【保存版】風力発電の仕組みを徹底解説〜風車の種類完全ガイド

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こちらでは、電気工事施工管理技士の資格を目指している方に向けて、風力発電の仕組みを解説しています。

電気工事施工管理技士は建設業の資格であり、2級取得者であれば主任技術者、1級取得者であれば管理技術者として配置可能です。主任技術者は建設工事現場に必ず配置する決まりになっているので、就職面での期待値は十分。資格試験に合格するため、発電に関する幅広い知識を身につけておきましょう。

  1. 風力発電の仕組みを解説!
  2. 風力発電のメリット&デメリット

1.風力発電の仕組みを解説!

再生可能エネルギーとして大きな期待を集めている風力発電ですが、いったい、どのような仕組みで発電しているのでしょうか?

基本的に発電というのは、タービンを回転させることで電気を生み出しています。タービンはモーターと同じ原理の機械です。電力を用いて回転させる場合はモーター、電気以外の力でタービンを回転させて電気を生み出す場合はタービンと呼んでいます。風力発電は、風の力でタービンを回転させる発電方法というわけです。

1-1.風力発電の仕組みをもっと詳しく!

まずは、もう少し詳細に風力発電の仕組みを確認することにしましょう。一般的な風力発電機は、風があたると風車が回転するようになっています。これは風車とまったく同じ原理です。

風車のブレードに風があたり、回転すると、その回転力が動力伝達軸に伝わり、さらに増速機によって回転力が増幅されます。もちろん、回転力の増幅に電気を使っては発電している意味がないので、ギアの力で物理的に増幅しているのです。

そして、増幅された回転力が発電機(タービン)に伝わると、回転エネルギーが電力エネルギーに変換されます。電気は変圧器によって電圧が増し、送電線に送られるのです。

ただ、風が強ければ良い…という単純なものではなく、強い台風が来た時などには設備を守るために風車を止める必要があります。また、点検を行う際にも風車を停止させる必要があるでしょう。そのため、増速機と発電機の間にはブレーキも取り付けられているのです。動力伝達軸・増速機・ブレーキ・発電機が収納されている部位をまとめてナセルと呼びます。

1-2.風力発電に用いられる風車の種類

風力発電に使う風車にはいくつかの種類があります。ここでは代表的なものを紹介することにしましょう。

1-2-1.プロペラ型

飛行機のプロペラと同じ形式であり、もっとも一般的な風車です。高速回転しやすい反面、騒音が大きいという問題を抱えているのが特徴。また、向かい風の状態にならないと風車がうまく回転しないため、首振りによってプロペラの向きをコントロールしなければなりません。

1-2-2.オランダ型

オランダの風車に見られるような、いわゆる“由緒正しい風車”の形状です。木製の羽根が風を受けて回転しますが、あまり回転速度が速くありません。現代の風力発電においては実用性が低いと考えるべきでしょう。

1-2-3.ダリウス型

円形の風車が横回転する形状で、回転軸が地面に対して垂直であることから、垂直軸風車に区分されます。風向きに関係なく回転するというメリットがありますが、回転トルクが極めて弱いのが問題点。多少の風を受けた程度では、自力で回転を始めることさえできません。

1-2-4.サボニウス型

半円筒の羽根が回転する垂直軸風車です。静音性・回転トルクに優れますが、反面、回転速度が低いのが特徴と言えます。風向きに関係なく回転する…という点では有用ですが、サボニウス型風車だけで十分な電力を確保するためには課題が多いでしょう。

1-2-5.その他の風車

ほかにも、お椀(わん)のような形状の風車で風を受けるパドル型、板状の羽根で風を受ける直線翼型などさまざまな種類が存在します。ただ、どれも一長一短で今のところ、プロペラ型より効率的な風車は見いだされていません。

2.風力発電のメリット&デメリット

さて、再生可能エネルギーの代表として知られる風力発電ですが、既存の火力・原子力といった発電方法に取って代わる時代は来るのでしょうか?こちらでは風力発電の特徴をまとめてみたいと思います。

2-1.風力発電の発電量はあまり高くない!?

現状、風力発電の発電量はそれほど高くありません。発電機1基がフル稼働すれば1年間で1,463万kWhの電力を生みますが、風が吹くかどうかは完全に風任せです。たとえば、ウインドファーム浜田の風力発電所では29基が稼働していますが、発電可能なのは1年間の20%程度。実際の発電量は8,500万kWh程度に留(とど)まっています。

8,500万kWhというのは約23,600世帯の電力に相当するので、29基を稼働させても小規模な町1つの電気を賄(まかな)えるかどうか…といったレベルです。発電量から考えると、風力発電が既存の発電施設に取って代わるというのは現実的ではありません。

2-2.環境面ではやはり大きな注目を集めている!?

既存の発電設備は、火力発電なら石油、原子力発電なら核燃料といった燃料が必要です。石油を燃やせば温室効果ガス、核燃料を燃やせば放射性廃棄物…と環境面での弊害が生じてしまいます。

一方、風力発電は一切の燃料を必要としないので、地球環境の悪化を防ぐことが可能です。

また、同じ再生可能エネルギーでも太陽光発電は夜間の発電に期待できませんが、風力発電なら時間を問わず発電可能…というメリットもあります。

こういった意味では、やはり風力発電にかけられる期待は大きなものと言えるでしょう。

2-3.風力発電には課題も多い!?

ただ、渡り鳥が風車に激突したり、台風の多い日本では強度に不安があったり、まだまだ風力発電がクリアしなければならない課題はたくさんあります。風車の風切り音など、騒音面の問題も無視できません。

以上を総合的に判断すると、研究の価値は十分にあるけれど、発電の主力になり得るかは不透明…という評価になるでしょう。

まとめ

以上、風力発電の仕組み・課題でした。電気工事施工管理技士の資格試験を目指すのであれば、ぜひ、電気に関するさまざまな知識を理解し、いつでも答えられるくらいまで覚えておきましょう。

  1. 風力発電の仕組みを解説!
  2. 風力発電のメリット&デメリット

いったん理解してしまえば、それほど難しい内容ではありません。内容をイメージできるようになるまで、繰り返し読んでくださいね!

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