風力エネルギーの効率

風力エネルギーは、風力とも呼ばれ、風を利用して電気に変える手段です。タービンの平均風効率は 35〜45％。

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風力発電

風は、局所的または地域的および地球規模での地球の温度の違いにより、地球の大気中で生成されます。暖かくなると上昇し、気圧の低い場所を離れます。空気圧が高い、より涼しい地域からの空気は、空気圧を均一にするために移動します。

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風車とタービンは、空気または風をある場所から別の場所に移動して電気に変換する運動エネルギーまたは「運動エネルギー」を利用します。風力タービンは風の強い場所に設置されているため、風がタービンのブレードを動かす可能性があります。これらのブレードはモーターを回転させ、ギアは電気を生成するのに十分な回転を増加させます。タービンのさまざまな設計は、さまざまな条件に適しています。

風力効率と風力設備利用率

風力効率は、人々がエネルギー効率について考えるときに議論される風力容量係数と同じではありません。ウィンドウォッチ 2つの現象の違いを説明します。

風の効率とその限界

風力効率は、機械的エネルギーと電気に変換される風の運動エネルギーの量です。によって記述された物理法則ベッツの法則理論上の最大制限は59.6％であると言います。風は、ブレードを吹き飛ばすために残りのエネルギーを必要とします。これは実際には良いことです。タービンがエネルギーの100％を閉じ込めると、風が吹くのを止め、タービンのブレードが回転して発電することができなくなります。

しかし、現在のところ、閉じ込められた運動エネルギーの59.6％すべてを風から電気に変換することはどの機械でも不可能です。発電機の製造方法と設計方法には制限があり、最終的に電力に変換されるエネルギー量がさらに減少します。上記のように、現在の平均は35〜45％です。 Wind Watchによると、ピーク時の最大パフォーマンスは50％に達する可能性があります。アンオーストラリア政府文書（NSW）また、50％が得られる最大の風効率であることに同意します（3ページ）。

エネルギー効率は、風力発電の設備利用率ほど変化しません。風力発電の設備利用率は、場所や気象条件に大きく依存します。

風力発電設備利用率

風力発電の設備利用率は、発電機がピーク時の容量で常に機能した場合に生成できるエネルギー量とは対照的に、発電機によって生成されるエネルギー量です。グリーンテックメディア。風力発電設備利用率は、同じタービンであっても、場所ごとに、また1年のさまざまな時期に変化する傾向があります。これは、風速、密度、および発電機のサイズに依存する掃引面積に依存するためです。 EIを開く。風力発電設備利用率は、理想的な風の状態が1年の全体または大部分を占める場所を選択することで最適化できます。したがって、出力を最大化するには、風力発電の設備利用率とそれに影響を与える条件を考慮することが重要です。

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風速 Wind Watchによると、時速30マイル未満ではほとんどエネルギーが発生しません。速度のわずかな増加でさえ、OpenEIに従って生成される電力の大幅な増加につながる可能性があります。発電された電気は風速の3乗で説明されています風ICE 。
空気密度 山よりも涼しい地域や海面にあります。したがって、Open EIによると、風の密度が高い理想的な場所は、気温が低い海です。これが、洋上風力発電の大規模な拡大の理由の1つです。
大きくて背の高いタービン 地上より高い風とブレードのスパンの増加を利用できます。したがって、ここでは経済的配慮が重要になります。

設備利用率は、技術の向上に伴って絶えず増加しています。 Green Tech Mediaによると、2014年に建設された風力タービンは2004年から2011年の間に建設されたタービンの31.2％と比較して、41.2％の設備利用率に達しました。ただし、風力の設備利用率は、技術だけでなく、風力の利用可能性自体にも影響されます。したがって、2015年のタービンの設備利用率は、「風の干ばつ」のために前年の平均を下回っていたとGreen TechMediaは説明しています。

他の電源との比較

風力のエネルギー効率は、石炭のエネルギー効率よりも優れています。石炭のエネルギーの29〜37％のみが電気に変換され、ガスの効率は風力とほぼ同じです。ガスのエネルギーの32〜50％は電気に変換できます。

ただし、設備利用率に関しては、化石燃料によると、2016年の米国の風力発電よりも優れたパフォーマンスを示しました我ら。エネルギー情報局（EIA）。

米国の石炭プラントは、その容量の52.7％で稼働していました。
米国のガスプラントの設備利用率は56％でした。
によると、原子力発電の設備利用率は92.5％でした。非化石燃料のEIA値。
水力発電の設備利用率は38％でした。
風力発電の設備利用率は34.7％でした。

さまざまなエネルギー源からの電力出力を比較するときは、設備利用率だけでなく、それらのエネルギー効率も考慮することをお勧めします。これが、風力からの発電量を増やすことを、それらが引き起こす汚染問題にも悩まされている化石燃料と比較して競争力があり、実現可能にする理由です。

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断続性は風力エネルギー出力に影響を与えます

風力は常に利用できるとは限らず、さまざまな速度で吹く可能性があるため、風力エネルギーは断続的になります。つまり、電力は一貫性のないレベルで生成されます。エネルギーの間欠性人々が制御できない多くの要因のためにエネルギーが継続的に利用できない現象です。したがって、供給にはばらつきがあります。

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断続的なソリューション

風力タービンからの発電量は時間ごと、さらには秒ごとに変動するため、電力供給業者は、一定レベルの電力供給を満たし、維持するために、より多くのエネルギーを蓄える必要があります。アメリカンサイエンティスト。断続性とは、不足だけでなく、超過期間も意味します。これにより、可能な解決策も提供されます。アメリカの科学者は、風力発電の供給源の数が増えるにつれて、天候と風の状態の局所的な違いが不足と過剰のバランスをとることができると説明しています。

改善された天気予報とモデリングにより、風力発電の短期的な変化も考慮しやすくなります。風力発電の日変化や季節差さえも、発生源の組み合わせが必要です。

断続性に関係なく、米国全体に広がる新しい風力発電所は、特にテキサス州の異常気象時に、電力供給を安定させるのに実際に役立っています。クリーンテクニカ。

費用

2017年、インデペンデント風力からのエネルギー生産は化石燃料からのエネルギーよりも安価であると発表しました。 2017年にメガワット時（MWh）を生成するのに50ドルかかりました。技術の向上に伴い、コストは下がり続け、従来の汚染エネルギー源よりも魅力的になっています。米国は、政府のインセンティブを提供することでこの動きを促進し、2016年に電力の6％を供給した風力発電のシェアを増やすことを望んでいます。 EIA 。

Wind EISは、コストの80％がタービンの設置に伴う資本コストであり、20％が運用可能であると述べています。ただし、燃料費がかからず、ライフサイクル全体で発電される電力を考慮すると、風力エネルギーは競争力があります。

炭素を含まないエネルギー

風力エネルギーは、化石燃料エネルギーのより効率的な代替手段の1つです。 2050年までに、現在世界のエネルギーの99％を使用している139か国が、100％再生可能エネルギーを使用する可能性があると予測されています。風力と太陽は一緒にこのエネルギーの97％を提供する可能性があります。 2017年世界フォーラムレポート。これは、1.5℃未満への地球温暖化の上昇を抑えるのに役立ちます。丘の中腹にある風力発電所であろうと海岸線沿いの風力発電所であろうと、風力タービン技術は、再生不可能な従来の電源よりもはるかに効率的な方法で使用可能な電力を生成します。