発電の仕組み

このページでは、風力発電の仕組みや大きさ、設置されている場所などを詳しく解説しています。

風力発電が電気を起こす仕組みとは?

風力発電とは、羽の回転のエネルギーを利用した発電方法のことです。実物を見たことがない人も多いと思いますが、テレビなどでは時々お目にかかる設備です。

風力発電の設備を象徴する大きな羽のことを、ブレードと言います。風があたることによってブレードが回転。ブレードの回転は本体のナセルと呼ばれる装置へ伝達され、ナセルの中の倍速機という機械によって回転数が増大します。この回転エネルギーが発電機に伝わって電気が生まれる、という仕組みです。

風が強ければ電力はたくさん生まれ、風が弱ければ電力は少ししか生まれません。風の量が電力の量を左右しているというわけです。

風力発電の仕組み画像よく分からない方は、自転車の前輪についているライトをイメージしてみてください。前輪が回転することによってダイナモという装置に回転が伝えられ、その回転エネルギーによってライトが点灯します。

自転車の速度が落ちて前輪の回転数が少なくなったときに、ライトは暗くなります。逆に、速度が上がって回転数が増えれば、ライトは明るくなります。

一生懸命自転車をこげは電力がたくさん生まれ、力を抜けばあまり電力は生まれません。私たちの足の運動が電力の量を左右しているのです。

誤解を恐れずに言うならば、風力発電も自転車のライトと似たような理屈。電力を生み出すエネルギー源が風なのか足なのかの違いです。

風力発電は「効率の良い発電方法」と言われています。風力の運動エネルギーのうち、約40%が電気に変換されるからです。太陽光発電の電力変換効率が10~15%程度であることを考えると、まさに効率の良い夢のような発電方法と言えるでしょう。

風力発電機はどれくらいの大きさ?どこにあるの?

風力発電の設備を実際に見てみると、まずその大きさに驚くことでしょう。テレビで見ていたときのイメージとは全く違います。

風力発電機の大きさ

たとえば、ソフトバンクグループが島根県につくっている「ウインドファーム浜田」。なだらかな大地にたくさんの風力発電機が設置されているのですが、この発電機の高さは実に107mもあるのです。

107mというとイメージがつかない方もいらっしゃるかもしれませんが、おおむね30階建てのビルと同じ高さと考えてください。30階建てと同じ高さのプロペラのような設備が、島根県の大地にたくさん立っているのです。

ちなみにブレード(風車)の直径はおよそ74m。電車の車両で言えば、およそ4両分の長さです。

なぜ、風力発電はこんなにも高さが必要なのでしょう?それは、高ければ高いほど風が強いからです。少しでも強い風を受けてたくさんの電力を生むために、背の高い設備を作っているのです。

凧あげをしているとき、紐が長ければ長いほど強く引っ張られます。凧が高く上がれば上がるほど、凧は強い風にさらされているということですね。

背の高さ自慢でいえば、さらに高い設備が海の上にあります。洋上風力発電と言います。地上の風力発電機よりも、はるかに大きい設備です。

現在、丸紅や東大、経済産業省など、産学官連携で洋上風力発電の実験を行っています。2015年7月に福島県小名浜港を出航した、実験用の洋上風力発電機「ふくしま新風」は、その高さがなんと188.5mにもなります。

風力発電機がたくさん設置されている県は?

2014年3月末現在の統計ですが、日本国内の風力発電機の数は1,934基と報告されています。もっとも多く設置されている都道府県は青森県。次いで、北海道、鹿児島県、秋田県、福島県の順です。

風力発電機の設置場所は多くの場合、海の近くや山の上などになります。風の吹き方(=風況)が良いからです。

風況が良いというのは、単に風が強いことを指しているのではありません。1年を通して、安定的に強めの風が吹いていると考えてください。

夏は風が強いが冬は弱いといった場所は、風力発電には向いていません。また、例年台風の経路となっているような場所も不向き。台風ほどの強い風が吹くと、発電設備が壊れてしまう可能性があるからです。このへんから「風況が良い」という言葉の意味をイメージしてください。

風力発電による発電量はどれくらい?

風力発電によって生まれる発電量は、みなさんがイメージするよりもはるかに多いかもしれません。先に例であげた「ウインドファーム浜田」について見てみましょう。

「ウインドファーム浜田」では、風力発電機1基あたりから1年間に生み出される発電量を、293万kWhと見込んでいます。風力は年間通して安定して供給されるわけではありません。風の強い日もあれば、風の弱い日もあります。台風が近づいたときには、設備保護の観点から稼働を止めなければならないこともあるでしょう。

そんな風力の気まぐれをすべて考慮して、「ウインドファーム浜田」では年間発電量を293万kWhと考えているのです。

この293万kWhの発電量は、一般家庭の使用電力量を基準に考えれば、813世帯分の年間電力使用量に相当します。1世帯あたりの平均人数は2.5人なので、1基で約2,000人分の年間電力をまかなうことになるのです。

そして、「ウインドファーム浜田」には、同型の風力発電機が29基設置されています。813世帯×29基で、23,577世帯分の年間電力使用量。23,577世帯×2.5人で、58,942人分の年間電力使用量となります。

「ウインドファーム浜田」だけでも、地方の中都市で使用する1年分の電力をつくり出すことができるのです。

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