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風力発電(ふうりょくはつでん)は、風の力(風力)によって発電する方式である。

通例、風車で発電機を回して発電するが、理論上は他の方法も考えられ、研究されている。

風力エネルギーは、再生可能エネルギーのひとつである。地球環境の保全、エネルギーセキュリティの確保、経済成長の維持を同時に実現可能なエネルギー源として、世界各地で普及が進んでいる。

◆特徴

風力発電は従来の集中型電源とは様々な点で異なる特徴を持つ。温室効果ガスの排出が少ないこと、運転用燃料が不要で持続的に利用できるほか、経済面での効果などが重要視される。一方、出力が変動するなどの欠点も有し、対策を要する場合もある。以下に長所と短所を列挙する。

◇長所

主に小規模分散型電源としてのメリットと、燃料を必要としないこと、全体的な環境への好影響がある。

・ 二酸化炭素などの温室効果ガス排出量の低減効果がある。

・再生可能エネルギーを用いた発電方法の中では比較的発電コストが低く、事業化が比較的容易である。

・太陽光発電と異なり、夜間でも発電が可能である。

・エネルギー自給率の向上が見込める。

・離島など、燃料源の確保や送電コストの高い地域にて独立電源として活用できる。

・小型のものは需要地に隣接して設置可能であり、送電コストの低減に役立つ場合がある。

・個々の設備が比較的小規模で、規模によっては個人でも運用可能である。

・冷却水を必要としない。

・小規模分散型の電源であるため、事故や災害など有事の際の影響を最小限に抑え、全体の稼働可能率を非常に高くできる。

・工期が短く、需要総量の変動に対応しやすい。また投資してから運転開始までの利子も少なく済む。

・運転用燃料を必要としないため、物価変動要因(インフレなど)の事業リスクが少ない。

・修理や点検が比較的容易であり、必要な時間も短くできる。

◇短所

主に出力電力の不安定・不確実性と、周辺の環境への悪影響の問題がある。特に設置場所の選定に注意を要する。

・風速の変動に伴って、出力の電圧や力率が需要と関係なく変動する。特に個々の風車で見ると変動は激しい(ただし多くの風車がまとまると緩和される)。を参照。

・夜間も発電するため、他電源の出力や需要の状況によっては夜間の余剰電力を増大させる。

・現時点では他の発電方式よりコストが高く、助成を必要とする場合が多い。また、系統の拡張などにある程度の追加費用を要するとされる。

・風力原動機を設置する場所の風況が事業の採算性に大きく影響する。

・ブレードに鳥が巻き込まれて死傷する場合がある。を参照。

・周囲に騒音被害を与える場合がある。

・想定値以上の強度の落雷や強風などにより、破損する場合がある。

◆資源量

風力発電は、開発可能な量だけで人類の電力需要を充分に賄える資源量があるとされる。日本では電力需要の1〜数割程度の資源量が開発可能であると推定されている。

世界全体では少なくとも約72TW(テラワット)が風力によって発電可能とされる。これは世界全体の電力需要量(14TW)の約5倍に相当する。日本では風況が悪く風力発電に向かないという意見が存在したが、これは都市部に多い気象庁の観測点のデータで判断したためと言われている。実際には新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)による風況調査などで設置有望地域が多く存在する可能性が示されている。現時点での調査結果からは、日本の陸上で発電可能な量は日本の総発電量の7〜10%と言われている。この計算結果は風車の高さの設定に大きく影響される。小型の高さ40mの風車では風が弱いために2〜3%程度となるが、最近の大型の風車を仮定し、高さ100mの風車で計算した場合では数倍になる(牛山など)。さらにまで考慮すれば、潜在的には20〜30%程度まで可能という指摘もある[外部リンク] 牛山泉、風力発電(re-policy.jp)。

◆風力発電所

◇風車の型式

電力用としては水平軸のプロペラ型が多く用いられるが、用途に応じて垂直軸のダリウス型、ジャイロミル型、サボニウス型またはその併用型を用いる場合もある。

また直線翼垂直軸型http://www.hiatec.co.jp/new_ene/winpro/map.html、スクリューマグナス風車(マグナス効果を利用)もある。

風車以外では、振動板に風を受け、圧電素子で電力を得る方法などが研究されている。

◇規模と効率

風力原動機はロータ径が大型化するにつれて効率が向上し、採算性も向上する。これは地上付近では地面や障害物等による摩擦があり、高所の方がより効率よく風を捉えられるのが大きな理由である。このため発電事業用の風力原動機は大型化する傾向にある。2005年は、世界的に2.5MWクラスが中心であった。2008年には5MWの機種も登場している[外部リンク] 5-MW BARD Near-shore Wind Turbine Erected in Germany, Renewable Energy World Online, 2008/11/18。

発電量はローターの半径の2乗、風速の3乗に比例する。効率は最高59%である(ベッツの法則)。1919年、ドイツのアルバート・ベッツにより導き出された。

日本メーカーでは1MWクラスが主流であったが、近年、2〜2.4MWクラスのものが商品化された[外部リンク] 三菱重工の風力発電事業、瀬戸際から一気に形勢逆転へ、NBOnline、2007年7月31日。また、家庭への普及を狙って小規模の風力原動機を商品開拓する動きもある[外部リンク] 日本メーカーの小型風力原動機。

◇工期

風力発電機の設置工事に必要な期間(工期)は、規模や環境にもよるが、概して他の発電方式よりも短い。1基では通常3〜4ヶ月とされる。20基程度では10〜11ヶ月、50〜100基程度の大規模なウインドファームでも1〜2年ほどの例がある。

デンマークの沖合6-15kmに2MW基を80基、合計160MWを建設した実例では、実際のサイトでの建設作業は約半年、製造から含めても約1年半で済んでいる[外部リンク] Horns Revウインドファーム(デンマークのオフショアウインドファーム)。これは他の大規模集中型発電所(原子力や地熱など)に比べると格段に短い。これは需要構造の変化への対応や機器の更新を容易にする他、工事期間中の利子も低く抑える効果がある。例えば、下記のような利益が得られる。

・集中型発電所では工期が長い分、将来の需要増加の可能性を見越して常に多めに設備を建設しておく必要があり、また一基当たりの容量が大きい分、見込み違いによる無駄も多くなりやすい。しかし風力のような小規模分散型電源を用いる場合は、比較的短期かつ小さい単位での増設や移設が可能であるエイモリー・B・ロビンス、スモール・イズ・プロフィタブル、省エネルギーセンター、2005年、ISBN 4-87973-294-X。

・定期メンテナンスや修理に要する期間が短い(さらに多くの場合、個々の設備ごとに時期をずらして行うことが可能である)ため、系全体の稼働可能率をその分高くできる。

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