風レンズ

風レンズは、九州大学の大矢教授が、発電の効率を高め、人間と自然の両方への侵襲性を低減する試みとして開発した風力タービンの改良版です。現在も開発が進められていますが、風レンズの設計にはいくつかの変更が加えられ、風力エネルギーの使用方法と利用方法に影響を与え、それが私たちの周りの世界に与える影響も変化させています。風レンズは、航空機のダクトファンのように機能します。風力タービンを取り囲み、空気を加速しながら、ブレードを異物による損傷から保護します。このため、風レンズを簡単に設置するだけで、風力タービンの効率を大幅に向上させることができます。

通常の風力タービンと同様に、風レンズは風のエネルギーを利用しますが、効率と環境への影響を高めるためにいくつかの変更が加えられています。

研究によれば、風レンズはより多くの風を利用する方法により、風力タービンに比べて 2～5倍^{[1]の電力出力が得られることがわかっています。}

新しい構成によって生じた乱流により、タービンの後ろに低圧ゾーンが形成され、タービンを通過する風量が増加し、その結果、ブレードの回転とエネルギー出力が増加します。風力入力を最大限に活用する方法の 1 つは、ブレードの周りに特殊な形状のチューブを使用することです。チューブ、またはシュラウドは、風を拡大鏡のように機能する拡散器の形状になっています。前部が小さく、後部が大きい拡散器は、より多くの風を捉え、風を中央のブレードに集中させます。これにより、より効率的な発電にもつながります。

シュラウドのディフューザー形状に加えて、背面にはつばがあります。このつばは風の流れを乱し、渦を発生させて風レンズの後ろに低圧領域を形成します。その後、風は風レンズのブレードを通って低圧領域に流れます。ブレードを通る気流の増加は、より高い出力を生み出すもう1つの理由につながります。^[1]

ディフューザーの形状とつばを組み合わせることで、より効率的かつ正確な空気の流れが生まれます。その結果、より多くのエネルギーが生成されます。

風力タービンに関する苦情としては、鳥類への影響^[2]、騒音の発生^[2]、レーダー干渉^[3]などがあり、市街地への設置が制限される。風レンズの開発者はこれらの問題を検討し、設計を調整することで解決しようとした。

風力タービンは、渡りのパターンや、そびえ立つ高速ブレードに鳥が巻き込まれて負傷したり、死んだりするため、鳥の個体数に悪影響を及ぼします。この問題を解決するために、ブレードの周囲にある風レンズ シュラウドは、鳥がブレードの経路に入るのを防ぐのに役立ちます。また、鳥がブレードに引き込まれないように、両端にメッシュが追加されました。このメッシュの追加により、発電量がわずかに低下するため、より多くの利点があります。メッシュに加えて、風レンズは、よりコンパクトで短くすることで鳥を回避するように設計されているため、風力タービンとは異なり、鳥が風レンズを簡単に飛び越えることができます。

風レンズは、風力タービンよりも騒音が少ないように作られており、市街地に設置しても住民に迷惑をかけません。ブレードの角度と形状は、より静かに風を切り抜けるように設計されています。

従来の風力タービンにおける騒音の最大の原因は、ブレードの先端での空気抵抗ですが、現在ではブレードの先端が覆われ、ディフューザーシュラウドにより風がブレードの中心に集中するため、ブレードの先端での 空気抵抗が最小限に抑えられます。

レーダー干渉は風力タービンにとって常に問題であり、さまざまな団体が都市部付近での風力発電所の使用に反対しています。風力レンズと風力タービンのレーダー干渉を比較する研究が行われた後、風力レンズはシュラウド自体がより小型でコンパクトな設計であること、またシュラウドの形状と製造によりレーダー干渉の問題が少なくなるため、干渉が大幅に少なくなりました。^[3]

デザインに有益な追加機能があるにもかかわらず、依然として制限はあります。

風レンズは、現在の風力タービンの設計に比べてはるかに多くの材料を必要とします。シュラウドやメッシュの材料には、多大なエネルギーとコストがかかります。^[5]

ノイズや干渉は減少しているものの、ゼロになるまでは妨害を引き起こし続ける。^{[1] [3] [4]}

風レンズにかかる風荷重はより大きくなり、構造上の問題により風レンズが維持するには重すぎる可能性があります。これは、多くの電力が使われずに残っているか、風レンズが壊れやすいことを意味します。^[6]

このアイデアは特に新しいものではなく、これまでのテストでも試みられ失敗してきましたが、他のプロジェクトでは大規模なテストを行ったことがなく、ここまでの成功を収めてここまで到達しました。^[5]

風レンズは、クリーンエネルギーの生産を増やす方法として、また他の種類のクリーンエネルギーの原型として注目されています。

風レンズは、環境に害を及ぼす現在の化石燃料の生産エネルギーを置き換えることができ、より多くの環境に適応し、より多くのエネルギーを生成するため、効率の低い風力タービンの代替品にもなり得ます。

風レンズは現在、複数の方法と場所でテストを行い、調整と承認が行われています。

• ケタリング大学で広範囲に研究された風レンズは広範囲にテストされており、ミシガン州での使用において有益であると結論付けられています。^[7]
• 日本では、風速が高い海岸沿いの都市部で風レンズが実装されている^[6]
• 風レンズは、太陽光パネル、養魚場、風レンズを組み合わせた浮体式多目的浮体であり、発電、養殖、資源輸送に利用されている沖合の現場でテストされている^[1]。
• 風レンズは、水流から得られるエネルギーを収穫するために、水中で水レンズとしても使用できるように改造されています。^[1]
• 九州大学伊都キャンパスでは、風レンズの構造をより強固にし、風量の増加による負荷に耐えられるように調整が行われている^[6]。

ウィキメディア・コモンズには、風レンズに関連するメディアがあります。

• 風レンズがタービン出力を 3 倍に https://cleantechnica.com/2011/09/02/wind-lens-triples-turbine-output/
• 九州大学風工学研究 http://www.riam.kyushu-u.ac.jp/windeng/en_aboutus_detail04.html
• 風レンズ技術による高効率風力・水力タービンと洋上浮体式再生可能エネルギー https://www.riam.kyushu-u.ac.jp/windeng/img/aboutus_detail_image/Wind_Lens_20140601.pdf
• 「風レンズ」はグリーンエネルギーの画期的進歩か? http://learn.eartheasy.com/2012/03/is-the-wind-lens-a-green-energy-breakthrough/
• 風レンズのレーダーシグネチャ: より破壊力の少ない風力タービン? https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/6494839
• 風力集光装置の紹介 http://wind-energy.ucoz.com/
• 日本の画期的な発明により、風力発電は原子力発電よりも安くなる http://www.mnn.com/green-tech/research-innovations/blogs/japanese-breakthrough-will-make-wind-power-cheaper-than
• 風レンズ技術で高出力電力を生成するシュラウド付き風力タービン http://www.mdpi.com/1996-1073/3/4/634/htm
• BBC https://www.bbc.com/news/business-31300982
• 次世代風力タービン http://windlens.com/wp-content/uploads/2012/05/windlens20120515EN.pdf
• 九州大学風レンズプロジェクト フェーズ 1 のイベント http://www.4coffshore.com/windfarms/project-dates-for-kyushu-university-wind-lens-project---phase-1-jp12.html
• 九州大学風レンズプロジェクト フェーズ 2 のイベント http://www.4coffshore.com/windfarms/project-dates-for-kyushu-university-wind-lens-project---phase-2-jp08.html
• ケタリング大学の研究者らが、新しいプロペラ設計による風力タービンの最適化を研究 https://news.kettering.edu/news/kettering-university-researchers-explore-optimizing-wind-turbines-new-propeller-design
• http://www.eco-tube.com/v/ENERGY/New_Wind_Power_cheaper_than_nuclear.aspx 風レンズの仕組みに関するビデオ