エネルギー風力発電の仕組みとエネルギー化への取り組み

風力発電の仕組みとエネルギー化の取り組み

風の力を利用してエネルギーを生み出す風力発電の取り組みが日本でも注目を集めています。その仕組みや現在行われている施策について、詳しく解説していきます。

風力発電の仕組み

風力発電の仕組み

風力発電とは

風力発電は、自然の風を利用して風車を回して発電するシステムです。太陽光発電や水力発電と同じ再生可能エネルギーの一つで、環境に優しい発電システムとして世界的に開発が進められています。

風力発電は大きく分けて以下の3つの部分から成り立ちます。

風を受ける部分

一番有名な風車の形は、ブレードと呼ばれる羽を使用したプロペラ型。ブレードで風を受けて風車を回し、それを動力源にします。風車の部分には「水平軸型」と「垂直軸型」の二種類があり、環境や風力によって使い分けられます。

水平軸型
大型化しやすいためエネルギーの変換効率が非常に良い
垂直軸型
どの方向からでも風を受けられるため、自由に設置することができる

風車の形や大きさによって得られるエネルギーの差があり、大規模な風力発電では効率の良さを重視してプロペラ型の水平軸を利用することが多くなっています。

エネルギーに変換する部分

風を受けた風車から生み出された動力は、風車につながっている「動力伝達軸」を通して電気エネルギーに変換される部分へと伝わっていきます。このエネルギー変換を行う部分を「ナセル」と言います。ナセル内部には発電機が組み込まれており、風車が生み出した動力で伝達軸を回転させて発電します。

電気を送り出す部分

ナセルで電気となったエネルギーは、風力発電の塔の内部を通ってトランスと呼ばれる変圧器へ送られます。ここで変圧された電気が送電線や配電線を通って電気エネルギーとして届けられるのです。

風力発電設備のサイズ

風力発電設備のサイズは、高いものは100m以上の高さを誇ります。風を受ける位置は高ければ高いほど上空の強い風を受けられるようになるため、発電効率が向上します。

また、後述の洋上風力発電ではさらに大きな発電設備も開発されており、その大きさは180mを超えるものも存在しています。

風力発電の特徴

風は地球上を駆け回る自然の力です。地上・海上・上空を問わず風は吹いており、それは過去から現代に至るまで変わりません。風力発電は、風さえあれば昼夜を問わず発電が可能であり、比較的小規模なスペースでも設置することができます。

その一方で、風力発電は風の通りや風力によって発電量に差が出やすく、台風などの強風では逆に壊れてしまう可能性があります。より安定した発電量を求めるのであれば、年間を通じて一定の風の通りと一定の風力が確保できる場所を探さなければなりません。

「簡単に始められる手軽さと継続させる難しさを合わせ持っている」、これが風力発電の特徴と言えるでしょう。

 

日本の風力発電への取り組み

日本の風力発電への取り組み

導入拡大への取り組み

日本における風力発電は、海外に比べるとまだまだ出遅れてはいるものの、再生可能エネルギーに対する意識が高まるなか、導入拡大へ向けた動きが加速しています。

一般財団法人日本風力発電協会は、日本の風力発電の普及を図るために以下の取り組みの必要性を指摘しています。

  • 発電コストの低減化による市場拡大
  • 系統立てたインフラの整備と強化による風力発電の安定供給
  • 風力発電で劣化した部品を交換、整備することで出力を増強する
  • 良好な風資源を最大限活用し、洋上風力発電を推進・整備する
  • 風力発電の部品の生産や組み立て、メンテナンスを産業として確立する

これらの取り組みから見えてくるのは、風力発電が受け入れられた新しい日本の姿です。風力発電そのものの開発だけではなく、社会全体に溶け込ませるための取り組みも必要であることが分かります。

長期安定発電への取り組み

風力発電の設備は約20年が使用目安となっており、現在稼働している風力発電は次々と建て替えの時期を迎えています。このほとんどは「小規模風車」と呼ばれる1000kW未満のものなのですが、これを建て替えるか否かで長期安定発電へ向けた可能性が左右されることになります。

建て替えを機に高性能風車へ移行すればより大きな電力を供給することが可能になり、長期安定へ向けて前進できますが、それを行うには円滑な建て替えが必要となります。

  • 現在利用している電力配電の設備との兼ね合い
  • 利用している土地の契約期間
  • 建て替え費用
  • 新たな建設に必要な土地の確保

このような点をクリアにして円滑に次世代へ移行していくことが、風力発電が長期安定へと進むカギとなるでしょう。

 

発電の新しい形「洋上風力発電」

発電の新しい形「洋上風力発電」

「洋上風力発電」とは、遮るものがなく豊富な風が吹く洋上に着目し、その風を利用するために洋上に設置された風力発電のことを言います。海に限らず、湖・フィヨルドなどの大河・沿岸部に近い港湾内に設置されたものも洋上風陸発電になります。

洋上風力発電のメリットと問題点

洋上風力発電は陸上における風力発電よりも確実に多くの風を受けられるため、年間を通して安定した電力量を期待できます。また、陸上の風力発電で問題となっている騒音問題や設置場所の確保といった点もクリアできることから、新たな風力発電の形として大きな関心が寄せられています。

しかし、洋上風力発電には以下の疑問点も指摘されています。

  • 海洋環境の悪化
  • 海洋生物への影響
  • 渡り鳥や回遊生物の移動ルートの阻害

人間にとってのメリットは十分備わっている洋上風力発電ですが、同じ自然で生きる動植物への配慮や共存に向けた模索も必要となるでしょう。

北海道で行われている洋上風力発電

洋上風力発電に必要なのは、十分な風量と風速です。全国的に見ると北海道・東北・九州の順で風速が高いのですが、そのなかでも北海道は群を抜いて優れています。

この風の力に国も着目し、北海道では洋上風力発電へ向けた動きが活発化していきました。2014年には北海道石狩湾で「石狩湾新港長期構想」が策定。食料とエネルギーの供給拠点となるプロジェクトが開始され、6社の有力企業が洋上風力発電事業へ参加することになりました。投資費用は約630億円、発電規模は100MWを構想しています。

運転開始は2020年の春ごろを予定しており、発電施設の対象区域は石狩湾新港の沖合にある「北防波堤」の外側約500万平方メートル。

北海道の沿岸部は日本の中では風量に恵まれており、風力発電に必要な風速が毎秒6.5mであるのに対して、石狩湾新港の沖合では平均で毎秒8.0mを超える強い風が年間を通して吹いています。

また、一般的に洋上風力発電の電力への変換効率は30%ほどですが、毎秒8.0mを超える風速の場合、その数値は40%にまで上昇します。発電量を100MWとして考えると、変換効率が30%の場合は年間の発電量が2.6億kWhなのに対して、40%の場合は3.5億kWhとなります。

一般家庭の電力使用量を3600kWhと仮定すると、約10万世帯分ほどの電力を供給できることになります。これは、石狩市の総世帯数2万2000世帯(2017年時点)の4倍以上です。

石狩湾新港にはすでにLNG(液化天然ガス)基地や火力発電所が建設されているため、洋上風力発電の運転が開始されることで火力・風力を中心に大エネルギー都市としての構想が実現します。国・企業・地域が一体となって「次世代の理想的な社会作り」へと進んでいくのです。

 

小さな島国である日本ではなかなか受け入れる土壌が整わなかった風力発電ですが、洋上風力発電という新たな取り組みで日本における風力発電がどのような進化をたどるのか、これからの動向に目が離せません。