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産業財産権

風力発電

風力発電とは、「風の力」で風車の羽根をまわし、その回転運動を発電機に伝えて「電気」を起こす仕組みをいいます。風車は水平軸型と垂直軸型に大別され、前者はプロペラ型、後者はダリウス型やサポニウス型があり、風力エネルギーの利用効率が高い等の理由で、プロペラ型が多く実用化されています。定格出力数百kW以上の大型風力発電には、一般的に地上高30mで年平均風速6m/s 以上の強い風が必要とされています。また、定格出力1kW未満の小型風力発電は、太陽光発電等と組み合わせて独立電源としての利用や、非常用電源や街路灯、教育用キット等にも活用されています。

 

出力規模[kW] ローター直径[m] 最大回転数[min-1] 風車型式 運転形式
マイクロ風車 1未満 ~3 700~ 各種あり 単独運転
ミニ風車 1~20 ~10 150~800 3枚羽根が多い 単独運転・系統連系
大型風車 1,000以上 ~80 10~30 3枚羽根 系統連系(売電事業)

 

 

●  特徴と課題

特   徴 課   題
・全国で風車の導入が急速に増加しており、風力発電を中心として公園も多く見られる・設置コストが年々下がり経済性が向上、経済的に成立する大規模発電事業も増えてきている <大型風車の障害となる主な要因>・  系統連系条件 ・稀少猛禽類等の生息地・  電波傷害、航空障害等 ・騒音(住宅近接)・  景観 ・用地指定(自然公園等)

 

 

●  コスト

初期費用 自家消費費用(600kW級):30万円/kW1売電事業用(1,000kW級):25万円/kW2
発電費用 自家消費費用(600kW級):16.6円/kW年売電事業用(1,000kW級):13.9円/kW年

(資料)NEDO「風力発電導入ガイドブック」(2005年1月改定第7版)、NEDO技術情報データベース一覧表(16年度版)、設備利用率20%、運転年数17年、運転経費は設置費の1.5%、利子率4%として産出。

 

1)風力発電フィールドテスト事業において平均39万年/kW

2)事業者支援事業および自治体支援事業において19万円/kWから28万年/kWであり、近年のコスト低下を考慮。

 

風は空気の流れです

風は空気の流れですから、風の持つエネルギーは空気の運動エネルギーです。今、受風面積(m2)の風車を考えると、この面積を単位時間当たりに通過する風速(m/s)の風のエネルギー(風力エネルギー)(W)は、空気密度をρ(kg/m3)とすると次式で表されます。

すなわち、風力エネルギーは、受風面積に比例し、風速の3乗に比例します。風速が2倍になれば、風力エネルギーは8倍になります。平均風速7m/秒と8m/秒では、エネルギーが5割増になります。

従って、風力発電施設の導入では、少しでも風の強いところを選ぶことが重要となります。

単位面積当たりの風力エネルギーを風力エネルギー密度0(W/m2)と呼び、次式で表されます。

図4-3-1 風力エネルギー密度

 

 

●  導入事例

事例 1

道内で最大規模の設備容量(1,000kW×57基)を誇る宗谷岬ウィンドファーム(㈱ユーラスエナジー宗谷)。三菱重工製

(資料:稚内市「広報わっかない」)

 

事例 2

わが国初の洋上風力発電(600kW×2基)。愛称「風海鳥(かざみどり)」(北海道せたな町)

 (資料:北海道せたな町)

 

事例 3

早稲田大学と(株)協和エクシオが開発した「ダリウス・サボニウス併結型発電装置」(石狩市、石狩中学校)

(資料:(株)協和エクシオ)

 

洋上風の特徴

  1. 風速が強い
    一般に、沿岸から離れた海域では、20%程度の風速の増加が認められます。
  2. 乱流強度が小さい
    海域の風の乱れは小さく、風車や羽根に与える機械的疲労が小さくなります。これは風車寿命を長くします。
  3. 風速の鉛直方向変化が小さい
    海上では、高度による風速変化は少なくなります。洋上では風車のタワーを高くする必要がなく、建設コストの縮減になります。
  4. 安定した風が吹く
    海上の風速の時間変化は少なく、また風向の変動も小さいです。これは風車の設備利用率の向上になります。

 

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