騒音の心配もなく、空を飛び交う鳥の命をしっかりと守る文字どおり環境共生型の発明「レンズ風車」

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 騒音や立地、バードストライク……など、再生可能エネルギーの旗手として期待されるも課題の多い風力発電。しかし、そうしたデメリットのほとんどを克服し、日本、いや世界のエネルギー事情を一変させるかもしれない、次世代型風車が始動した。その仕組みとは?

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 再生可能エネルギーの比率を高めていこうというのは、先進国に共通した目標だ。「太陽光」「風力」「バイオマス」が3本柱といわれるが、世界的に最も期待されているのは実は風力発電である。例えば、EU諸国は2020年までに、米国は2030年までに、全電力需要の20%を風力に代えるという政策目標を掲げている。

 とはいっても、風力発電には課題もある。敷設面積の大きさの割に発電量が少なかったり、鳥が巻き込まれて死亡する「バードストライク」や運転中の騒音被害など、デメリットも多い。

 しかし、そうした欠点のすべてを克服し、従来の風車の3倍の発電量(!)を誇る革新的な風車が注目されている。九州大学の大屋裕二教授が率いる応用力学研究所が発案した「レンズ風車」がそれだ。一見すると、風車の翼が筒状のもので覆われていて、それ以外は特別変わったところはなさそうだが……。

 この風車のいったいどこに、従来の3倍もの電力を生む秘密があるのか? 日本の風力発電の救世主と目される「レンズ風車」の仕組みに迫るべく、大屋教授に話を聞いた。

■風車のあらゆる弱点を克服!

 日本の場合、風力発電の普及には地理的な難点がある。早くから普及しているヨーロッパと比べて風速が弱く、風向きも頻繁に変わるからだ。しかし、そうした弱点を克服し、安定した発電量を得るため、大屋教授らは新たな風車を開発。それが「レンズ風車」だ。レンズが光を屈折させて太陽光を集めるように、風車の翼(ブレード)を囲む筒状のディフューザ(集風加速装置)が風を集めるところから名づけられた。

 ディフューザは、メガホンのように両端のサイズが異なり、後方にはつばがつけられている。吹きつける風がそこを通過すると風の渦が発生し、風車の後方の圧力が低下する。風は圧力の低いほうへより流れる性質を持っているため、このつば付きディフューザによって増速された風が一気にブレードに流れ込む仕組みだ。

 風車の発電量は風速の3乗に比例するという法則がある。「レンズ風車」では風車に当たる風が1.4倍に増速され、発電量は1.4の3乗でおよそ3倍になる。実用化を考えていくなかでレンズの幅は次第に短くなり、今では写真のようにブレードを囲む輪っかのような小ささになった。このようにディフューザのコンパクト化は進んだものの、それでも従来の風車の2倍以上の出力を誇っている。

 続いて、風車の問題点として指摘される運転中のノイズの問題はどう解決していったのか? 大屋教授が話す。

「普通の風車はブレードが剥き出しのため、ブレードの先端で発生した渦がらせん状に残り騒音の源になってしまうのです。でもつばつきディフューザにすると、ディフューザの内壁面でブレードの先端渦と正反対の渦ができ、互いに干渉することで先端渦が消え、騒音を打ち消すのです。考えてみると航空機のウィングレット(主翼端につけられた小さな翼)とか、潜水艦のスクリューを覆うダクトも同じ仕組みなのです」

 研究所のある九州大学筑紫(つくし)キャンパスには出力3キロワットという小さめのレンズ風車が回っていた。確かに、近づいてみても驚くほど音がしない!

 また、バードストライクの問題も克服してみせた。

「レンズ風車はバードストライクもまったくありません。鳥はディフューザの輪っかがあることを知覚するんです。するとブレードの部分に飛び込まずに輪の上で休んだりしてます(笑)。それでも気になるようならディフューザにネットをつけてもいい。性能が落ちることはありません」(大屋教授)