末時点では2030年見通しに対して約34%しか導入が進んでいません。太陽光発電は2030年見通しに対して約61%の導入が進められています(*4)。下図は2017年度までの日本における風力発電の導入推移です。2253基に達しています。日本における風力発電導入量の推移のグラフhttps://www.nedo.go.jp/library/fuuryoku/pdf/02_dounyuu_suii.pdfこれまでは陸上風力発電が国内の適地に導入されてきました。さらなる風力発電の普及のためには洋上風力発電の推進が必要で、洋上風力発電に関する法律「一般海域における洋上風力開発を促進する洋上新法」が2018年11月6日に閣議決定されています。洋上風力発電の設備を設置し、実用に向けての技術開発を行いました。ガイドブック(最終版)」が公開されました。(*6)海底に基礎を設置する着床式風力発電は50m以浅の海域が適地とされています。技術開発、及び経済性の確立が必要です。堅調に伸びており、2012年末までで282.6GWに達しています。下記グラフの通り、中国、米国、ドイツ、スペイン、インドが牽引しています。風力発_32Phttps://www.nedo.go.jp/content/100544818.pdf下図は世界の洋上風力発電の累積導入量(青色)、及び単年導入量(赤色)の推移グラフです。洋上風力発電の導入も進んでいることを示しています。風力発_35Phttps://www.nedo.go.jp/content/100544818.pdf現在は、英国、デンマーク、ベルギー、ドイツ、フィンランドが中心ですが、今後は米国、中国、その他新興国においても導入が進むと予想されています。まとめ風力発電の普及には発電コストを下げ、健全な事業化が可能となる経済性の確立が必須です。精度アップ、設備の制御システム開発などの確立が必要となります。風力タービンに対してはメンテナンスコストの低減が重要です。今後導入が増加する可能性のある洋上風力発電では特に重要となってきます。具体的には増速機のないダイレクトドライブ方式の採用が挙げられます。日本は世界6位の面積を持つ海洋国家です。洋上風力発電の導入ポテンシャルは大きいと言えます。事業化に向けて、台風や地震への備えも必須です。海外技術の単なる展開ではなく、日本特有の気候や災害が風力発電設備に与える影響を把握し、これらに対応していく必要があるでしょう。/HATCHでは登録をしていただいた方に、メールマガジンを月一回のペースでお届けしています。メルマガでは、おすすめ記事の抜粋や、HATCHを運営する自然電力グループの最新のニュース、編集部によるサステナビリティ関連の小話などを発信しています。登録は以下のリンクから行えます。/1MW(メガワット)の太陽光発電所で杉の木何本分のCO2を削減できるでしょう?答えは約5万2千本分。1MWの太陽光発電所には約1.6haの土地が必要です。太陽光発電事業にご興味のある方はお気軽にお問い合わせください。国内外で10年間の実績をもつ自然電力グループが、サポートさせていただきます。2023.04.04Newsletterメールマガジン無料でHATCH編集部よりニュースをお届けします。人気記事メルマガ登録シェアインタビューエネルギーデジタルやってみよう。