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風力発電システムの立地選定 〜科学的な適地検討が最重要〜 鷹取 敦 環境総合研究所調査部長、法政大学工学部講師 青山貞一 環境総合研究所所長、武蔵工大環境情報学部教授 無断転載禁 |
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欧米では温暖化対策やエネルギー自立の一環として、大型風力発電装置を数十、小高い里山の尾根などに設置するウィンドファームが広まっている。  ドイツのウインドファーム（出典：Wikipedia）  スペインのウインドファーム（出典：Wikipedia）  デンマークのウインドファーム（出典：Wikipedia）  ウィーン郊外、スロバキアとの国境付近のウィンドファーム (出典：青山貞一が現地で撮影）  オランダアムステルダム郊外の２枚羽風車のウインドファーム (出典：青山貞一が現地で撮影） 我が国でも全国各地で、市町村やＮＰＯが資金を出し合い欧米並の巨大な風力発電施設の立地が盛んとなっている。 風力発電は、化石燃料やウランを必要としないソフトエネルギーであるが、課題がないわけではない。 私(青山貞一）がいた長野県環境保全研究所では、この巨大風車がワシ、タカなど猛禽類などのいわゆるバードストライクを起こすものとして、自然環境保全の観点から大きな問題となっていた。 最近では、大型風力発電に関連した強風時の倒壊や逆に発電が想定していたほどできず、投資が回収できないと言うニュースが相次いでいる。 これに関連し、たとえば、茨城県つくば市が早稲田大学（橋詰研究室）と共同で進めていた風力発電機の発電量が期待を大幅に下回り責任問題に発展しているという問題というニュースがある。報道によれば発電量は計画の１／６００とのことである。 その他としては、２００７年１月２３日の読売新聞に大きく報道された青森県東通村に設置された「岩屋ウインドファーム」の倒壊事故がある。 このれはＧＬからの高さ６８メートルにある風力発電機が根元から倒壊したというニュースである。 つくば市のケースでは、ブレードの直径１５ｍの風力発電機で検討を行い、実際に設置された発電機のブレードの直径は５．３ｍであったと報じられている。 責任の所在がどこにあるかは別として、直接の原因は設置した場所の風速が風力発電機が期待する風速よりも遙かに弱かった、ということに尽きるだろう。つくば市は内陸で比較的風が弱いので、風力発電機を設置するにあたっては、まずは局所的な風速の強弱をあらかじめ検討すべきであった。 青森県の岩屋ウインドファームは逆のケースであった。 このケースではデンマーク製の風力発電機を採用している。報道によると地形がなだらかで偏西風によって風向きが安定している欧州と、起伏が多く台風が頻発する日本では条件が大きく違う、ことが原因とされている。 起伏が多くとも起伏に沿った一定の風が流れる場所と、風が巻きやすい場所があるから、設置場所の検討はきめ細かく行うべきであった。 台風のような強風は日本にしか起こらないわけではないから、デンマーク製だから台風に耐えられないという説は疑問に思うし、風速１６〜２０ｍ／ｓで倒壊したということだから台風と比べると遙かに弱い風である。 風力発電機の設置場所を検討するに当たって、まず知っておかなければならないのは、風の強さは同じ地域でも場所によって大きく異なるということである。 まず、地面（ＧＬ）から離れ地上高が高まれば風速は大幅に強くなる。 例えば岩屋ウインドファームの風力発電機の高さは中心部までが６８ｍ、羽根の直径が６２ｍ（半径３１ｍ）であるから、羽根の下端（地上３７ｍ）と上端（地上９９ｍ）では風速は大きく異なる。例えば街中程度に建物が建て込んだ場所では、一般的には上端の高さの風速は下端の高さの風速より３割くらい強い。 次に地形や建物・構造物などの影響がある。 これらの影響によって風速は何倍も異なる可能性がある。風の強い地域でも部分的に風が弱いところもあれば、風が弱い地域もで比較的風速が高いところもある。また風がまきこみやすい条件の場所もある。 例えば岩屋ウインドファームだが、この地域は街中ではなく山間地であり地形の影響を大きく受ける。そこで、仮想的に山間地を想定して風の流れを数値シミュレーション（ここでは仮に２次元流体モデル、Cross-section model を用いた）によって表現してみた。 風速は周辺部（境界条件）の地上１０ｍで１０ｍ／ｓの場合と２０ｍ／ｓの場合を想定した。 シミュレーションによって風の流れの方向、強さを矢印で表現したものが図１、図２である。風速は以下に示すような結果であった。
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