風力タービンは超高層ビルサイズに達した…大きさの限界は?
Photo by Rabih Shasha on Unsplash

風力タービンは超高層ビルサイズに達した…大きさの限界は?

では、なぜタービンはこれほどまでに急速に大型化し、その大きさに限界はあるのでしょうか。要するに、最初の答えはエネルギーコストを下げることであり、2つ目の答えは、「限界があるはずだ」ということです。

The Conversation

2023年、イングランド北東部の沖合約100マイルに、世界最大級の風力発電機が誕生する予定です。このドッガーバンク洋上風力発電所開発の第一段階には、ゼネラル・エレクトリック社の「ハリエイトX」というタービンが使用されます。このタービンは、海面からブレード先端の最高点までの高さが1/4キロメートル以上にもなります。

ロンドンに設置すれば、カナリー・ワーフのワン・カナダ・スクエアよりも高く、シャードよりも50m低い、市内で3番目に高い建造物になります。3枚の羽根の長さは、ビッグベンの時計塔の高さよりも長くなります。そして、ドッガーバンクには最終的に300基近い巨大な風車が設置される予定です。

次はエッフェル塔サイズのタービン? GE Renewable Energy / Facebook
次はエッフェル塔サイズのタービン? GE Renewable Energy / Facebook

英国初の本格的な洋上風力発電所がウェールズ北部の沖合に建設されてから、ちょうど20年が経ちました。そのタービンは、理想的な条件で2メガワット(MW)の電力を生み出すことができ、当時は巨大な発電所と考えられていました。これに対し、「ハリヤードX」の発電量は13MW、15MWのタービンはあと1~2年で完成します。

では、なぜタービンはこれほどまでに急速に大型化し、その大きさに限界はあるのでしょうか。要するに、最初の答えはエネルギーコストを下げることであり、2つ目の答えは、「限界があるはずだ」ということです。

大きなタービン、安い電気

わずか5年前、洋上風力発電業界は、英国海域での新規プロジェクトによるエネルギー価格を2020年までに1メガワット時あたり100ポンド以下にすることを望んでいました。この水準でも、他の発電事業と比較すれば、経済的に成立させるためには政府からの補助金に頼るしかなかったのです。

しかし、実際には、コストは急速に低下し、洋上風力発電所の開発者はすぐに、より低い価格で電力を販売することを約束するようになりました。現在では、ドッガーバンクのような風力発電所を建設し、1メガワット時あたり50ポンドを下回る価格で販売することを公約しています。これにより、洋上風力発電は他の発電方式と競争力を持ち、事実上、補助金の必要性がなくなりました。

コスト削減の大きな要因となったのは、タービンの大きさです。大型のタービンは、この分野の誰もが予想していたよりも早く市場に投入されたのです。

ドッガーバンクは水深が浅いため、洋上風力発電に最適です。完成すれば、英国の600万世帯に電力を供給することができます。出典:ドッガーバンク風力発電所
ドッガーバンクは水深が浅いため、洋上風力発電に最適です。完成すれば、英国の600万世帯に電力を供給することができます。出典:ドッガーバンク風力発電所

ブレードの回転が速すぎるのはNG

理論的には、タービンはどんどん大きくなっていきます。大きな羽根が回転することで、より広い面積で風からエネルギーを取り出し、より多くの電気を生み出すことができるからです。

しかし、工学的にはいくつかの制約があります。一つは、雨粒や海水がブレードに衝突することによるブレードの侵食です。現在の設計では、浸食を防ぐために、ブレードの先端の速度を毎秒90メートル(時速200キロ弱)に制限する必要があります。そのため、タービンが大型化し、ブレードが長くなると、ローターの回転をより遅くする必要があります。

ローターの回転を遅くすると、同じ電力を生み出すために、ブレードが風をより大きく受け流す必要があります。その結果、タービン全体にかかる力が非常に大きくなってしまうのです。この大きな力に対応するには、タービンの重量とコストを上げるしかありません。つまり、タービンの採算が合わなくなる時点、つまり発電量に対してコストが見合わなくなる時点は、ブレードの先端を速くした場合よりもずっと早くやってくるのです。

また、ブレードは長くなるにつれて柔軟性が増します。そのため、ブレードの周りの風の流れを完全に制御することが難しくなり、極端な風の状況下でブレードがタービンタワーに衝突しないようにすることが難しくなります。

ロジスティクス上の制約

しかし、このような工学的な課題は、長期的には解決できるかもしれません。つまり、風力タービンの設計に物理的な制限があるというよりも、製造や設置、運用の問題でサイズが制限される可能性が高いのです。

工場から現場までブレードやタワーを運び、現場でタービンを組み立てるだけでも大変なことです。ビッグベン級の大きさのブレードを1枚1枚輸送しなければなりません。そのためには、巨大な港、巨大な船、そしてはるか沖合で安全かつ確実に稼働するクレーンが必要です。この辺りが限界のようです。

この限界は、エネルギーを生み出すのに最適な風と浅い海に囲まれた英国で実際に見ることができます。にもかかわらず、英国は2030年までに洋上風力発電容量を3倍以上に増やすという野心的な目標を達成できない可能性が高い。

これは、技術的な問題や、洋上用地の不足が原因ではありません。むしろ、産業界がタービンを十分に早く製造することができず、港湾インフラや設置船、適切なクレーン、必要なスキルを持つ労働者の数が十分でないことが原因です。

ですから、今のところ素晴らしいサクセスストーリーである洋上風力発電から、英国が経済への恩恵を最大限に享受するためには、純粋なコスト削減から、労働者のスキルや洋上風力のサプライチェーンの開発に焦点を移す必要があるのです。

タービンが大きくなるのは確かですが、そのスピードはここ数年よりも遅いのではないでしょうか。そして、タービンが100マイル沖に設置されたとしても、誰も気にしないのでしょうか。結局のところ、一般市民はタービンを目にすることはないのです。

原文

https://theconversation.com/wind-turbines-are-already-skyscraper-sized-is-there-any-limit-to-how-big-they-will-get-196131

著者

Simon Hogg, Executive Director of the Durham Energy Institute, Durham University.

© 2010-2023, The Conversation.

※アクシオンはCreative Commonsライセンスに基づいて、The Conversationの記事を再出版しています。

翻訳:吉田拓史、株式会社アクシオンテクノロジーズ

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