【技術】風力発電の羽は大きいほど効率がいい?

地球温暖化による気候変動、石油などの化石燃料の枯渇の懸念から、注目を集め続ける再生可能エネルギー。

化石燃料は、大昔の生物など有機体が長時間かけて変化したものであり、それを燃焼して得られるエネルギーも、元を正せば大昔の生き物のエネルギーが蓄積されたものとも言えます。

化石燃料の使用は、言ってしまえば地球に蓄積されたエネルギーを人間が利用しやすい形に変換することでもあります。

化石燃料の使用等により排出される温室効果ガスには、太陽から地球に照射されるエネルギーの蓄積を促進させる機能があり、その結果が地球温暖化であると言われています。

再生可能エネルギーは、化石燃料のような作り出すのに何千年、何万年、何億年もかかるようなものではなく、短期間で再度得られるエネルギー源に頼ったものを呼びます。

その再生可能エネルギーの中でも、有望なものとして注目されているのは太陽光発電と風力発電。

その風力発電の効率は、どうやったらあげられるのでしょうか。

風力発電(従来型の風車型)の最大効率は、ドイツの物理学者 アルバート・ベッツ氏によって既に計算されています。

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アルバート・ベッツ氏 (Institute of Problems of Mechanical Engineering ウェブサイトより)

 

風車型の構造を使用した際の最大のエネルギー変換効率は、理論上は 16/27 = 59.3 %であり、これはベッツ係数もしくはベッツ限界 と呼ばれています。

(マーケティングなどの世界で使われるランチェスターの法則の生みの親、イギリスのフレデリック・ランチェスター氏も同様の結論に至っているとのこと)

ただ、ここで話されている「エネルギー」は、風が吹くときの運動エネルギーについてです。

実際に吹いている風には、温度 つまり熱エネルギーも存在するので、実際の発電システムの限界は異なっているのかもしれません。

実際に、火力発電で使用されるタービンは、タービンを回すエネルギーと、タービンを通る風に含まれる熱を利用したエネルギーを両方利用しているようです。

参考:コンバインドサイクル発電

http://www.fepc.or.jp/enterprise/hatsuden/fire/combined_cycle/

MIT(マサチューセッツ工科大学)の発行する雑誌、MITテクノロジーレビューによると、

風力発電の風車は大きければ大きいほど効率が良いのでは、とのことです。

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MITテクノロジーレビューより

理由としては主に、

・高度が高いほど風が安定すること

・タービン(風車)の羽は大きければ大きいほどより大きな電力を生み出すこと

ことを挙げています。

今後効率を考えるならば、風車は大型化の道を進み、

海の上での風力発電、洋上風力発電であれば地上の風力発電よりもさらに大型化していくだろうと予測しています。

(【イギリス スコットランド】世界初、本格的な浮遊型洋上風力発電施設を設置開始)

2009年以降、(助成金を計算から除くと)風力発電による発電コストは30%も改善されているとのこと。

more turbines for less

大型化が進み、エネルギーの変換効率が限界に近づいた時、風力発電は再生可能エネルギーの主役の一つであり続けるのでしょうか。

ベッツの法則

For wind power bigger is better

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tansighboy

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