海外の風力発電はどうなっている?世界一・日本一の風力発電所とは?

日本で風力発電投資をする場合には、日本より風力発電が進んでいる海外の事例についていろいろ調べてみることが必要でしょう。海外の風力発電の状況と、世界一・日本一の風力発電所について見ていきましょう。

1.海外の風力発電の状況

風力発電の発電量

風力発電は、風のエネルギーをプロペラで受けて発電機を回して、回転エネルギーを電気エネルギーに変換するものです。化石燃料の発電と比較して、非常に二酸化炭素が出る量が少ないため、環境に負荷を与えることが少ないと言われています。

一般的に、発電に使われている自然エネルギーとしては、太陽光、太陽熱、風力、地熱、潮力、バイオマスがあります。しかし、今まで導入された実績は非常に違っています。風力発電は、自然エネルギーの中で発電量の規模は最大です。

世界一・日本一の風力発電所とは? 海外の風力発電をみてみよう!の説明画像その1

風力発電の世界全体の年間の電力量は、2013年において63万GWhで、年間の世界のトータルの発電量の約3%のシェアです。また、自然エネルギー全体の発電量に対するシェアは、約48%です。

風力発電の一つの特徴として、発電が洋上できることがあります。洋上風力発電は、広い世界の海を発電所にできるので、作れるところの面積が非常に広くなります。

風力発電は、自然エネルギーの中でこれから一番普及するとも言われています。風力発電が増える率は、今まで20%をオーバーしており、これからも増える傾向は継続するでしょう。

世界の風力発電の設備容量の移り変わり

海外の風力発電のデータによれば、設備容量としては、2001年から平均の年間の成長率は20%以上で増えてきました。また、将来的にも2020年までの年間の成長率は約13%になる予測もあります。

風力発電の設備の成長率が20%になっているのは、風力発電のビジネストータルとしても成長率が20%になっていることです。つまり、風力発電のメーカーも、建設する業者も業績が同じようにアップし、雇用も生まれています。

中国の風力発電の設置量がヨーロッパを追い越した

現在では、中国が世界の風力発電をリードしています。風力発電は、アメリカ、ドイツ、デンマーク、スペインが2000年頃からリードしてきました。特に、ドイツ、デンマーク、スペインは、自然エネルギーについては環境対策の一環として注力しており、急激に風力発電が増えました。

これにプラスして、2005年からはイギリス、フランス、イタリア、ポルトガル、オランダ、スウェーデンなどのユーロの国々も後追いしました。

また、この時期から経済が発展するにつれて電力需要が急速に増えた中国、インドでも風力発電の設置量が増えてきました。日本は、2004年では風力発電は世界で8位でしたが、新しく設置される量がその後は停滞して、2015年では世界で18位になっています。

海外の風力発電は現在、ユーロの国々とアメリカ、中国、インドがリードしています。また、新興国のブラジル、ポーランド、トルコなども風力発電を積極的に伸ばしています。

海外における風力発電のメインの地域は今まではヨーロッパでしたが、風力発電の設備容量は中国がユーロ全体を追い越して、2015年に世界のトップになりました。2015年では、中国は世界の風力発電の設備容量の3分の1のシェアがあります。

風力発電の比率は、中国では2.7%で、7.2%のユーロより劣っていますが、0.5%の日本より高いレベルです。インドは、風力発電の導入量が同様に増えており、世界で第4位になりました。

洋上風力の場合には、ユーロの国々に9割以上設置されています。イギリスが特にリードしており、世界の4割以上をイギリスのみで占めています。また、イギリスでは、洋上風力に注力しており、全体の風力発電に対する比率も高くなっています。洋上風力の場合は、イギリスとデンマーク、ドイツをトータルした世界シェアは約80%になっています。

一方、別の風力発電が普及しているアメリカ、スペイン、インド、フランス、カナダなどでは全く洋上風力は普及していません。ドイツ、ポルトガル、スペイン、デンマークでは、全発電に占める風力発電の割合は非常に高くなっています。

なお、スペイン、デンマーク、ポルトガルでは、導入量の増加が近年停滞していますが、この理由としては全発電に対する風力発電のシェアがすでに高いレベルにあるからです。

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2.世界一の風力発電所

世界一・風力発電所は、2017年に運転を始めるイギリスの8MWの出力の32基の洋上風力発電所です。洋上風力発電の分野において、イギリスは世界をリードしていますが、8MWの出力の超大型の風力発電を設置するプランが進んでいます。工事が2016年に始まって、全面的に2017年中に運転を始める予定です。

この洋上風力発電を作るところは、イギリスのリバプールの沖合です。最大でも水深が17メートルのところに、海底に設備を固定する方式によって作る計画です。デンマークの洋上風力発電の業者が進めているプロジェクトで、2017年中に稼働することになっています。

この世界一・風力発電のプロペラは80mの長さであり、福島沖で作っている7MWの洋上風力発電と長さが同じです。現在のところ、商用の洋上風力発電としては、この8MWが世界一になります。

洋上風力発電所を作るリバプールの沖合は、年平均の風速が毎秒9.2mもあります。風力発電の場合には、平均風速が毎秒5m以上必要であると言われており、大幅にこの条件をオーバーする絶好の風の状況のところです。

電気を標準的なイギリスの家庭の18万世帯分に供給できる

標準的なイギリスの家庭が年間に約4000kWhの電力量を使うため、年間の発電量をこれをベースに試算すれば7億2000万kWhになります。そのため、発電能力は32基トータルで256MWになり、電気を標準的なイギリスの家庭の18万世帯分に供給できます。

トータル256MWの発電所の実際の発電量は、発電能力に対して32%の高い効率になり、標準的な洋上風力発電の数値の30%をオーバーする見込みです。

盛んに洋上風力発電が行われているヨーロッパの中においても、非常にイギリスの発電量は多く、約3000MWに2012年末の時点で達しています。世界2位のデンマークと比較すると規模が3倍あり、洋上風力発電所が運転を次々と始めています。

3.日本一の風力発電所

日本一の風力発電所の開発のスタートは、2002年に、国産メーカーとして日本に適した風力発電を作りたい、世界に日本からアピールできる風力発電を作りたい、という熱い担当する人たちの思いからでした。

発電を初めて行ったのは2006年1月です。プロペラは92mの直径で、作ったり、運んだりすることを考えると、陸上の風力発電のプロペラの大きさとしてはぎりぎりの上限です。

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発電が高効率でできる

プロペラは、風のエネネルギーを受けて発電します。しかし、人が風の状況をコントロールするのは不可能です。プロペラの強度を考えるためには、想定される全ての風の状況とプロペラの運転状況を組み合せた非常に多くの状況を考えることが必要です。

日本の場合には、特に雷や台風があり、地形が複雑であるため風が乱れるので、世界のどこのエリアよりも条件が厳しくなっています。陸上に作るプロペラの中では一番長く、風をより多く受けることで、日本のようにそれほど平均風速が速くない場合でも、発電が高効率でできるようになりました。

一方、運転が台風などで停まった時でも、プロペラを常に安全に維持するオリジナルの技術によって信頼性を保ちました。風速が遅い場合でも高出力が確保できる性能の高いプロペラであるにも関わらず、毎秒70mの風速の台風にも耐えることができます。

プロペラの大型化の技術課題

プロペラの大型化には技術課題がいろいろあり、大型化すると単純に経済性がアップすることにはなりません。プロペラの出力は、風を受ける面積に比例するため、出力を2倍にするには風を受ける面積を約2倍にする必要があります。

つまり、プロペラの長さは2倍の平方根倍にすることが必要です。この場合、約2.8倍の荷重になり、それまでと設計技術が同じでは、大幅に重くなって経済的には成り立ちません。

また、騒音を少なくするためにプロペラの回転数を低下すると大きなトルクになり、軸系の部品や増速機が重くなります。プロペラが長くなると、ロータが負担する負荷も大きく変動し、疲労に対しても厳しくなります。しかも、高くなれば落雷のリスクが大きくなり、運搬したり据付したりする場合に寸法の制約もあり、多くの技術課題がプロペラの大型化のためにはあります。

新しい長いプロペラは、先の形をスレンダーにすることで、それまでに比較して3割以上軽くしました。また、1回プロペラが回る間に受ける荷重が変わるのを少なくするため、新しくプロペラのピッチをコントロールするシステムも採用して、安全性をアップしています。

また、風に対する信頼性をアップするオリジナルの技術は、安全性を保ちながらプロペラを大型化するために必要な大切なものです。 台風などの際に停まると、プロペラは風上に正面を向ける制御ができなくなります。

そのため、強い風を正面以外から受けて、大きな負荷がプロペラにかかります。強い風の場合に停まっても、風向に自然に追従できないかということが、この技術を考えたきっかけです。

シミュレーションを行って、モデル試験で最も適したブレーキ力を見つけ、実際の機械で台風の強い風を経験して実用化しました。この新しい技術で、信頼性を保ちながら、プロペラの高性能化・大径化が実現できました。

日本の沿岸は、特に高い雷のエネルギーがあるので、落雷で被害が大きくなる恐れがあります。プロペラが大型化すると、雷の被害に遭う確率も大きくなるので、雷の被害を最小限に抑えることが必要でした。

確実に雷を捕らえることができるように、プロペラの表面に金属の複数の部材を取り付け、容量が十分ある導電線をプロペラの内部には設けて、プロペラそのものを避雷針のようにして大地に雷の電流を逃がすプロペラを考えました。

4.まとめ

日本で風力発電投資をする場合には、風力発電の海外の状況について調べてみることが必要です。海外の風力発電の状況、世界一の風力発電所などを参考にしましょう。

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