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その1

　風力発電は、通常人間が生活するには強すぎる風が吹くような場所に設置します。個人で取り組めるような小型風車の場合では、年間平均4.5m/s。すくなくとも4.0m/s以上必要です。

　しかしながら、実際問題として、周囲にそんないい条件を探すのはかなり大変です。しかし、そうした場所（高度）を確保できさえすれば、風力発電機が利用できます。

　お問い合わせのみなさんが、言われる多くが、「あこがれの、小型風力発電機を使ってみたい。しかも、家庭用で使えるものを・・・」ということです。つけるのは簡単ですが、実際に発電しなければ、ただの" かざぐるま "になってしまいます。そこで是非、可能な限り風況を把握、予測するところから初めてみてください。

　風況データーの実測が困難な場合には、気象台や付近の学校や公共施設のデーターがあれば照会してみてください。風のエネルギーは、風速の三乗に比例しますので、細かい地形や障害物、取り付け高度により極端に増減します。少しでも風況のいいところを確保してください。

　平均風速のデーターと風車の受風面積が決まれば、だいたいの発電量を以下の式で計算できます。

　(1/2)×1.225×（風速）の三乗×（受風面積)×アバウトな変換効率0.25×時間

　1.225は簡易計算用の係数です。風速は、m/s、受風面積は、風車の半径rがわかればπr二乗で計算できます、単位はm二乗です。変換効率は簡易計算用の定数です。時間はh。一日の発電量を知りたいならば時間は24時間、月であれば720時間をかけてください。得られる答えの単位はそれぞれ、Wh/日、Wh/月になります。

　こうした小型風車の場合の使い方は、バッテリーと組み合わせて使います。

　風力発電機で発電した電力をいったんバッテリーに充電して使うわけです。グリーン・ポストでご紹介する小型風車は、それに適した仕様になっています。

*NEDO:新エネルギー技術開発機構では、大型風車向けのマップを作成し普及のために公開しています。それを参考に地上高さ10ｍで、年間平均風速4.0m/sを越える地点を日本地図に入れてみたのが上の図です。ドットの多くが、山岳、海浜部に集中していることが見て取れます。

その2

1.風力利用について

　風を受けて風力発電機の翼が回転するさまは、美しく、勇ましく、人をひきつける不思議な魅力をもっています。そして最近、そんな風力発電機を、家庭で利用しようと考えられている方が増えてきました。ここでは、風力発電機の導入について書いてみることにします。「電気を作って使ってみる」体験は、100の理論や机上の検討をこえるインパクトがあります。みなさんが、そんな体験をするための参考としていただければ幸いです。

2.風のエネルギーの賦存量を知るには

　風のもつエネルギーは風速の三乗に比例します。三乗に比例するということは、風速が３m/sのときと風速４m/sの場合の風のエネルギーは、27と64ですから、２倍以上も大きくなることになります。このため、風のエネルギーの数割ほどのエネルギーを電力に変換する風力発電機にとって、少しでも風が強い場所に設置することは、非常に重要です。
　となると適材適所の適所のデーターを集めることから始めるのが妥当でしょう。具体的には、風力発電機の設置場所付近の風況を調べることからはじめることになります。風況を調べるには、気象データーなどを利用する方法と測定器により実測する方法があります。まず気象データーは、AMEDASなどのデーターをお近くの測候所などで入手することができます。

　　実測の場合には、できるだけ風力発電機の設置予定高度付近に三杯式の風量計などを利用して測定します。簡易な風速計では、瞬間の風速しか測定できませんので、できるかぎり積算値が簡易に計算できるようなタイプを利用すると便利です。
　風力発電にとって有望であると判断するための基準としては、a.風況データーから必要とされる発電が得られる。b.小型風車の導入条件である、年間平均風速４m/s以上の風況条件であることなどがあげられます。
　[a. ]は、風力発電で賄いたい負荷の容量を求めることから評価します。負荷容量は、[消費電力・1日の使用時間・30日]（・=積) で計算することができます。20ｗの蛍光灯を毎日８時間の場合には、[20ｗ・8時間・30日]で、4800Wh/月となります。月や年間平均風速がわかっていれば、逆算して風車の規模や具体的な機種選定も可能です。
　[b. ]は、直径数メートルまでの小型風車の導入条件としてお奨めする年間平均風速の値です。アメリカなどでは、4.5m/sを小型風車の導入条件、さらに事業用風車の場合には少なくとも年間平均風速、5.5～6m/s 以上とされています。ここで、4 m/s としたのは、国内では、よく比較され、また複合利用されることが多い太陽電池とのコスト面で同等以上の貢献度を期待できる風速と考えられる風速だからです。

*下の表は、風速に対応する風のエネルギーを計算(1平方メートル)し、理論的な理想風車ならびに、実際の小型風車の発電能力を計算、さらに月間の発電量(kWh/月を計算してみたものです。

3.設置について

個人が、取り組める風力発電機の規模としては、数百ワット～数キロワットまでの出力のもの、翼の直径がせいぜい3ｍ以内で、もしご自分でタワーの上に設置する場合には、本体重量がせいぜい30kg 以下のものになると思います。輸入ものを中心に国内で手にはいる風車で十数種類が該当します。8～100万円前後の価格になります。
　そして、もしあなたが始めて風力発電に挑戦するのなら、この中でも小さくて取り扱いの楽なものをお奨めします。何よりも、設置が楽だからです。これらの風車の多くが市販の鋼管にマウントできます。国内で販売されている鋼管の径は、多くの場合インチ表示に準拠していますので、そのまま使えます。鋼管の一本マストタイプのタワーならば、支線は５本以上張ってください。5本張れば、一本抜けても倒れることはありません。受風面積が、1[m/s2]の小型風車の場合で、取り付け位置にかかる水平応力として要求される強度は、約70kgです。つまりタワーのてっぺんを70kg の力で揺すっても大丈夫な強度が必要ということになります。

4.小型風車の設置に関して

*1.地表面の状況について・・・地表面が平滑であれば、それだけ乱流の影響が少なく、結果的に良好な発電が得られます。海浜部や背の低い草原（砂漠）などでは地上高さ3ｍ程度のところに設置することも可能です。背の高い草原、穀草地などであれば、それらの草の高さプラス3ｍ、さらに郊外や小さな町であれば設置場所を中心として半径90ｍの平均的な建物などの障害物（細い塔などであればのぞく）の高度プラス3ｍとなります。もし、タワーの建設を業者に依頼するのであれば、上の付近の障害物の平均的な高度プラス6ｍは上げたいところです。
*2 高度による風況の変化・・・前項にも共通することがらですが、高度が上がれば風の強さは強くなることが知られています。実際には、はるかに複雑なのですが、地上高3ｍを100とした場合、風速は高度によって下の表のように変化します。ちなみに、発電量は風速の三乗に比例して増加するので、地上高3ｍと高度15ｍに設置した場合には、２.６倍も発電量に差が生まれることになります。

4.斜面に設置する場合

自然条件の中には、さまざま地形や微気象の影響で周囲より一段と風が強いところがあります。谷風、～下ろし、風の通り道などと表現されるような風の吹くところです。季節変化のなかで通してもその傾向が見られるならば、風車にとってとても有望な設置点です。斜面に設置する場合には、できるかぎり頂上付近に設置するのがいいでしょう。斜面下部から風がはいあがる場合には図のように風の強さも変化します。

5.少しでも風の強い場所に設置しよう

このように風車を少しでも風の強い場所に設置することは非常に重要です。このことは、あらかじめ理解していただきたい点です。多くの方が、季節的な強風をみて風力発電の適地だと誤解されることがあります。冬場になると、日によっては風速4～5m/sの風が吹くところに住まわれているような場合です。しかし、それでも年間平均風速にすると4.0m/sに満たない場合もあります。使ってみて、がっかりして「なんだ風力発電は使えない」という状況は、使用された方だけでなく、風力発電の普及にとってもマイナスです。
　適材適所で望めば、小型風車も活躍の場があります。

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