効率20％向上を狙う、5MWの軽量風車：自然エネルギー（2/2 ページ）

» 2015年03月31日 07時00分公開

[畑陽一郎，スマートジャパン]

大型化を進めながら軽量・小型化とは

　1基当たりの出力を高くする手法には条件がある。高出力のためにシステムが重くなると、基礎工事・浮体工事の費用を抑えることができない。軽量化が必要だ。軽量化のためには発電機を内蔵したナセルの小型化が有効だ。ブレードの長さを維持しつつ、タワーの上に載るナセルを小型化できれば、システム全体の重量を軽減できる。

　図3にHTW5.0-126のナセルの構造を示した。図の奥に描かれたハブに3枚のブレードがつながる形だ。主な新規開発ポイントは増速機と発電機の2カ所。

図3　HTW5.0-126のナセルの構造　出典：NEDO

増速機と発電機を主に改善

　大型の風車は例えば1分間に15回転程度で動く。これを1分間に1500回転して発電する発電機に接続するには、回転速度を100倍（ギア比1:100）に高める増速機が必要だ。増速機を使わない手法もある。発電機を多極構成にすればよい。例えば100極構成なら、増速機は不要だ。

　どちらの手法にも欠点がある。ギア比1:100の増速機では寸法、重量とも大きくなり、故障も起こりやすくなる。100極構成の発電機は、100極分のステーター、トーターを発電機の円周に沿って配置しなければならないため、直径が大きくなってしまう。

　日立製作所の解は、ギア比1:40の増速機（中速増速機）と36極構成の発電機を組み合わせるというものだ。発電機には2MW機で採用していた交流励磁同期発電機ではなく、新たに永久磁石同期発電機を採用した。図3の構造全体を「中速ギアドライブトレイン」と呼ぶ。

　「この手法により、出力が5MWと大きくても小型化できた。HTW5.0-126の量産機ではブレード3枚とナセルの合計重量を350トンに抑えるという目標を実現できると考えている」（日立製作所）。増速機と発電機の両方の回転数が下がることで、信頼性も向上する。

　中速ギアドライブトレインは新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の「風車部品高度実用化開発」助成金の交付を受けて開発した。同開発には複数の目的があり、複数の企業が参加している。日立製作所が単独で参加した開発の最終目標は、2016年度までにプロトタイプ機のフィールド試験を完了し、風車の総合効率を20％以上向上することだ。

次はブレードも軽くする

　日立製作所の今後の開発方針は2つある。今回の5MW機で性能を評価しながら、新たにブレードの改良に取り組む。「高速スレンダーブレード」と呼ぶ。発電量の向上と軽量化の2つが目的だ。2016年度以降に実証に入る。

　もう1つは2MW機の改善だ。日立製作所は2MW機を国内に97基納入した実績がある。洋上では5MW機が有利だとはいえ、陸上には2MW機の市場が残っている。2MW機では「低風速域」（弱い風）に向いた機種と「高風速域」（強い風）に向いた機種を開発し、順次建設を進める。国内のさまざまな風況に対応するためだ。「低風速域に向いた機種は新潟県胎内市に導入しており、高風速域に向いた機種は秋田市で建設中である」（日立製作所）。