太陽光発電の価格下落が大きく報道されていますが、風力発電技術でも大きなことが起こっています。

風力タービンの計算は非常にシンプルです。 大きいことは良いことです。 具体的には、一定の面積で風からより多くの電力を生み出すには2つの方法があります。

1つは、より大きなローターとブレードでより広い面積をカバーすることです。 これはタービンの容量、つまり潜在的な総生産量を増加させる。

2つ目は、ブレードを大気圏内の高い位置に設置し、風がより安定して吹くようにすることである。 風力発電の開発の歴史は、より大きなブレードでより高いタービンを設計してきた歴史でもあります。 これはトリッキーでデリケートなビジネスです。 背が高く、細いものは、強風の中に置かれると、曲がったりたわんだりしがちです。 長いタービンブレードが曲がると、2008年にデンマークのシステムが「ブレーキ」が故障して制御不能になったように、タワーやハブに衝突することがあります。 この動画では、エンジニアが巨大なタービンブレードを「アフリカ象約16頭の重さ」で引っ張ってテストしている様子をご覧ください。 陸上タービンに関しては、交通やインフラの障害、土地利用への懸念、景観、大型鳥類、影など、技術面以外のさまざまな制約にぶつかり始めます。

しかし、特にヨーロッパでは、風力発電はますます海へと向かっています。 しかし、特にヨーロッパでは、風力発電はますます海上に移ってきています。 その結果、今日の洋上タービンは、過去10年間の陸上タービンよりもさらに速く跳躍しています。

このトレンドの鮮やかな例が、（この記事を最初に掲載した）2018年3月に飛び出しました。 GEリニューアブル・エナジーは、4億ドルを投じて新しいモンスター・タービン：Haliade-Xを開発すると発表し、これは（少なくとも次の大きな発表までは）世界で最も大きく、最も高く、最も強力なものになるだろうと述べました。

これは工学的偉業として印象的ですが、タービンサイズの拡大の意味はそれだけにとどまりません。 タービンが大きくなればなるほど、変動が少なくなり、信頼性が高まり、送電網への統合が容易になるのです。 風力発電はすでに、エネルギー卸売市場において他の発電源と競合している。

風力タービンの大きさ

この新しいGEタービンの大きさを知るために、まずいくつかの比較をしてみましょう。 (彼は、これらは予備的な数字であると強調しています。LBNL は数カ月以内にこれに関するレポートを発表しますが、これらの数字が大きく変わることはないだろうと考えています。)

Hoen によると、2017 年の米国の陸上タービンの平均的な全高 (基部から先端まで) は 142 m (466 feet) であったと言います。 中央値のタービンは152メートル（499フィート）に近かった。 実際、中央値は最大値に近づきつつあるとHoenは言う。 つまり、時間の経過とともに、米国の陸上タービンはほぼその高さに収束しつつあるようだ。 なぜか？ 499 フィートより高いものを建設する場合、連邦航空局は承認プロセスでいくつかの特別なステップを要求しますが、ほとんどの開発者はその手間に見合う価値を見いだせなかったようです。

米国の陸上タービンで最も高いものは、メイン州ハンコック郡のハンコック・ウィンド・プロジェクトにあるものです。 これらのタービン（Vestas V117-3.3s）は、高さ約574フィート（約9メートル）です。 沖合ではどうでしょうか。 今のところ、米国で稼働中の洋上風力発電設備は、ロードアイランド州沖のブロック・アイランド・ウィンド・ファームの1基のみです。

それに対して、Haliade-Xはどうでしょうか？

これは、私が知る限り、世界で最も高い風力タービンでしょう。

Big turbines mean more power, more often

高さだけが問題ではありません。

ローター直径は、タービンのブレードの全範囲(ブレードが定義する円の直径)を測定するものです。 他のすべてが同じであれば、ローター直径が大きいほど、タービンはより多くの風を収穫できることを意味します。

2017年に、米国の風力タービンは平均367フィートのローター直径を持っていたとHoenは私に言いました。 Haliade-Xのローター直径は722フィートで、平均のおよそ2倍になる予定です。 この巨大なローター直径と、安定した洋上風、12MWのタービン（陸上では平均3MW、洋上では6MW）は、Haliade-Xが異常に高い稼働率を持つことを意味しています。

エネルギー省の2016年風力技術市場レポートからの引用は、風力発電の容量係数が時間とともにどのように変化してきたかを示しています。 “2014年と2015年に建設されたプロジェクトの2016年の平均容量係数は42.5％で、2004年から2011年に建設されたプロジェクトの平均32.1％、1998年から2001年に建設されたプロジェクトのわずか25.4％と比較して、”

ちなみに2016年に米国の原子力艦隊は平均容量係数が約92％であった。 (現在の市場を考えると、原子力はベースロードとして連続運転する場合にのみ経済的である)。 石炭と天然ガスはそれぞれ55％と56％だった。 (天然ガスがこれほど低いのは、需要の変動に合わせて頻繁に稼働率を上げたり下げたりしているからである。 石炭は以前は80％近くあったのですが、石炭発電所をまったく稼働させないのは経済的でなくなってきています)

つまり、現代のアメリカの風力は42.5％、天然ガスは56％になっています。 GEによるとハリドXは稼働率63パーセントになるそうです。

これらをすべて足すと、「ドイツの典型的な北海のサイト」では、Haliade-X 1基あたり年間約67GWhを生産し、「タービンあたり最大16000世帯、750MWの風力発電所構成では最大100万世帯に相当するクリーン電力」になるとGEは述べています。 (この数字は、エネルギー不足のアメリカの家庭にとっては、もっと小さい数字であることは言うまでもない）。 これは「今日利用可能な他のどの洋上風力タービンよりも45％多いエネルギー」だと同社は言います。

最初の Haliade-X は、現在オランダのロッテルダムに建設中です。 GEは4月に、今年後半に発電を開始すると述べた。

より頻繁に稼働する大きなタービンは、すべての競争相手を打ち砕くだろう

これらの上昇した容量係数が風力に何を意味するかを考えてみよう。

私はよく、エネルギーアナリストRamez Naamによる風力の究極の可能性に関するこの2015年の投稿に戻っている。 「稼働率60％の風力は、現在と同じ1kwhあたりの価格であっても、今よりも途方もなく価値があり、使用できる量に制限が少なくなります」

なぜでしょうか。

• 変動する資源ほど、それを固め、信頼できるものにするためにバックアップが必要です。 (今日、バックアップは天然ガスプラントによって提供されることがほとんどですが、バッテリーが徐々に増えています)。
• 変動する再生可能エネルギー（太陽と風）は、「自分の昼食を食べてしまう」傾向がある。 それはすべて同時にエネルギーを生産するため（太陽が輝いているとき、または風が吹いているとき）、次に追加される容量は、他のすべての増分の清算価格を下げる効果がある。 一度に多くのエネルギーが供給されればされるほど、価格は下がる。 稼働時間を長くすることで、高稼働率タービンは電力が最も貴重な需要ピーク時に生産する可能性が高くなります。

稼働率 60% 以上は「ベースロード」とは言えませんが、変動がかなり少なく見えます。 したがって、Haliade-X のようなタービンは、風力発電の価格が同じであったとしても、より価値があります。 最近の NREL の報告書では、風力発電技術の革新（タービンの大型化はそのひとつ）によって、2030 年までにさらに 50 パーセント低下すると予測されています。 (バージニア大学の研究者たちは、エンパイア・ステート・ビルよりも高い、1,640 フィートの高さの洋上タービンの設計に取り組んでいます。)

2025 年までに、新しい米国の風力タービンの平均ハブ高さが 460 フィートになり、ほぼ現在の予測に一致するようになるとします。 NREL のデータによると、そのようなタービンは、米国領土の 75 万平方マイル以上で 60% 以上の稼働率を達成し、116 万平方マイルで 50% 以上の稼働率を達成することができます。