小型風力タービン

小型風力タービンは、マイクロ風力タービンまたは都市型風力タービンとも呼ばれ、小規模な用途で電力を生成する風力タービンです。これらのタービンは、通常、風力発電所で見られるものよりも小型です。小型風力タービンは、アクティブ ヨー システムではなくパッシブヨー システムを備えていることがよくあります。小型風力タービンは、直接駆動発電機を使用し、尾翼を使って風に向かいますが、大型タービンはギア付きパワートレインを備え、アクティブに風に向かいます。

通常、出力は500Wから10kWですが、50Wほど小さいものもあります。カナダ風力エネルギー協会では、出力300kWまでを小型風力タービンとみなしていますが、^[1] IEC 61400規格では、回転面積が^200m2未満で、発電電圧が1000V.c.または1500V.d.c.未満で あると定義しています。

小規模風力タービンのタービンブレードは、通常、直径が1.5～3.5メートル（4フィート11インチ～11フィート6インチ）で、最適風速で0.5～10kWの電力を生み出します。 ^[1]小型風力タービンのほとんどは水平軸風力タービンですが、^[2]垂直軸風力タービン（VAWT）は、風を電気に変換する効率は劣るものの、メンテナンスと配置の点で利点がある場合があります。^[3]効率を最適化するには、先端速度比（ブレードの先端速度と風速の比）と揚力抗力比を最適なレベルに保つ必要があります。

^{炭素繊維強化ポリマー、ナノ複合材料、 [4]}、Eガラスポリエステルなど、さまざまな合成材料が利用可能です。 ^[5]天然繊維は品質のばらつき、水分吸収性の高さ、熱安定性の低さなどの影響を受けやすいため、大型ブレードには適していませんが、小型タービンでは依然としてその利点を活かすことができます。^[6]木材を使用することもできますが、木材の種類は、入手可能性、コスト、成長時間、平均密度、高剛性、破断ひずみに基づいて選択する必要があります。一般に、湿気を減らすためにコーティングが使用され、プライマーを塗布した白エナメルが特に効果的であることがわかっています。^[7] シトカスプルース（プロペラに使用）とダグラスファーがタービンブレードに使用されています。^{[8]ネパールでは、}サル、サウル、シサウ、ウティッシュ、トゥニ、オカル、マツ、ラクリなどのコーティングされた木材で作られた小型ブレードタービンが使用されています。^{[9]木材以外にも、竹をベースとした複合材は、低密度と}炭素隔離能力により、大型および小型の風力タービンの両方に使用できます。竹は環境に優しい素材です。さらに、木材と比較して、竹は破壊靭性が高く、強度が高く、加工コストが低く、成長速度が速いです。現在開発中の材料には、樹脂を使用した竹ラミネートやハイブリッド竹炭素繊維材料などがあります。^[10]麻、亜麻、木材、竹はすべて小型タービンのブレード材料の候補です。^[11]

小型風力タービンは、発電を開始するために、カットイン速度と呼ばれる一定の風速に達する必要がある。この速度は通常、毎秒4メートル（8.9マイル）程度であるが、^[12]、タービンによってはより低速で作動するものもある。^[13]障害物を避けるため、タービンは多くの場合、高さ150メートル（490フィート）以内にあるものより少なくとも9メートル（30フィート）高い塔に設置される。^[14]タービンのより良い設置場所は、風上の大きな障害物から離れた場所である。風洞実験によると、近くの障害物による著しい悪影響は、風下側の障害物の高さの80倍に及ぶ可能性があると示されているが、^[15]これは極端な例である。小型タービンを設置するもう1つの選択肢は、実際の風の測定値に基づくモデルを使用して、近くの障害物の大きさ、形状、および障害物までの距離を考慮して、タービンの設置予定地での局所的な風況に近くの障害物がどのような影響を与えるかを予測することである。^[16]

小規模な屋上タービンは屋根の上に設置できますが、屋根の出っ張りによる振動や乱気流などの問題に直面し、発電に影響を及ぼす可能性があります。これらのタービンは、特に都市部では大量の電力を生成するのに苦労することがよくあります。^[17]

小型風力タービン用の発電機は通常三相 交流発電機であり、誘導型が使用される傾向があるが、単相発電機や直流出力を利用するモデルもある。^{[18] [19]}

3 相 AC 線をスリップ リングに通して受信端まで配線した後、3 相整流器を使用して AC を整流 DC に変換し、特に太陽光ハイブリッド電源システムでバッテリーを充電します。整流器は冷却用のヒートシンクに取り付ける必要がありますが、アクティブ冷却用にバイメタルサーマル スイッチで作動するコンピューター ファンを追加することもできます。

次に、整流器の DC 端をバッテリーに接続します。この接続は、電力損失を避けるためにできるだけ短くする必要があります。通常は、監視用にシャント式デジタル電力計を間に挿入します。次に、バッテリーをパワー インバータに接続し、グリッド接続と最終使用のために電力を一定周波数の AC に変換します。

ダイナミック ブレーキは、強風時に抵抗負荷を介して余分なエネルギーを放出することでタービンの速度を調整し、損傷を防ぐために使用される技術です。バッテリーが特定の電圧に達するとアクティブになるコントローラーは、ソレノイドまたはソリッド ステート リレーを使用して負荷をオンにします。ソリッド ステート リレーには、「フェール オープン」という利点もあります。コントローラーを適切に調整することは、寄生振動を防ぐために重要です。これは、遅延機能または転換機能を備えた標準の PWM 充電コントローラーを使用して実現できます。

配線が風雨にさらされる場合には、太陽光ケーブルなど、紫外線や温度変動に耐性のあるケーブルを使用する必要があります。システム全体のワイヤ ゲージは、そこを流れる電流量に適したものでなければなりません。ワイヤの抵抗は長さに比例して増加しますが、総電圧降下の 2 ～ 5% を超える電圧降下を生じてはなりません。

2012年7月、枝野幸男経済産業大臣が承認した新たな固定価格買い取り制度が発効し、日本の風力および太陽光発電の生産量の増加が約束された。日本は、2011年3月の福島の放射能危機への対応の一環として、再生可能エネルギーへの投資を増やすことを目指している。 ^[20]この固定価格買い取り制度は太陽光パネルと小型風力タービンに適用され、再生可能エネルギー源から発電された電気を政府が定めた料金で電力会社が買い戻すことを義務付けている。

小規模風力発電（20kW未満の風力タービン）には、少なくとも57.75円（1kWhあたり約0.74ドル）の補助金が支給される。^[21]

英国の田舎や郊外の住宅地では、地元の電力網を補うためにインバーター付きの風力タービンを選ぶことができます。英国のマイクロジェネレーション認証制度（MCS）は、適格な小型風力タービンの所有者に固定価格買取制度を提供しています。^[22]

アメリカ風力エネルギー協会(AWEA)によると、2008 年に 100 kW 以下の小型風力タービンによって、米国で合計 17.3 MW の発電能力が追加されました。この成長は、小型風力タービンの国内市場が 78% 増加したことを示しています。AWEA の「2009 年小型風力発電世界市場調査」では、この増加は、民間投資による工場拡張の資金調達による製造量の増加、電気料金の上昇、住宅販売を促進する風力技術に対する一般の認識によるものとしています。

2019年、米国における小型風力タービンの需要の多くは、遠隔地での発電と大規模風力発電施設の立地評価を目的としていました。^[23]

米国の小型風力発電産業は世界市場の約半分を占めており、世界市場の恩恵も受けている。世界中で小型風力タービンの設置に費やされた1億5,600万ドルのうち、米国のメーカーは7,700万ドルを獲得した。2008年には、世界中で合計38.7MWの小型風力発電設備が設置された。^[24]

米国では、出力2～10kWの住宅用風力タービンの設置費用は通常12,000～55,000ドル（1ワットあたり6ドル）であるが、19の州では住宅所有者の購入価格を最大50％引き下げて1ワットあたり3ドルにできるインセンティブやリベートがある。^[25]米国のメーカーであるサウスウエスト・ウィンドパワーは、タービンのエネルギー節約により5～12年で投資を回収できると見積もっている。^{[26] [27]}

特に米国では、市場で主流となっているモデルは水平軸風力タービンです。^[要出典]

消費者が小型風力タービンを購入する際に十分な情報に基づいた決定を下せるように、消費者向けラベル表示の方法が、IEC TC88 MT2と共同でIEA Wind Task 27によって開発されました。2011年にIEA Windはラベルを貼付するために必要な試験と手順を説明した推奨基準を発表しました。^[28]

クロアチアは地中海性気候で、電力網にアクセスできない島が多数あるため、小型風力タービンにとって理想的な市場です。太陽が少なくなり風が強くなる冬季には、孤立した再生可能エネルギー施設 ( GSM、ステーション、マリーナなど) に小型風力タービンを追加すると効果的です。こうすることで、太陽光と風力発電により年間を通じて安定したエネルギーを供給できます。

ドイツでは、小型風力タービンの固定価格買い取り制度は、大型タービンと常に同じでした。これが、ドイツの小型風力タービン部門の発展が遅い主な理由です。対照的に、ドイツの小型太陽光発電システムは、1キロワット時あたり50ユーロセントを超えることもある高額の固定価格買い取り制度の恩恵を受けていました。

2014 年 8 月、ドイツの再生可能エネルギー法が改正され、風力タービンの固定価格買取制度にも影響が出ました。50 キロワット未満の小型風力タービンの運転の場合、20 年間の買取価格は 8.5 ユーロセントです。

ドイツでは固定価格買い取り制度が低く、電気料金が高いため、小型風力タービンの経済的な運用は、小型風力タービンで生産された電力の自家消費率の高さに依存しています。一般家庭は、1キロワット時あたり平均35.7ユーロセント（19%の付加価値税を含む）を電気料金として支払っています。^[30]

2014年8月、ドイツの再生可能エネルギー法の一環として、自家消費電気に対する料金が導入されました。この規制は、10キロワット未満の小規模発電所には適用されません。料金は1.87ユーロセントと低いです。^[31]

趣味人の中には、キットや調達した部品、あるいは一から風力タービンを作った人もいます。DIY風力タービンは通常、約1kW以下の小型（屋上設置型）タービンです。^{[32] [33] [34] [35]}これらの小型風力タービンは通常、ティルトアップ式または固定式/支柱式のタワーです。^{[36] [37]}

風力タービンのDIY建設はOtherPowerやHome Powerなどの雑誌によって人気を集めました。^[38]

プラクティカル・アクションなどの組織は、発展途上国のコミュニティが簡単に建設できるDIY風力タービンを設計し、その方法についての具体的な文書を提供しています。^{[39] [40]}

DIY小型風力タービンの設計は1970年代初頭にまで遡り、1970年代後半の米国とヨーロッパでの陸地回帰運動によってさらに発展しました。^[41]

地元で製造される小型風力タービンは、小規模、低コスト、社会的に根ざし、地元の状況に適応し、知識のオープンな共有に基づいており、適切または中間の技術、共生技術、脱成長、オープン設計、オープン製造の観点に基づいて組み立てられ、または関連付けられています。

• WWEA (世界風力エネルギー協会)
• 風力タービンの設計
• 系統連系電気システム
• ラムエアタービン

• ダン・フィンク。ダン・バートマン (2008)。自家製風力発電。バックビル パブリケーション LLC。ISBN 978-0-9819201-0-8。{{cite book}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)

ウィキメディア・コモンズには、マイクロ発電風力タービンに関連するメディアがあります。

• WWEAによる小型風力市場に関する情報
• アメリカ風力エネルギー協会のファクトシート
• Otherpower、代替エネルギー愛好家のグループ