第一種電工 令和元年度 問17｜自家用電気工作物の検査方法

風力発電について誤っているものを選ぶ問題です。誤りはイです。一般的な風力発電に使われるプロペラ形風車は、回転軸が地面と水平な「水平軸形風車」です。垂直軸形風車は、軸が地面に対して垂直に立つ形の風車（ダリウス形やサボニウス形など）を指します。風の強さで出力が変わりやすいこと（ア）、風の運動エネルギーを電気に変えること（ウ）、羽根の角度を変えて出力を調整できること（エ）は正しい記述です。正答はイです。

ア（正しい）：風力発電の出力は風速の3乗に比例するため、風速が少し変わるだけで出力が大きく変動します。イ（誤り）：大型の風力発電で一般的なプロペラ形風車は水平軸形です。回転面を風上に向ける必要があるため、ナセル（発電機などを納めた部分）を旋回させるヨー制御を行います。垂直軸形はダリウス形・サボニウス形などで、風向きを問わず回る利点がある反面、大型の発電用としては少数です。ウ（正しい）：風車は風の運動エネルギーを回転エネルギーに変え、発電機で電気エネルギーに変換します。エ（正しい）：プロペラ形風車は、羽根（ブレード）の取付け角度を変えるピッチ制御により、強風時に出力を抑えたり、風速に合わせて効率よく回したりできます。正答はイです。

本問は風力発電の原理と風車の分類を問います。

【風のエネルギーと出力】風車が取り出せる出力は P＝½·ρ·A·v³·Cp（ρ：空気密度、A：受風面積、v：風速、Cp：パワー係数）で表されます。

• 出力は風速の3乗に比例：風速が2倍になると出力は8倍
• 受風面積（羽根の回転円の面積）に比例：羽根の長さの2乗に比例
• このため自然条件による出力の変動が大きい（アは正しい）

【風車の分類】

• 水平軸形：プロペラ形（大型発電用の主流）、オランダ形、多翼形など
• 垂直軸形：ダリウス形、サボニウス形、ジャイロミル形など。風向きに関係なく回転できるが、大型の発電用は少ない

「プロペラ形は垂直軸形」としたイが誤りです。

【プロペラ形風車の制御（エは正しい）】

• ピッチ制御：ブレードの角度を変え、定格風速を超えたら出力を抑える。暴風時はブレードを風に対して平行に近づけて（フェザリング）回転を止める
• ヨー制御：ナセルを旋回させ、回転面を風の向きに正対させる

【系統への影響と対策】出力の変動は電力系統の周波数や電圧に影響するため、蓄電池の併設や出力制御、系統連系用の保護装置などで対策します。第一種電気工事士試験では、太陽光発電・燃料電池・コージェネレーションなどの分散型電源と並べて、発電方式ごとの特徴と誤りを見分ける問題として出題されます。