風力発電の仕組みは？種類や特徴など基本情報を徹底解説！

大型風力発電の設備は、基礎部を土台として次の3つによって構成されています。

• レード：風を受けて回転するプロペラ
  
• ナセル：発電機などを収納する部分
  
• タワー：ブレードなどを支える柱

ブレードが風で回転し、ナセルの磁石とつながったロータが回って電磁誘導※による電力が発生する仕組みです。ブレードは3枚羽が主流で、風車の大きさに比例して発電量が増加します。

また、ブレードが速く回転するほど発電量は増加しますが、台風などの荒天時の事故を防ぐため、風速には上限が設定されています。規定よりも強い風が吹くと発電を抑制し、さらに激しい天候では運転を停止するシステムです。

発生した電力は変圧器を経由し、送電線で各地に届けられます。

※電磁誘導：コイルに磁石を近付けると電気が発生する性質。

2015年のパリ協定締結後、世界各国は脱炭素化に向けて様々な取り組みを行っています。

しかし、2023年のCOP28ではじめて実施されたパリ協定の目標達成状況の評価「グローバル・ストックテイク」では、「世界の気温上昇を1.5度に抑える目標まで隔たりがある」と評価されました。

OECD（経済協力開発機構）に加盟していない国々の温室効果ガス排出量は依然として増加しており、結果的に世界全体の排出量も増えていたためです。

風力発電で得られる電力は、発電時に温室効果ガスや有害物質などが発生しないクリーンエネルギーです。世界各国が脱炭素化に向けて進んでいかなければならない現在、有効な手段として注目されています。

なお、日本は、世界全体の温室効果ガスのうち約3％を排出しています。そんな日本で2021年に閣議決定された「地球温暖化対策計画」では、2030年度に温室効果ガス46％削減（2013年度比）を目標と定めました。

日本の風力発電についてより詳しく知りたい方は、以下の記事もあわせてご覧ください。

▶関連記事：日本の風力発電の現状とは？導入事例や課題と今後の展望を解説

風力発電の種類は、主に「設置場所」と「風車の種類」の2つの観点で分けられます。

2つの観点ごとに、それぞれ2種類の風力発電を紹介します。
 

風力発電は、設備の設置場所によって陸上風力発電・洋上風力発電に分けられます。

陸上風力発電は、主に山岳地や海岸部など風況が良い地上に発電設備を設置します。世界的に見ると設備コストが低下しており、特に中国・アメリカなど国土が広い国での導入が進んでいる風力発電です。しかし、日本では風力発電機・工事費などの価格高騰、円安によって、コストが割高になりやすい状況が続いています。

一方、発電設備を海や湖などの洋上に設置する洋上風力発電は、他の再生可能エネルギーではできない風力発電ならではの形式です。洋上の発電設備は、次の2つの方法で設置できます。

• 着床式：風車の支持構造物を海底に埋め込んで固定する
• 浮体式：浮体構造物を設置し、発電設備を浮かべる

洋上では風向き・風速が安定しているため、風力エネルギーが安定しており、効率良く発電できる上、周辺地域に騒音問題や事故が起こしにくい点もメリットです。

洋上風力発電についてより詳しく知りたい方は、以下の記事もあわせてご覧ください。

▶関連記事：洋上風力発電とは？種類からメリット・デメリットや日本での取り組みまで解説
▶関連記事：浮体式洋上風力発電とは？種類別のメリット・課題や日本と各国の導入事例も紹介

風力発電機の風車は、ブレードの回転軸の向きによって水平軸型・垂直軸型の2種類に分けられます。

シンプルな構造の水平軸風車は大型化に向いており、発電量が増大しやすい点がメリットです。しかし、ブレードを回転させるには正面から風を受ける必要があるため、風向きが変わりやすい場所での発電には向いていません。

一方、垂直軸風車はあらゆる方向からの風に対応できます。風向きの調節が不要で、地面から近い位置に主要部が設置されるためメンテナンスもしやすいです。しかし、水平軸風車と比べると発電効率は劣ります。

風力発電には、他の再生可能エネルギーにはないメリットがあります。また、日本だからこそ重要となるメリットも多いです。

代表的な風力発電のメリットを2つ解説します。

• 1日中いつでも発電できる
  
• エネルギー源が枯渇しない
   

風力発電は、風さえ吹いていれば時間を問わず発電できます。

同じ再生可能エネルギーである太陽光発電は、夜間の発電ができません。家庭での電力消費量は夜間に多いため、太陽光発電による電力を使うには蓄電池が必要です。

風力発電所は、年平均7m/s以上の風速がある場所に設置されることが多いです。風況が安定している山間部や海岸沿いであれば、昼夜問わず安定した発電量を得やすくなります。

特に、洋上風力発電は昼夜問わず効率よく発電できます。発電効率を最大化するには、一定方向から一定の強さで風が吹き続ける必要があるため、安定した風が吹く海上・湖上はうってつけの場所です。

風力発電は自然界の風をエネルギーとするため、資源が枯渇する心配がありません。日本のようにエネルギー自給率が低い国にとって、特に大きなメリットです。

2022年度、日本のエネルギー自給率は12.6％でした。エネルギー源の大半を海外からの輸入でまかなっているため、世界情勢の変化の影響を受けやすい状態です。風力発電に力を入れれば、輸入に頼っていたエネルギーを国内でまかなえる可能性があります。

海に囲まれた日本では、特に洋上風力発電が有望視されています。日本は国土が狭いものの、領海と排他的経済水域を合わせた海域面積では世界で6番目の広さをもつ国です。島国の利点を活かした洋上風力発電によって、エネルギー問題の解決を目指せるでしょう。

風力発電のメリットについてより詳しく知りたい方は、以下の記事もあわせてご覧ください。

▶関連記事：風力発電のメリット・デメリットを解説！日本の現状と普及に向けた取り組みも紹介

風力発電には、特性上どうしても生じるデメリットもあります。

2つのデメリットとその対策を解説します。

• 風が吹かないと発電できない
  
• 騒音・景観問題が起こる可能性がある
  
  

現行の風力発電機は、ある程度の強さの風がなければ発電できません。そのため、風があまり吹かないと、発電量が少ない日も出てきます。

前述のとおり、風力発電に必要な風速は年平均7m/s以上が目安です。効率の良い発電には、年間を通して一定の強さの風が吹く土地が望ましいため、実質的に設置場所が限られます。

そんなデメリットを解消して安定した発電量を得るため、発電システムの技術発展が進んでいます。近年採用されているのは、方位制御機構と可変ピッチ機構です。

風力発電では、風車が真正面から風を受けた時に最もエネルギーを生み出せますが、「方位制御機構」は、プロペラの向きを風向きに合わせるシステムです。一方の「可変ピッチ機構」は、プロペラを風の強さに適した回転速度に制御し、効率良く安定した発電量を得られるように調整します。

風力発電では、プロペラが回転する発電機の構造上、低周波音を含む音の発生は避けられません。

その上、発電に適した風速を得るため、風力発電機は山岳部のように静かな場所に設置されるケースが多いです。大音量が発生するわけではありませんが、静かな土地では騒音が気になる場合があるでしょう。

また、風車のように大きな構造物は、日照・景観問題にも発展する可能性があります。風力発電事業を立ち上げる際は、環境への影響を十分に調査し、周辺住民へ丁寧な説明を行った上で建設場所を選ばなければなりません。

環境への影響を予測・評価・審査する「環境アセスメント（環境影響評価）」は、周辺環境に配慮した適切な事業を行うための手続きです。風力発電事業について、環境省は「風力発電施設から発生する騒音等測定マニュアル」を公開しています。

世界各国が脱炭素化を目指している現在、風力発電はどのように推進されているのでしょうか。日本と海外の風力発電の現状を解説します。
 

日本政府は、様々な発電方法を組み合わせて社会に電気を供給する「エネルギーミックス」の実現を目指しています。

2022年には、「2030年までに再生可能エネルギーの割合を36～38％に高める」との目標を打ち出しました。このうち、5％程度（2,360万kW）を風力発電によって実現する計画です。

なお、2023年12月末時点、国内での風力発電の累積導入量は5,213.4MWでした。同年3月時点では、FIT前導入量＋FIT・FIP認定量は1,590万kW、導入量は520万kWです。

エネルギーミックスの水準と比較すると、目標値の半分以上が認定を受けているものの、実際に稼働していない風力発電の多さがわかります。加えて、陸上・洋上ともに諸外国の導入量には追いついていない現状です。

この状況を踏まえ、政府はエネルギーミックス実現に向けて2030年までに1,000万kW、2040年までに3,000万kW～4,500万kWの案件形成を目指しています。

また、洋上風力発電について、経済産業省と国土交通省が策定した「洋上風力産業ビジョン（第1次）」では、「2030～2035年までに着床式の発電コストを8～9円/kWhに低減」「2040年までに60％の国内調達率」を目標とすると公表しました。2022年には、秋田県で国内初の商業規模の洋上風力発電事業が開始しています。

さらに、企業による風力発電事業への出資参画も進んでいます。

例えば、東京ガス株式会社によるオクトパスエナジー社（イギリス）の洋上風力発電ファンドへの出資※などが好例です。

※出典：東京ガス株式会社「洋上風力投資ファンドの設立と出資について」

2022年、世界の風力発電新規導入量は77.6GW/年でした。国ごとの割合を見ると、中国（49％）、アメリカ（11％）、欧州（25％）で新規導入が進んでいます。

また、世界風力会議（GWEC）によると、風力発電の世界での累計導入量は906GW（2022年末時点）に到達しました。2021年末の830GWと比較すると、1年で9％増加しています。

世界各国のなかで、累積導入量が多いのは中国やアメリカ、ヨーロッパ諸国、インドなどです。特に中国では、風力発電や太陽光発電などの自然エネルギーによる発電が急速に発展しており、全発電所の設備容量のうち14％を風力発電が占める状態です。

また、洋上風力発電は、周囲を海で囲まれたイギリスや北欧で積極的な導入が進んでいます。イギリスでは、2022年の発電量のうち4分の1以上が風力発電による電力でした。

世界での導入状況を踏まえ、陸上・洋上風力発電の設備容量は次のように増加すると予測されています。

• 陸上風力発電：2020年105GW→2030年310GWに増加
  
• 洋上風力発電：2020年6GW→2030年80GWに増加

風力発電は再生可能エネルギーによる発電のなかでも、さらなる伸びが期待される方法です。

温室効果ガス削減に向けた取り組みが進むなかで、世界中の再生可能エネルギー発電事業者はどのように動いているのでしょうか。

再生可能エネルギー発電事業者に関する世界ランキングを紹介します。
 

カナダのコーポレート・ナイツ社が毎年発表している「Global 100 Most Sustainable Corporations in the World （Global 100 Index）※」は、サステナビリティの観点から見た世界企業のランキングです。

2024年度版で100位以内にランクインした発電事業者は、次の4社でした。

• 17位：オーステッドA/S（デンマーク）
  
• 27位：ブルックフィールド・リニューアブルパートナーズLP（カナダ）
  
• 28位：ERG SpA（イタリア）
  
• 39位：EDP Renovaveis SA（スペイン）

※出典：Corporate Knights「The Global 100 list: How the world’s most sustainable corporations are driving the green transition」

GWEC（世界風力エネルギー協会）は、風車メーカーの世界シェアを毎年発表しています。2022年の世界シェアトップ3は、次の3社でした。

• Vestas（デンマーク）
  
• GoldWind（中国）
  
• SGRE（スペイン）

また、同ランキングでは、上位15社中10社を中国企業が占めています。

先に述べたとおり、Global 100 Indexの上位企業ではサステナブルな事業への投資割合が大きいです。日本でもまた、次の企業が風力発電事業に積極的に応札しています。

• 陸上風力発電：株式会社ユーラスエナジーホールディングス、豊田通商株式会社など
  
• 洋上風力発電：三菱商事洋上風力株式会社、株式会社JERAなど

上に挙げた企業から、2社の導入事例を紹介します。

東京都港区の株式会社ユーラスエナジーホールディングス※は、国内外で風力発電事業を展開している日本最大手の発電事業者です。1986年に豊田通商株式会社の電力事業としてスタートし、2001年に分社化、2022年に豊田通商の完全子会社となりました。

1987年のアメリカ・カリフォルニア州での風力発電事業開始から、30年以上にわたって再生可能エネルギーによる発電事業を進めている企業です。日本での事業開始は1999年、現在までに風力発電所は15道府県36ヶ所、連系容量は約101万kWと国内トップのシェアを誇ります。

ユーラスエナジーの風力発電事業は、発電所の開発、建設、運営まで一貫している点が特徴です。また、総合商社である豊田通商のネットワークを活かし、世界15カ国に事業拠点をもっています。拠点の分散は、自然環境の変化や政治の動きによるリスクの軽減にもつながります。

※出典：株式会社ユーラスエナジーホールディングス 公式サイト

国内最大規模の火力発電事業者である株式会社JERA※は、新たなコア事業として、洋上風力発電事業に力を入れています。

国内外での大規模火力発電プロジェクトの実績と、今後日本国内では洋上風力発電の導入が進むとの見立てから、再生可能エネルギー発電事業でも特に規模が大きい洋上風力発電を軸に据えました。

国内では政府が実施する入札への参加、株式会社グリーンパワーインベストメントの買収などに取り組んでいます。

この買収によって、株式会社JERAは北海道の石狩湾新港洋上風力発電所を保有しています。石狩湾新港洋上風力発電所は、日本初の大規模商業洋上風力発電所として2024年に運転を開始しました。8,000kWの大型風車を14基設置しており、設備容量11万2,000kWを北海道電力ネットワーク株式会社に全量供給しています。

海外では、タイ北東部でのFirst Korat Wind社・K.R.Two社の発電事業や台湾での洋上風力発電事業などへ出資しました。

株式会社JERAは、日本の火力発電業界を牽引する企業として、開発中の低炭素火力と再生可能エネルギーを組み合わせた「クリーンエネルギーの供給基盤」の整備・供給を目指した事業展開を計画しています。

※出典：株式会社JERA 公式サイト

日本や世界各国では、風力発電への取り組みが活性化しています。今から風力発電関連事業に取り組む場合、日々変化する状況への正しい理解が必要です。

風力発電の情報収集にぜひ活用してほしい展示会が「WIND EXPO 風力発電展」です。

WIND EXPO 風力発電展は、風力発電の施工から風車まで様々な技術・製品が出展される大規模な展示会です。国内だけでなく、世界中から風力発電に関するサービスや専門家が集まります。

会場では、製品や部材の技術的な商談、業務提携の相談などが活発に行われます。リアルかつ双方向のコミュニケーションができるため、風力発電の情報収集に適した展示会です。

風力発電にニーズを持つ方が多数来場されるので、関連する技術をお持ちであれば、出展もおすすめです。ぜひこの機会に、ご来場・ご出展をご検討ください。

■WIND EXPO 風力発電展
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風力発電は環境負荷の少ないクリーンエネルギーであり、他の再生可能エネルギーにはないメリットがあります。

エネルギー自給率の低い日本にとって、国内資源で発電できる風力発電は特に推進したい発電方法です。しかし、世界各国の現状と比較すると日本は遅れをとっています。

「2050年カーボンニュートラル」の政府目標に向けて、風力発電は今後拡大していく可能性が高いです。自然エネルギーによる発電事業を検討している方は、ぜひ展示会へ足を運んで風力発電事業の検討を進めましょう。

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※「WIND EXPO 風力発電展」は、「スマートエネルギーWeek（SMART ENERGY WEEK）」の構成展です。