波力発電と風力発電 2007s18 森井 智貴 2007s14 野々垣 浩 監修 木下 祥次 エネルギ変換工学 第10回 講義資料

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1 波力発電と風力発電 2007s18 森井 智貴 2007s14 野々垣 浩 監修 木下 祥次 エネルギ変換工学 第10回 講義資料
エネルギ変換工学　第10回　講義資料 波力発電と風力発電 2007s18　森井　智貴 2007s14　野々垣　浩 監修　木下　祥次 2018/9/22

2 海洋エネルギー実験地点 1)増毛港 2)室蘭港 3)酒田港 4)由良沖 5)寝屋漁港 6)三瀬立岩海岸 7)原町 8)九十九里町片貝
9)五カ所湾 10)西表島 11)宮津 12）大村湾

3 波力発電の特徴 長所 短所 自然エネルギーであるため環境にやさしい 絶えず発電できる 発電量を予想できる 消波効果がある 発電コストが高い
設備の維持が困難 予算がおりにくい

4 発電単価 石油 12～13円 水力 8～13円 原子力 7～8円 太陽光（住宅用） 46～66円 風力（大規模） 10～14円
石油 12～13円 水力 8～13円 原子力 7～8円 太陽光（住宅用） 46～66円 風力（大規模） 10～14円 風力（中小規模） 18～24円 波力 60～130円 ※1kwhあたり

5 発電方法（一次変換） 機械的なエネルギーに変換する 例：振り子式波力発電 水の位置エネルギーまたは水流エネルギーに変換する
機械的なエネルギーに変換する 例：振り子式波力発電 水の位置エネルギーまたは水流エネルギーに変換する 空気エネルギーに変換する　 例：振動水柱方式 2018/9/22

6 発電方法（機械的エネルギー） 波を受圧板で受ける 受圧板が波によって振り子運動する 受圧板 油圧に変換

7 発電方法（位置エネルギー） 波によって打ち寄せられる水塊（すいかい：水のかたまり）を構造物の斜面に沿って遡上（そじょう：斜面に沿ってのぼること）、そして越波させ、背後の池に貯留する。そして池の水面と海水面との水位の差を利用して低落差用水車タービンを回す。ノルウェーなどで実用化されているが、日本ではまだ実用化されていない。

8 発電方法（空気エネルギー） ウェルズタービンを用いた空気の流れによる発電 2018/9/22

9 ウェルズタービン 力 気流 飛行機の翼の原理を利用。 気流の向きが反転しても同一方向に回転する。 2018/9/22

10 新しい技術 タービンの羽を矢尻のような形に工夫し、上下どちらの気流も同じ方向に力がかかるようにする。
ジャイロモーメントにより、浮体の波による揺れから直接発電機を回転させる 。空気タービンの方式の2倍の発電効率が可能（20～40%）。

11 ジャイロモーメント 軸の自転と軸の回転が起こるとジャイロモーメントが発生する。
逆に軸の自転しているところにジャイロモーメント（波の揺れ）をかけると軸が回転して発電できる。 波の間に空気などのエネルギー変換を行っていないため効率が高くなる。

12 波力発電を日本すべての海岸で行うと仮定した場合、日本の総発電量の何%を確保することができるか？
問 日本の海岸線の総距離 km 波力発電の発電量は平均 7kwh/m 日本の総発電量 10億kWh

13 実用例 日本 航路標識ブイ ・船舶が海上での位置を知るための指標 他 2004年オーストラリアの沖合に波力発電プラント設置
2006年アメリカ　ポイント・ジュディス沖に同上のプラント設置 ノルウェー水位置エネルギーを利用した波力発電プラント設置

14 解答 {(総距離×発電量)÷総発電量}×100 {(33889×1000×7)÷10^9}×100≒23.7 A.23.7%

15 参考資料一覧 https://link.chuden.jp/kids/energy/tabi_hatsuden05.asp （中部電力）
VISION）

16 風力発電について 風 「風の力」で風車をまわし、その回転運動を発電機に伝えて「電気」を起こす。
風を利用するので、再生可能エネルギーでもある。

17 風のエネルギーについて P= Cp×(1/2)×ρ×S×V3 Cpは発電効率であり、Cpは最大で16/27(ベッツ係数）としている。
V[m/s]：風速(秒速) S[m2]：翼の受風面積 ρ[kg/m3]：空気密度 Cp：風車のパワー係数 P[W]：風車から得られるパワー Cpは発電効率であり、Cpは最大で16/27(ベッツ係数）としている。

18 周速比について λ= R×ω Vw

19 実際のエネルギー変換効率 空気の抵抗や粘性による損失 約30％まで落ちる エネルギーを電力に変換するためのギアや発電機のエネルギー損失

20 風車の形式

21 風車の形式

22 水平型と垂直型について 水平型 垂直型 効率が良く大型化が容易 発電機などの重量物も風車上部に取り付けなければならない
風車の回転面を常に風の方向に向ける必要がある 発電機などの重量物は地上に設置できる またどの方向の風も利用可能

23 揚力型と抗力型について 気流の進行方向に対して飛行機の翼のような形状が、上下の圧力差により受ける垂直方向の力を指す。 揚 力 型
抗力とは、気流の進行方向の物体に当たる力を指す。

24 各風車のパワー係数

25 風車による発電効率 発電 起動 方向 騒音 振動 水平軸型 ○ × 垂直軸型 抗力型 揚力型 △

26 課題 プロペラ型発電機における発電効率を求めよ。 サボニウス型発電機における発電効率を求めよ。 使用する数値
プロペラ型のパワー係数= 40% サボニウス型のパワー係数= 15% ギアによる回転速度変換効率= 95% 発電機から電気エネルギーへの変換効率= 95%

27 解答 プロペラ型発電機における発電効率を求めよ。 サボニウス型発電機における発電効率を求めよ。 40%×95%×95%=36.1%
A.約36% サボニウス型発電機における発電効率を求めよ。 15%×95%×95%= % A.約13%

28 問：東伊豆町風力発電所の稼働率、利用率を求めよ。
平成18年度 運転時間(h) 発電量(kWh) 4月(30日) 1524 344,384 5月(31日) 1839 460,157 6月(30日) 1219 252,753 7月(31日) 1522 388,795 8月(31日) 1176 146,116 9月(30日) 1470 384,398 10月(31日) 1551 339,319 11月(30日) 1637 358,928 12月(31日) 1803 433,927 1月(31日) 1672 378,015 2月(28日) 1516 300,833 3月(31日) 1187 294,846 合計(365日) 18116 4,082,471 条件 東伊豆町風力発電所では、600kWの風力発電所が3つある 運転時間、発電量は3つの合計である 計算式 稼働率(%)= 運転時間(h) 運転日数(日)×24(h) 利用率(%) 発電量(kWh) 出力(kW)×運転日数(日)×24(h) =

29 解答 稼働率 = (18116÷3)／(365×24) = 68.93% A.68.93% 利用率 = (4,082,471(kWh)÷3)／(600(kW)×(365×24) = 25.89% A.25.89% 参考　 原子力発電(15年度,52基) 稼働率60.3％、利用率59.7％

30 風力発電のメリット エネルギー源が風であるため、環境に対し クリーンである エネルギー自給率が上がる 夜間でも発電が可能である
エネルギー源が風であるため、環境に対し　クリーンである エネルギー自給率が上がる 夜間でも発電が可能である 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い

31 風力発電のデメリット 風速の変動により、出力の電圧や力率が需要と関係なく変動する
現段階では、既存の発電方式よりコストが高めである　(ただし、温暖化ガス排出量の差を考慮したコストは低いとされている) ブレードに鳥が巻き込まれて死傷する場合がある 周囲に騒音被害を与える場合がある 風が必要となるため、場所が限定される

32 京都議定書 地球温暖化の原因となる温室効果ガスの排出を、先進国における削除率を各国別で決め、共同で約束期間以内に達成しなければならない
1990年に比べて、少なくとも5％は削減しないといけない(日本の場合6%) 他の国の排出権を購入したり、他の国に関する削減を行うなどして、発行されるように出来る 2004年度の排出量は+8%・・・

33 各発電方式別炭素排出量

34 世界での風力発電 デンマークでは、既に国全体の2割を風力で賄っている　　2025年には5割以上に増やせるとしている

35 日本の風力発電所マップ 2002年度版

36 日本の風力マップ

37 日本の風力発電が育たない理由 経済性の分岐点の目安は年間平均風速６ｍ/ｓかつ設置コスト20万円/ｋW以下でないといけない
山間地の場合、風速の変動が大きく、ブレードに負荷をかけ破壊してしまう 日本には台風が通過するため、同様にブレードを破壊するため

38 風力発電を発展させるためには？ 風力発電では、より大型のものほど、発電コストが低い→大型のものを採用する
風力発電所を集合型発電所にし、電力の安定化を図る あくまで風力発電の電力をベースとして考え、火力など他の発電方式でカバーするようにする(デンマーク)

39 洋上ウィンドファーム

40 洋上ウィンドファームの利点 あくまで海の上なので、建物などの障害物が無く、陸地よりも安定した電力が確保できる
集合型の風力発電では、点検を交代しながら行えるので、大部分を稼動し続けられる 他の発電所よりも個々が小さいため、増築・移動が簡単である 用地の確保がいらない

41 風力発電開発 株式会社シグナス製　シグナスミル Magenn製(アメリカ)

42 参考資料一覧 http://www.i-wintek.jp/（株式会社ウィンテック）