風力タービンは大型化しており、世界最大のものは高さ4分の1キロメートル以上に達している。
再生可能エネルギーの専門家が、タービンがなぜこれほど急速に大型化しているのか、そしてどこまで大きくできるのかという限界があるのかを考察する。
ブレードを大きくすると発電量は増えるが、空力を制御することがより難しくなる、と同氏は述べる。
英国が風力発電の恩恵を最大限に得るためには、労働者のスキルと洋上風力のサプライチェーンの開発に重点を置く必要がある。
2023年、イングランド北東部の沖合約100マイル（約160キロメートル）で、世界最大級の風力タービンが発電を開始する予定だ。この段階のドッガーバンク洋上風力発電所の開発では、General Electric社のHaliade Xを使用する。このタービンは、海面からブレード先端の最高点までの高さが4分の1キロメートル以上に達する。
このタービンをロンドンに設置した場合、市内で3番目に高い建造物となり、カナリー・ワーフのOne Canada Squareよりも高く、シャードよりもわずか50メートル低いことになる。3枚のブレードそれぞれの長さは、ビッグ・ベンの時計塔の高さを上回る。そしてドッガーバンクには、最終的にこうした巨大タービンが約300基設置される予定だ。
英国初の本格的な洋上風力発電所が、ウェールズ北部沖に建設されてから、まだ20年しか経っていない。当時のタービンは、理想的な条件下でそれぞれ2メガワット（MW）の電力を生み出すことができ、これは当時巨大だと考えられていた。これに対し、Haliade Xは13MWの電力を生み出すことができ、15MWのタービンも、あと1、2年で実用化される見込みだ。
では、なぜタービンはこれほど急速に大型化しているのか、そしてどこまで大きくできるのか。端的に言えば、第一の理由はエネルギーのコストを下げることであり、第二に、限界は必ず存在するはずだが、その数値はまだ誰も示していない、ということだ。
大型タービンが安価な電力をもたらす
わずか5年前、洋上風力業界は、英国海域での新規プロジェクトによる発電価格を次の水準まで引き下げることを目指していた：2020年までに1メガワット時あたり100ポンド未満。しかし、その水準でも、他の種類の発電と比べて経済的に成立させるには、政府の補助金に依存する必要があったはずだ。
しかし実際には、コストは急速に下がり、洋上風力発電所の開発事業者は、間もなく電力をはるかに低い価格で販売することを約束するまでになった。現在、開発事業者はドッガーバンクのような風力発電所を建設しており、1メガワット時あたり50ポンド未満の価格で販売することを約束している。これにより、洋上風力は他の発電方式と競争力を持つようになり、事実上、補助金の必要がなくなった。
これらのコストを下げた主な要因はタービンの大型化だった。業界のほぼ誰もが予想していた以上の速さで、さらに大型のタービンが市場に投入された。
風力タービンのブレードは速く回りすぎることができない
理論上は、タービンはさらに大型化し続けることが可能だ。大型のブレードは回転する際により広い面積で風からエネルギーを取り出すため、より多くの電力を生み出すことができる。
しかし、いくつかの工学的な制約がある。その一つはブレードの侵食であり、雨粒や海水の飛沫との衝突によって生じる。現行の設計では、侵食を避けるためにブレード先端の速度を毎秒90メートル（時速にしてわずか200マイル弱）に制限する必要がある。したがって、タービンが大型化しブレードが長くなるにつれて、ローターはより低速で回転しなければならない。
ローターの回転を遅くしなければならないことの結果として、同じ量の電力を生み出すためには、ブレードが風をより大きく偏向させる必要がある。これにより、タービン全体に働く力が大幅に増大する。こうした大きな力に対処することは可能だが、それにはタービンの重量とコストの両方を増やすしかない。つまり、タービンが採算の取れなくなる地点（追加のコストが、追加で生み出される電力の価値に見合わなくなる地点）は、ブレード先端をより速く回転させられる場合に比べて、はるかに早く訪れることになる。
また、ブレードが長くなるほど柔軟性も高まる。これにより、ブレードの周りの風の流れの空力を完全に制御することが難しくなり、極端な風の条件下でブレードがタワーに接触しないようにすることも困難になる。
物流上の制約
ただし、こうした工学上の課題は、長期的には解決できるかもしれない。その結果、風力タービンの大きさは、タービン設計の物理的な限界ではなく、製造、設置、運用上の問題によって制限される可能性が高くなる。
ブレードやタワーを工場から現場まで輸送し、現地でタービンを組み立てるだけでも、大きな課題となる。ビッグ・ベンほどの大きさのブレードはそれぞれ、一体のまま輸送されなければならない。そのためには、大型の港湾施設、巨大な船舶、そして沖合の遠隔地でも安全かつ確実に稼働できるクレーンが必要となる。限界が最も生じやすいのはこの点である。
こうした限界は、英国において実際に確認できる。英国は、風が強く浅い海域に囲まれており、発電に最適な条件がそろっている。それにもかかわらず、英国は2030年までに洋上風力の発電容量を3倍以上に増やすという野心的な目標を達成できない可能性が高い。
その理由は、技術や洋上の適地が不足しているからではない。むしろ、業界がタービンを十分な速さで製造できず、港湾インフラや設置船の数、適切なクレーン、必要なスキルを持つ作業員も十分とは言えない可能性が高いためである。
したがって、英国がこれまでのところ目覚ましい成功事例である洋上風力から経済的な恩恵を最大限に得ようとするなら、焦点を純粋なコスト削減から、労働者のスキルと洋上風力のサプライチェーンの開発へと移す必要がある。
タービンはさらに大型化するだろうが、その速度は近年見られてきたものより遅くなると私は考えている。また、タービンが沖合100マイルに設置された場合、誰が気にするだろうか。結局のところ、一般の人々がそれを見に行くことはないのだから。
