風力発電のプロペラによる2つの種類と各4つの型の違いについて

By | 2016/12/28

風力発電
風力発電も太陽光発電に負けじと、だんだん盛り上がってきましたね。
一言で風力発電といっても、風車の違いで種類がこれだけあります。
今回はひとつづつ詳しく解説していきますね。

・水平軸風車
 プロペラ型
 オランダ型
 多翼型
 スパイラルマグナス
・垂直軸風車
 サボニウス型
 ダリウス型
 クロスフロー型
 垂直軸型マグナス風力発電

水平軸風車

水平軸風車には、プロペラ型とオランダ型、多翼型が当てはまります。

プロペラ型

風力発電に使われるプロペラの中で、主流として普及しているのがプロペラ型です。
3枚のブレード(羽根)で風を受けて高速回転させることで、発電機を稼働させて、発電をするタイプです。
発電効率の良さが特徴で、低い風速であっても動かすことができるため、1000キロワット以上の大きな出力の発電装置にも利用されます。

風力発電
3枚ブレードが一般的ですが、回転数を上げる目的で、1枚ブレードや2枚ブレードの風車も造られています。

中には回転数よりもトルクを増やす目的で、5枚や6枚のブレードの風車というのもあります。

ブレードは小さなものから大きなものまで用途に合わせたものが使われてます。

プロペラ型は、高速回転に向いているというメリットがありますが、一方で、回転音が大きくなりがちなため、騒音による問題を起こしやすい点があります。

風車の回転による振動も、騒音と合わせて建物の内部に伝達し、より大きな問題になることも考えられます。

それから、発電装置がブレード(羽根)の真ん中あたりにあることから、点検が難しくなるため、点検のための費用がかさむデメリットもあります。

そして、高速で回転するブレード(羽根)に、鳥がぶつかり、落下してしまう事故も発生しやすくなっています。

そのため、発電時には、赤のランプなどの目印となる部材を取り付けることが、航空法により義務付けられています。

オランダ型

オランダ風車古くからある風車のイメージといえば、オランダ型です。

中世の頃から田園にある風車小屋に設けられ、風を受けた4枚から6枚の羽根を回転させて発生した力を、風車小屋の中に作ったポンプを動かすために使ったり、小麦などの穀物の脱穀や製粉のために利用してきました。

まるで障子の格子のような木製の羽根に、布を巻き付けることで、上手く風を受けられるように造られています。

風向きが季節ごとに変化するため、風車の向きもそれに合わせて人力で変えていました。風の強い時は、巻いている布を外すことで対処します。

遅い回転速度ながら、トルクの大きさが特徴であり、現代では、発電用というよりも観光用として親しまれています。

多翼型

多翼型は、アメリカの西部劇に出てくるようなタイプといえば、イメージがしやすいかもしれません。

およそ20枚の羽根の数が特徴で、アメリカの中西部の牧場や農家にて、主に水を汲み上げるために使われてきました。

羽根が多いため、必然的に回転数はゆっくりとしたものになるのですが、その分トルクの大きさがあることから、水の汲み上げには最適なタイプと言えるでしょう。

現代でも、アメリカの田舎の方で見かけることができ、海外のボランティア活動で使われることもあるようです。

スパイラルマグナス

秋田県にあるメカロ社によって実用化された、水平軸風車に分類されるタイプです。

マグナス力とは、野球のカーブやゴルフのスライスなどと同様の原理であり、気流の中で円筒やボールを回転させることで、流れに対して90度の向きに発生する揚力のことをいいます。

マグナス式は、羽根の構造が円柱型となっているため、プロペラ型よりも故障しにくい点と、低い回転で発電するため、音が静かな点があります。

そのため、プロペラ型に見られるバードストライク現象(鳥が羽にぶつかって落下する)が起こりにくいというメリットもあります。

吹いてくる風に対して、円柱形の羽根を自力で縦回転させることで、揚力が生まれ、発電につながります。

縦回転は下から上に向かう野球のライズボールのような回転と、上から下に向かう回転の2種類のタイプから選ぶことができます。

垂直軸風車

垂直軸風車は、重さのある発電機を地面の近くに設置できる点と、風車の回転面を風向きに合わせるためのシステムを必要としない点があります。
垂直軸風車には、サボニウス型、ダリウス型、クロスフロー型があります。

サボニウス型

フィンランドの発明者の名前が由来となっているサボニウス型は、街路灯などで見かける小型タイプの風車です。

円筒状の2枚の羽根を風が通り抜けることで、羽根の回転方向に向かう力と、向かい風を抑制する力が生まれることで、スムーズな回転を実現しています。

垂直軸を駆動部分としていることから、風向きに関係なく駆動部を回転させ発電ができるのが特徴で、特に風向きが変わりやすい都市部にて採用されています。

遅い回転速度のおかげで、騒音が出ないというのも、都市部向きと言えるでしょう。

ただし、発電効率はあまり芳しくないため、大きなエネルギーを必要とする機器には向いていません。

そのため、街路灯などの比較的少なめのエネルギーで稼働するものに使われています。

その場合、風があまり吹かない状況を考慮して、太陽光発電システムと組み合わせて製品化したものが提供されています。

ダリウス型

ダリウス型も発明者の名前が由来となっている風車です。

地球ゴマのような湾曲した羽根で風を受けて発電するタイプです。

回転数の多さが特徴で、風向きを選ばないのもメリットとなります。

強風でも騒音が発生せずに、比較的安価で設置できる点や、発電機が地上にあるためにメンテナンスがしやすいという点があり、都市部で使用されることが多いようです。

風だけでは動かないことや、自力による回転始動ができない欠点があるため、他のタイプの風車と組み合わせるか、始動のために電力を利用した始動装置をつける必要があります。

そのため、動作環境として、一定の風が供給されることが採用の条件です。

クロスフロー型

湾曲した細く長い多数の羽根を、上下の円盤で挟む形で、同じ間隔で設置し、外から入ってくる風が羽根の隙間を抜けていくことで、一定の方向に回転させ、発電するタイプです。

風向きに関わらず回転する特徴があり、回転速度は低く、高いトルクを持ち音が静かなため、エアコンの送風やトイレの換気などに使われています。

垂直軸型マグナス風力発電

東京都墨田区にある株式会社チャナレジーによって、開発中の垂直軸型に分類されるタイプです。

まだ実用化には至りませんが、着々と製品化に向けて開発が進められています。

前述したマグナス式のため、吹いてくる風に対して、円柱型の羽根が縦回転させる点までは同様なのですが、回転軸を2つにして、下から上の縦回転と上から下の縦回転を同時に行うことで、風向きの影響を受けずに回転し続けることを可能としています。

実用化された際には、台風のエネルギーも利用できるということもあり、今後の期待が高まります。

まとめ

プロペラや発電方式が様々ある風力発電ですが、たくさんの物件をみる事をおすすめします。
「場所」と「FIT価格」で選ぶなら小型風力発電総合検索サイト「タイナビ発電所」

ご存知の通り、風力発電は場所と単価が大きなポイントです。良い風車を使えば全て良しというわけではありませんので、物件ごとにたくさんの種類の風車を確認してみてくださいね。

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