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常識を疑え! スペイン生まれの羽根のない風力発電機が2020年に販売スタート

逆転の発想から生まれた、新しいタイプの風力発電の仕組みとは

世界で初めて風力発電機が造られたのは今からおよそ130年前。さらに揚水や灌漑(かんがい)目的としては、紀元前から風車が活用されていたという記録も残っている。このように2000年以上もの間、風の力を得る=プロペラを回すということは常識として考えられてきた。しかし、スペインのスタートアップ企業・Vortex Bladeless社が開発したのは、羽根のない風力発電機。常識を覆した、希代の発明品とその仕組みを紹介する。

世界の再生可能エネルギー事情から見る風力発電の今

昔に比べ、より一般的に知られるようになった「再生可能エネルギー」という言葉。水力や地熱、太陽光発電などが具体例として挙げられるが、まず頭に思い浮かべた身近なものはどれだっただろうか?

実はこれ、聞く国や地域によって答えが異なってくる。

資源エネルギー庁の調査によると、日本やカナダ、中国で最も供給されている再生可能エネルギーは水力発電。一方、ドイツやスペイン、イギリスでは風力発電といったデータがある。

世界各国の発電量において、その各種割合を示した図。カナダの水力発電を除けば、ヨーロッパが再生可能エネルギー先進国と分かる

出典:資源エネルギー庁

日本で再生可能エネルギーが明確に定義されたのは2009年。

エネルギー供給構造高度化法という法律によって、化石燃料に頼らない再生可能エネルギーの利用促進を狙ったものだ。

しかし10年の歳月がたった今も、先進諸国に比べて環境整備が進んでいるとは言い難い。先のデータによると、日本の総発電電力量に占める割合のうち、再生可能エネルギーは約16%。そのうち一番割合の多い水力発電でもわずか8%となっている。

一方、再生可能エネルギー先進国と呼ばれるヨーロッパでは、ドイツやスペイン、イタリアで30%超。中でも注目なのがスペインの風力発電だ。

中国、アメリカ、ドイツ、インドに続き世界第5位の風力発電容量(2018年の総発電量2万3484MW)を誇るスペインは、先の図でも分かるように国の総発電電力量に占める風力発電の割合が実に約18%。これは、世界トップクラスの占有率だ。

そんな風力発電大国スペインでは現在、新しい発想の風力発電機が開発されている。

それが、風力エネルギー系のスタートアップ企業・Vortex Bladeless(ボルテックス ブラデレス/以下、Vortex社)社製の羽根のない風力発電機だ。

創業者の一人ダヴィド・ヤネス氏とVortex社製の風力発電機の試作品

従来の風力発電機は、風車が地面に対して垂直に回る水平軸風車と、地面に対して平行で横に回転する垂直軸風車の2種類が存在した。主に商用化されているのは水平軸風車で、飛行機の羽根に似た3枚のプロペラが付いたものが一般的。プロペラを動力に内蔵、タービンを回しエネルギーを生み出す方式で、日本国内でも目にしたことがある人も多いだろう。

一方、Vortex社が開発中の風力発電機Vortex Tacomaは、小型ロケットのような形をした円筒形で、高さは約2.7m。軽さと強度を保つために炭素繊維とガラス強化繊維(FRP)素材を使い、振動する上部と地面に固定される下部に分かれている。商用化される際には、重さ約15kg、発電量100W/hを想定しているという。

筒の中にはコイルと磁石を用いた特許取得済みの発電装置が内蔵されており、上部が左右に振動することでエネルギーを生み出す仕組みだ。

Vortex Tacomaの試作品が発電する様子。筒の上部のみが揺れ、下部は地面にしっかりと固定されている

新技術開発の背景にあった意外なきっかけとは?

高効率な発電に重要となってくるのが、安定した振動を生み出すための“渦励振(うずれいしん)”という現象だ。

渦励振とは、各物体が持つ固有振動数と、風が円柱などの物質に当たって発生する空気の渦の周波数が一致した場合に、共振を引き起こし振幅が増大する現象。本来は建築物を造る際の厄介者として扱われ、1940年にアメリカのタコマ・ナローズ橋がこの現象により崩壊したことで広く知られるようになった。

羽根のない風力発電機のアイデアは、実は開発者の一人がこの橋の動画を目にしたことがきっかけ。“橋を壊すほどのエネルギーがあるのならば、コントロールして発電につなげられるのではないか”という逆転の発想だった。

タコマ・ナローズ橋崩壊の動画。崩れ落ちる部分は3:04くらいから

渦励振を捉えた様子。左側の円柱に当たった風が抜ける時に、渦状になっているのがよく分かる

とは言っても、簡単に渦励振を引き起こせるわけではない。空気の渦の周波数は一定でないため、渦に合わせて風力発電機側の振動数を変える必要があったのだ。そこでVortex Bladeless社は、自動的に発電機側の振動数を調整する独自のチューニングシステムを開発。これにより、風速3mからでも共振を引き起こし、発電を開始・維持できる仕組みを作り上げた。

その軽さや設置のしやすさから、自宅の屋根や庭などへの導入を想定しているVortex Tacoma。価格は1基あたり200ユーロ前後(日本円にして約2万4300円、6月21日現在、1ユーロ121円で計算)になる予定で、2020年中の販売を目指している。

今後は、さらに大きな1MWクラスの風力発電機開発を計画している同社。大型化した場合でも、従来の風力発電機に比べて製造コストは50%以上、メンテナンス費用は80%以上もカットできるという。

これは、従来のように複雑な部品を使わないため。メンテナンスに油を使う必要がないので、廃棄する際の費用も安くできるという。

これまでの風力発電機が抱えていたプロペラの騒音問題や鳥の巻き込み事故、膨大なコストを解決するVortex社の風力発電機。再生可能エネルギー先進国・スペインで生まれた新しい技術が、世界の風力発電事情を一変させるのかもしれない。

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