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エコ発電 その3 風力発電機

カルフォルニア州の内陸でネバダ州におよぶモハビ砂漠(Mojave Desert)には、大規模な太陽光発電所があるとは先に書きましたが、風力発電所も多くPalm Springsの3000機を超える風力発電機は目を見張るものがあります。

Palm springs Wind Mill

日本では大型の風力発電機は年々増えているが、その反面問題が指摘されてマイナスイメージが先に立っているような気がします。
しかし、現在 大型から小型まで色々なタイプ・種類の風力発電機があり、一般的に正確な認識がされていないのが現状だし、私自身は可能性が高いシステムだと思います。そして、なぜマイナス・イメージになったかも考えてみたい。

太陽光発電のように一般住宅に設置できる小型の風力発電機の可能性について調べることにした。

最初に一般家庭の電力を補える発電量を考えると、前回(エコ発電その1)で云いましたが日本の平均的電力消費量325kWhを考慮すると、発電するためには最低500Wの発電機が必要ということになる。

しかし、 通常の風力発電機のワット数は定格での出力であり、何社かのデータを調べたが、この定格のワット数を出力するには風速10-12メートル/秒で、 実用的な使用範囲ではない。風速10メートルを超えると傘をさせないほどだ。

ここで仮にの使用環境を定格の15% 風速で約5メートル/秒と仮定し、1kwと3kwの発電機で計算すると...

1.0kw x 15% x 24時間 x 30日 = 108kwh

3.0kw x 15% x 24時間 x 30日 = 324kwh

上記のように1.0kwの風力発電機で電力の33%、3kwはほぼ100%を補う計算になる。
 余談ですが、通常メーカーの資料を見ると定格出力(Rated)と最大出力(Max)が記載されています。定格は工業規格などでも定められていますが、簡単に云えば製品が安定して起動するためのメーカーの保障値で、定格出力と最大出力が同じ場合と、定格出力が低い場合があります。基本的には定格を超えない使用が必要。

ただし、上記はあくまでも計算上のことで実際は風力によって大きく変化するので、設置地域・装置の高さなどを含め、風力測定データ、気象情報などから算出する必要があります。

*風力の調査を充分行わないで設置すれば「回らない!」「発電しない!」などの問題が発生してしまうこともある。

簡単で安価な風速計でPCに接続してエクセルに指定した間隔でデータを記録できる製品があるので、この様な簡単な製品でも事前に設置予定場所のデータを取ることが出来ると思う。(発電機のの構造によっては、風速と風向きの両方のデータが必要になる。)

wind-sensor.jpg csvData.jpg

次に風力発電機の種類について考える。
大きく分けて水平軸(プロペラタイプ)と垂直軸タイプに分かれる。ほとんどの大型の風力発電機が水平軸(プロペラタイプ)となっている。
fan001.gif

水平軸の特長としては、効率がよく低速から高速まで安定して、コンパクトなデザインが可能。欠点としては羽に方向性があるため、効率を上げるためには、風向きが変わった際、首を回転さえて軸を風の方向に合わせる必要がある。小型のモデルで首の水平回転の振りに加え、上下方向に振る機能を追加しているメーカーもあります。

その他に小型水平軸タイプの問題点は、

羽にFRPやカーボンファイバーを採用するケースが多く、ファイバーの粉塵が微量でも出る可能性がある。

高速で羽が回転した際、ノイズが発生する。

羽に方向性があるので、支柱に偏ったモーメントがかかる可能性があり、支柱の剛性と設置工事について留意する必要がある。

fan002.gif
それに対して垂直タイプは、水平タイプに比べると効率がやや落ち、コンパクトではないが、低回転駆動でノイズが少く、羽に方向性がないので、どの方向からの風でも回転・駆動する。羽に軽合金を使用すれば、粉塵の問題も少なくなる。

WindGenerator001.jpg

ただ、垂直式は水平式と同じ発電量をするにはボディーを大きくする必要があり、逆に大きいと風速が低いと回転が弱く発電量が減る。初期コストも高い。安定した風量がある土地で、環境のことを考えた場合は、ゆっくり回転する垂直式が良いように思える。


風力発電機からDC(直流)で電力を出力すれば、太陽光発電と併用して使用することが出来るので、設置場所の環境から太陽光と風力の割合を算出して、お互いの欠点を補うシステムも可能なはずです。

>参考接続図はこちら


太陽光パネルや大型風力発電機の製造には大規模な工場設備が必要となり、工場ラインの設備や入れ替えなど多くの材料やエネルギーを消費するとこになります。 それに対して小型風力発電は小規模な工場でも生産が可能です。
設備投資が少ないと云う意味でも小型風力発電機はエコだと思います。

以前よりエコな風力発電に興味がありましたので、米国の小型風力発電機メーカーを調査したり、資料を集めていました。
そして、縁があって米国の小型風力発電メーカーのものを価格を抑えて日本にも販売が出来るようになりました。レギュレータ内蔵で、簡単にバッテリーに充電できるものです。 御興味のある方はこちらを見てください。



>>その4へつづく...


⇒エコ発電その2 太陽光発電
⇒エコ発電その4 水力発電

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