Name: 【TED-Ed】環境に優しい！「風力発電」の仕組みとは？
Uploaded: 2022-08-31T21:01:10.000Z
Duration: 5 min 3 s

Every 24 hours, wind generates enough kinetic energy to produce roughly 35 times more electricity than humanity uses each day.

風は24時間ごとに、人類が1日に使う電力の約35倍もの運動エネルギーを生み出しているのです。

And unlike coal or oil, this resource is totally renewed each day.

しかも、石炭や石油とは異なり、毎日完全に更新される資源です。

So how can we harness this incredible amount of energy, and is it possible to create a world powered entirely by wind?

では、どうすればこの驚異的なエネルギーを利用できるのでしょうか、そして風だけで動く世界を作ることは可能なのでしょうか？

The basic principle of wind energy is simple.

風力発電の基本原理は単純です。

A series of sails or blades mounted around a rotor catch the wind and translate its kinetic energy into rotational energy.

ローターの周囲に取り付けられた一連の帆や羽根が風を受け、その運動エネルギーを回転エネルギーに変換します。

Traditional windmills use that rotational energy to grind wheat or pump water.

従来の風車は、その回転エネルギーで小麦を挽いたり、水を汲み上げたりしていました。

But in modern wind turbines, it turns a generator that creates electricity.

しかし、最新の風力発電機では、発電機を回して電気をつくります。

This conversion from wind to rotational energy to electricity has defined wind turbines since their invention in the late 19th century.

風を回転エネルギーに変換して電気に変換することで、19世紀末の発明以来、風力発電機を定義してきました。

And there are three primary factors that determine just how much energy they can produce: the size and orientation of the blades, the blade's aerodynamic design, and the amount of wind turning the rotor.

また、どれだけのエネルギーを生成できるかを決定する 3 つの主な要因があります。それは、羽根のサイズと向き、羽根の空力設計、およびローターを回転させる風の量です。

Wind turbines can be designed with their rotor on a vertical axis or a horizontal axis.

風力発電機には、ローターを垂直軸にしたものと水平軸にしたものがあります。

Vertical blades can pick up wind coming from any direction, but with much less efficiency than horizontal axis rotors.

垂直翼はあらゆる方向からの風を拾うことができるが、水平軸ローターと比べると効率はかなり落ちます。

Horizontal designs allow blades to capture the wind's full force by tracking the wind's direction and turning to face it.

横型の場合、羽根が風向きに追従して回転し、風の力を最大限に取り込むことができます。

This turning process is called yawing, and older windmills achieved it through manual monitoring.

この旋回を「ヨーイング」と呼びますが、古い風車では手動で監視することで実現していました。

Today, wind sensors and computer systems automatically adjust the blades with expert precision to capture as much energy as possible.

現在では、風力センサーとコンピューターシステムにより、専門的な精度で羽根を自動調整し、できるだけ多くのエネルギーを取り込むことができるようになっています。

Outside rotor orientation, the blades themselves need to be shaped to maximize efficiency.

ローターの向き以外では、羽根自体の形状を工夫して、効率を最大化する必要があります。

While early designs used flat blades, modern blades are curved like airplane wings.

初期の設計では平らな羽根が使われていたが、現代の羽根は飛行機の翼のように湾曲しています。

Wind travels faster over the curved surface, creating a low-pressure pocket above the blade that forces it upwards.

風は曲面上を高速で伝わり、羽根の上に低圧のポケットを作り、羽根を上向きに押し上げます。

Since the amount of lift depends on the angle at which the wind is moving relative to the blade, modern blades also incorporate a twist, optimizing how much of the blade can cut into the wind.

揚力の大きさは羽根に対する風の角度によって決まるため、最近の羽根にはねじれが加えられており、羽根がどれだけ風に切り込むことができるかが最適化されています。

Made of fiberglass and resin layers, these blades are strong enough to operate through rain, lightning, and blistering sunlight for over 20 years.

繊維ガラスと樹脂の層で作られたこの羽根は、雨や雷、まぶしい日光の中でも20年以上作動する強度を備えています。

Even with aerodynamic blades and a horizontal rotor, a wind turbine can only capture wind if it's in a windy environment.

風力発電機は、空気力学的な羽根と水平ローターを備えていても、風の強い環境でなければ風をとらえることができません。

Wind speeds typically increase the higher into the atmosphere you travel.

風速は通常、大気圏の上空に行くほど大きくなります。

So today, most turbines are well over 100 meters tall, with equally large rotor diameters.

そのため、現在ではほとんどのタービンが100mを超える高さになり、ローターの直径も同様に大きくなっています。

A turbine of this height and size can capture a huge amount of wind, generating enough electricity every year to power 750 American homes.

この高さと大きさの風車は、大量の風を取り込むことができ、年間ではアメリカの家庭750軒分の電力を発電することができます。

A wind farm of 200 similarly sized turbines could power over 150,000 American homes, or twice as many European homes, for an entire year.

同じサイズの風力発電機を200台設置すれば、アメリカの家庭で15万戸以上、ヨーロッパの家庭の2倍以上の電力を1年間まかなうことができます。

Offshore wind farms contain an even greater number of even larger turbines.

洋上風力発電所には、さらに大型のタービンが多数設置されています。

In 2019, the largest wind turbine ever built began operating off the coast of the Netherlands.

2019年、オランダ沖で史上最大の風力発電機の稼働が始まりました。

With a rotor diameter of 220 meters, just one of these turbines can meet the annual power needs of 16,000 European households.

ローターの直径は220mで、このタービン1基でヨーロッパの家庭16,000世帯の年間電力需要を賄うことができます。

Despite its amazing potential, wind energy still faces challenges.

風力発電は素晴らしい可能性を秘めていますが、まだ課題も残っています。

Wind may be a free and unlimited fuel, but no matter how large or efficient a turbine is there's a mathematical limit to how much wind it can convert into electricity.

風は無限の燃料かもしれませんが、どんなに大きな風車を作っても、電気に変換できる風量には数学的な限界があります。

German physicist Albert Betz calculated that since some wind must remain to keep the blades spinning, a turbine can only ever capture 59.3% of the wind's energy.

ドイツの物理学者アルバート・ベッツの計算では、羽根を回転させるために風が残っていなければならないので、風力発電機は風のエネルギーの59.3％しか取り込むことができないと計算しました。

Additionally, some people feel turbines disrupt natural scenery, and wind energy's intermittent availability can make it difficult to integrate into electrical grids.

さらに、風車は自然の景観を乱すと感じる人もいますし、風力発電は断続的に利用できるため、電力網に組み込むのが難しいという問題もあります。

But even with these challenges, modern wind turbines have made wind energy the most efficient and inexpensive source of electricity.

しかし、このような課題があっても、最新の風力発電機によって、風力発電は最も効率的で安価な電力源となりました。

Wind turbines already provide essential energy for communities around the world.

風力発電は、すでに世界中のコミュニティーに必要なエネルギーを提供しています。

And for many farmers, hosting a wind turbine can be a reliable source of additional income.

また、多くの農家にとって、風力発電機の設置は確実な副収入源となる可能性があります。

With continued improvements in wind forecasting, electrical grid infrastructure and energy storage, wind power might blow away all our energy problems.

風力発電の予測、電力網のインフラ、エネルギー貯蔵の改良が進めば、風力発電は私たちのエネルギー問題をすべて吹き飛ばしてくれるかもしれません。