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高高度風力発電の利点、欠点、難点

by admin

High altitude wind energy generation

高高度風力発電(HAWE)は、代替エネルギー産業で、刺激的な新しい分野として浮上しています。 地上でタワーの上に設置された風力タービンからエネルギーを生成する代わりに、研究者達は、大気の上空でより強力で安定したエネルギーを採取する為に風力タービンを中空に繋ごうとしています。 22の企業が、この分野に最初に名乗りを上げ、様々なコンセプトの試作品が作られ、テストされています。

これは代替エネルギーに興味を持つ人々にとって、注目すべき分野です。

利点

世界のクリーンエネルギー生産への風力エネルギーの寄与は、上昇を始めています。2000年から2010年までの10年間で、風力タービンの設置容量は、17.4ギガワットから10倍の175ギガワットに上昇しました。 実際に2010年に生産された風力エネルギーは、340テラワット時間です。 しかしこれは、世界のエネルギー使用の僅か2%に過ぎませんが、心強い事は風力発電は過去3年間で倍増している事です。 この成長率が支えとなって、風力エネルギーを成長産業となる事が期待されます。

風力エネルギーが低コストで、太陽光発電には必要とされる、地上のスペースを必要としませんが、発電が断続的であるという問題が残っています。 風力は季節や1日の内で時間によっても異なるので、通常化石燃料を基本とする、バックアップの電力資源を必要とします。 この選択肢はエネルギーをバッテリーに保存しますが、高価です。 風力タービンを操作するには、少なくとも最低毎時8㎞の風速を必要とします。 海岸沿いのエリアや丘の上、また自然の風の抜け道を形成している地形では、安定した風速を利用できます。

風の表面スピードは地形や、地面の暑さ寒さによって影響を受けるので、研究者達は、200メートル以上上空に行けば、より強く安定した風がある事を発見しました。 このデータは20㎞上空で集められたもので、世界中で高速の風が利用出来る事を示しています。 これらの風は、地上のタワーに取り付けられた風力タービンと比べると、1平方メートル当りに吹く風は、エネルギーが16倍大きくなる可能性を持っています。

HAWEステーションは今の所まだ実行されていませんが、多くの試作品がテストされています。 現在テストされている殆どが、1000m以下の比較的高度の低いもので、エネルギー量も1メガワット以下の小さなものです。 HAWEシステムは、凧や熱気球のような、回転タービンを搭載した飛行物体を建設しています。 凧や気球は地上と繋がっていて、繋がれたケーブルを介して、生成された電力を地上に転送します。

この様なシステムの一つの例が、マゲン・エア・ローターシステム(MARS)で、遠隔地に電力を供給したり、バックアップ電源を意図した、4キロワットシステムを提供しています。 円筒状の軽量構造で、直径約14m、長さ12mで、3次元風力タービンを組み込んでいます。 構造はヘリウムガスを満たす事で上昇し、そこで利用できる最適な風力エネルギーに合わせて、高さ61mから244mの間で地上に繋がれます。 実験ステーションは、ノースカロライナで試されています。

これは改善されるのか?

ジョビー・エネルギーが、垂直離陸する航空機の様な、HAWEシステムをデザインしました。 タービンは、離陸する為の発電機から電力を供給され、そのフライトは、コンピュータ信号によって様々なプロペラを制御しています。 約609mまで上昇すると、タービンは繋がれているケーブルの周りを、円形に飛行を続けます。 風力タービンによって発電された電力は、テザーケーブルを通って地上の変換器に送られます。 ジョビーシステムは、MARSより大きい2メガワットを生成するよう計画されています。

特にマカニによる他のアプローチは、600mからさらに高度を飛行し、1メガワットの電力を生産する、単一のテザーで凧を飛ばす一連の企画に、グーグルが資金提供すると言われています。 アブダビの海岸では、200機の発電凧を、60mの綱柱の電線に繋げて、飛行させる計画があります。

これ等のアプローチは、HAWE技術の理解の含蓄を進め、将来の為により高度な装置への道を開く必要があります。

欠点

高い高度で利用できる風力エネルギーは、地上レベルより大きいのですが、突風と凪が問題で電力生産量にばらつきが生じます。 このような変化は、風力発電を主電源をバックアップする第2電源にしてしまいます。

また、答えが求められる様々な疑問も沢山あります。 これには航空機の飛行通路上にある飛行物体の影響や、渡り鳥のパターンや、飛行タービンへの雷の影響などを含みます。 これらの疑問の多くは、今実験されている試作機で研究が進むでしょう。

これを除外する事ができるか?

地上の風力発電所で試みられているアプローチは、おそらく断続的発電を解決する為に適用する事ができます。 ドイツでは、国の様々な所に広がっている風力発電所は、一つの中央制御室でコントロールされています。 風が凪状態になり、一つの発電所の電力出力が落ちると、他の地域でスタンバイしている風力タービンが動き始め、送電線への総電力供給量が維持されます。

他の問題として、航空機の航路や渡り鳥の飛行経路をマッピングし、どこにHAWEシステムを繋ぐかを事前に決定する事によって対処できます。 落雷に対する保護は、航空機をガードする為に使用されている全てのテクノロジーを、強制的に空中の風力タービンに適用する必要があります。

難点

地上の風力発電に、その問題が無かったわけではありません。 多くの風力発電が密集して設置されている所では、空気の流れが乱れ、風力発電所全体の生産電力が低下する原因となります。 何人かの研究者達は、風力タービンが作動している発電所からの、出力を採取するには変動があると言います。 彼等は、変動する採取パターンと、タービンによる風の流れのパターンを、関連付けようとしています。 これらの問題は、風力タービンをまず設置しないと、見えてこないものです。

空に風力タービンを設置する事は、予見できない将来の問題に、結論を与える事ができるでしょう。 大気上層の風のパターンの乱れは、雲の降水量や太陽輻射の吸収や、まだ完全に理解されていないも等の、様々な天候パラメーターに影響を与える可能性があります。

これ等のコンセプトの改革の初期段階で、コストについて語る人はいません。 エネルギー発電のコストが小さければ、この様な空中システムの建設資本金とそれらの維持費は、HAWEシステムの許容度を決定するでしょう。

何故批判的なのか?

化石燃料の場合でも、二酸化炭素の影響と地球温暖化は、最初に化石燃料発電所が建設されてから、100年以上経って発見されたものです。 その後、電力需要が伸び、今では二酸化炭素排出の影響が広く知られるようになり、直ぐに使える代替品が無いと、化石燃料発電所の建設を、進めて行かなければなりません。

発足したHAWE社は、この技術を商業的な理由で宣伝しているようで、どのクリーンエネルギーでも化石燃料よりは良い、との考えから、この新しい分野を世界に容易に認めさせることができます。

高高度風力発電

結論

化石燃料使用の代替品を探求する、これらのフロンティア技術を、世界は支え続ける必要があります。 独立した科学界は、この技術の開発と展開を監視する必要があります。 悪の代弁者を演じる人が常に存在するので、この技術は、上層の大気循環の干渉による、気象パターンの変動や雨量との関係とは、特に負の影響はありません。

 

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