風力発電装置とは
風力発電装置とは風の力を風車の回転エネルギーへと変換し、さらに電気エネルギーに変換するための装置全般を指します。
最もポピュラーなものは3枚の羽根を持ったプロペラ式のものですが、縦に曲がった羽根が回転するダリウス式の風車もコストや立地条件の面で優れているため、徐々に利用されるようになっています。
発電の際にCO2を排出せず、同じく自然エネルギーである太陽光発電装置と比較してもライフサイクルアセスメントの観点で優れているため、次世代の発電装置として導入が進められています。
風力発電装置の使用用途
風力発電装置はかつては離島などのエネルギー供給を補う存在として限定的に利用されてきましたが、近年では欧米や中国を中心に、世界の再生可能エネルギーの半分程度を賄う存在となっています。
近年では欠点である出力の不安定さを補うため、蓄電池や他の自然エネルギーと組み合わせた発電方法が検討されています。
設置場所が風の季節変動が少なく広い土地や道路が利用可能な場所に限られるため、日本では太陽光発電装置の方が好んで導入されています。
風力発電装置の原理
プロペラ式の風力発電装置ではエネルギー源である風を先端のブレードが部分が受けることにより、プロペラの回転エネルギーへと変換します。
プロペラの基本的な回転数については風車の枚数によって変わり、少ない方が回転数が高くなりますが、3枚のものが速度と安定性のバランスがとれているため主流です。
また、回転数を安定させるため、先端部分に風力に合わせてブレードの角度を変えるための可変ピッチ機構、プロペラとのタワーの接続部分については風向きに合わせて先端の向きを変えるための追従装置が搭載されています。また、台風等で風速が上限値を超えた場合、ローターを停止させる為のブレーキ機構が搭載されており、装置を破損から保護します。
プロペラの回転はそのまま、もしくは発電に適した回転数へと速度を増やす増速機を経由して発電機へと接続され、発電機によって発生した電力をインバーター、変圧器を通して送電に適した周波数、電圧へと変換した上で送電網へと接続します。
参考文献
https://www.nedo.go.jp/fuusha/kouzou.html
https://www.kankyo-business.jp/dictionary/002855.php
https://www.aist-riss.jp/column/2431/
https://www.tepco.co.jp/rp/business/wind_power/mechanism/
https://selectra.jp/environment/guides/renewable-energy/wariai