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風力発電(dian)の知っておきたい基礎知識 発電(dian)のしくみから素(su)朴(po)なギモンにお答(da)えします!

TOP画像 vol.17 風力発電の知っておきたい基礎知識 発電のしくみから素朴なギモンにお答えします!
 風力発電について、みなさんはどれくらい知っていますか? その姿を思い浮かべることができる人は多いと思いますが、しくみを理解している人はあまりいないのではないでしょうか。

 日本は現在、洋上風力発電の拡大に力を入れており、風力発電については今後注目が高まることが予想されます。そこで今回は、風力発電のしくみや、陸上風力と洋上風力の違いなど、知っておきたい風力発電の基礎知識について、詳しく解説します。

風力発電とは

風力発電イメージ
 風力発電は、風の力を利用して発電する方法です。風を受けて風車などが回転し、そのエネルギーを発電機に伝えることで電力を生み出します。

 太陽光発電などと並ぶ、代表的な再生可能エネルギーの一つで、環境負荷の少ない発電方法として、ヨーロッパを中心に世界各国で導入が進められています。

発電のしくみ

 電気をつくる発電機は、「電磁誘導」の原理を利用しています。「電磁誘導」とは、簡単に言えば、電気回路のそばで磁石が動くと電流が流れるという現象です。そこで発電機は、下図のように電気回路の近くに磁石を置き、磁石を回転させることで電気を生み出しています。

発電のイメージ

 磁石を回転させるには、何らかのエネルギーが必要となりますが、風の力を利用するのが風力発電です。水力発電は水の流れ、火力発電は石炭や天然ガスを燃やしてお湯を沸かすことで得られる蒸気、地熱発電は地下から得られる蒸気を使って磁石を回すなど、発電方式によって利用するエネルギーは異なりますが、同様の原理を用いています。

風力発電(dian)のしくみ

 風力発電機は主に、風を受ける「ブレード」、発電機等が入っている「ナセル」、柱となる「タワー」、の3つで構成されています。風のエネルギーでブレードが回転することでナセル内の磁石とつながった軸が回転し、電気がつくられます。

風車を構成する3要素(su)

風力発(fa)電のメリットとデメリット

 風力発電には、以下のメリットとデメリットが挙げられます。
メリット デメリット
  • 枯渇の心配がない
    風力発電は風がエネルギー源となるため、供給がなくなることはない。
  • 発電時に温室効果ガスを排出しない
    火力発電のように燃料を必要としないため、発電時に二酸化炭素などの温室効果ガスを排出しない。
  • 純国産のエネルギーとして利用できる
    化石燃料など、資源の多くを輸入に頼る日本にとって、自国資源を活かせる貴重な発電方法。
  • 昼夜関係なく発電できる
    同じ再生可能エネルギーである太陽光発電は、太陽が出ている時間しか発電できないが、風力発電は一定の強さの風が吹いていればいつでも発電可能。
  • 発電量は風の状況に左右される
    発電には一定の風の強さが必要であるため、風の状況によって発電量が少なかったり、発電できない場合がある。
  • 景観や騒音による影響
    大規模な発電になると大型風車が並ぶため、景観影響や騒音等にも配慮して立地場所を決める必要がある。
 風力発電は、自然の力である風力を利用した発電方法であるため、資源の供給がなくなる心配はありません。また、小資源国である日本にとっては、貴重な純国産エネルギーでもあります。

 一方で、何より大きなデメリットは、発電量が風の状況に左右されるため、安定的な発電が難しいことです。さらに、騒音や景観にも影響が出るため、設置場所に関しては十分に吟味し、地域住民からの理解を得る必要もあります。

陸(lu)上風(feng)力(li)発電(dian)と洋上風(feng)力(li)発電(dian)

 風力発電は設置場所によって、陸地に設置する「陸上風力」と、海上に設置する「洋上風力」の2種類に大別されます。
陸上風力発電 洋上風力発電
  • 発電設備は陸地に設置。
  • 安定した風速が見込める山岳部や海岸沿いなどに多く設置されている。
  • 発電設備は海上に設置。
  • 日本は四方を海に囲まれているため、大きなポテンシャルを持つ再生可能エネルギーとして、洋上風力の拡大を目標として掲げている。

風力(li)発電のここが知(zhi)りたいQ&A

風力発電イメージ
風力発電について、ちょっと気になる素朴な疑問にお答えします。

世(shi)界と比(bi)べて日本の風力発電はどれくらい進んでいるの?

 世界では、陸上・洋上のどちらもヨーロッパが先行しており、日本はまだまだ導入を進めている段階です。最近では、中国が急速に設置数を拡大させています。

風車が回転するスピードと発電量(liang)には関係があるの?

 基本的には、風車が速く回転すれば、それだけ発電量は多くなります。しかし、風車は機種によって、風速と出力の上限が決まっており、それよりも風が強くなると、最大出力を超えないよう、ブレードの角度を調整して発電量を制御するしくみとなっています。台風などで事故の危険があるときは、さらにブレーキをかけるなどして回転しないようにしています。

風車にはどんな種類があるの?

 風力発電で使われる風車には、いくつか種類があり、主流はブレードが3枚のプロペラ型です。他にも、多翼型や、回転軸が地面に対して垂直に設置されているタイプの風車があり、規模や設置場所の風の特徴によって使い分けられています。

フィリピンのバタン島に設置されている、プロペラを持たない垂直軸型マグナス式風力発電機
(出典(dian):チャレナジー)

野生生物に影響はないの?

 風車に鳥類が衝突するバードストライクは、残念ながら発生しています。そのため、設置前の環境影響評価で、鳥類や周辺の動植物への影響を検証し、影響が大きい場合は設置できないこともあります。洋上風力についても、事前に鳥類、魚類や海洋生物等への影響を確認した上で、開発を進めています。

洋上風力発(fa)電の海底(di)ケーブルの太さはどのくらい?

 直径10cm~最大で30cmほどの太さのケーブルが使われます。陸地から船などに積み込み、敷設します。浮体式の場合は、陸地からの距離が遠いので、それだけ長く、波などの負荷に耐えうるケーブルが用いられます。

日本(ben)の広(guang)大なEEZ(排(pai)他(ta)的経済(ji)水域)に洋上風力をたくさん設(she)置すれば、電(dian)力問(wen)題を解(jie)決(jue)できませんか?

 日本は海に囲まれた島国なので、洋上風力のポテンシャルには期待されています。 
 しかし、日本のEEZは海底の地形が急峻で、水深が深い場所が多いため、浮体式を拡大していく必要がある一方で、浮体式は水深が深いほどコストもかかるため、事業者としては採算が取れない可能性もあります。
 また、都道府県をまたいで漁業が行われている海域について、どのように関係者との調整を進めるかという課題もあり、今後、法整備を進めていく必要があります。

貴重な国産資源として期待が高まる洋(yang)上風力(li)

 洋上風力は、コスト面やEEZに関する法整備など課題もありますが、島国という日本の特徴を活かせる貴重な国産資源です。近年、日本は開発に力を入れており、2022年には、秋田県の能代港と秋田港で、国内初となる商業規模の洋上風力が稼働を開始しました。現在でも、国内ではいくつもの大型プロジェクトが進められており、今後も拡大していくことが予想されます。日々のニュースで見ることも多いと思うので、チェックしてみてください。

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