風力発電への追い風

風力発電産業が好転の兆しを見せています。風力発電所が、かつての目障りな存在から観光スポットへと変貌を遂げることになろうとは、誰が想像したでしょう。しかし、実際にそれが起きたのです！しかも、驚くべきことに、新しいものや変化への抵抗が強く、保守的な人々が多い英国の南海岸にある ブライトンで…。現在、現地の漁師やダイバーは、RWEが運営する総出力400mWの洋上風力発電所、Rampion（ランピオン）のボート見学ツアーを提供しています。Rampionはかつて、近隣の国立公園の景観を損なうと非難されたこともありました[1]。

最近の世界情勢は、再生可能エネルギーの開発の重要性が環境問題だけにとどまらないことを浮き彫りにしました。低価格で安定したエネルギー供給を確保するためには、何隻もの大型タンカーや、国境を越えて数千キロにも伸びるパイプラインでの輸送に頼らない身近なエネルギー供給源が必要です。

風力発電技術はますます高度化しており、これまで課題とされてきた、低コストで安全かつ安定した発電が可能になりつつあります。風力タービンが野生動物やレーダーに干渉することを懸念する声もありますが、それに対する入念な調査研究が行われ、タービンブレードの技術も日々向上しています。洋上風力発電や浮体式基盤構造などの革新的技術が急速に発展したことで、つい最近まで考えられなかったような場所にも大規模な風力発電の可能性が生まれています。今後、水平軸型風力タービン（HAWT）と渦の可能性に関する研究が進むにつれ、見慣れた風力タービンの形状すら変わるかもしれません。

さらに遠隔の地域に風力発電所を設置する方法が模索される中で、3Dプリンターなどの新しい製造方法もまた本領を発揮しつつあります。先述のタービンだけでなく、電力供給ネットワークもまた、発電出力が一定でないエネルギー源への対応に向けて進化を遂げています。

成長市場

風力発電のコストが化石燃料の発電コストに比べて比較的低いことも、風力発電が台頭してきた重要な要因です。例えば、米国の風力発電のコストは1980年には1キロワット時（kWh）あたり0.55米ドル以上でしたが、現在の平均コストは0.03米ドル未満まで低下しています[2]。もちろん、地域ごとの条件による多少の差はあるものの、このことは風力発電の費用対効果がいかに高いかを示しています。2023年6月に英国のエネルギー研究所（The Energy Institute）[3]が発表した最新の数値にも、風力発電の確実な成長が示されています。2022年における世界の風力発電量は前年比9.1%増の89万8,824TWh（テラワット時）に達し、2012年からの年間成長率は12.9%増を記録しました。

世界の国々が風力発電所の建設を早急に進めていることは、風力発電の可能性が大きく認められるようになってきたことの証です。2022年における新規風力発電容量は約78GWで、一昨年と去年に続く史上3番目の高水準を記録しました。その結果、風力発電の総設備容量は前年比9%増の906GWとなりました。

総設備容量のうち、68.8GWは陸上風力発電所の新設によるもので、残りを洋上風力発電所が占めています。世界の洋上風力開発を牽引し続けている中国では、総設備容量が5GWに達しました。ヨーロッパでも、フランスとイタリアがそれぞれ国内初となる商業用洋上風力発電プロジェクトを委託したことで、2022年における新規設備容量が2.5GWに達しました。ヨーロッパ全体の洋上風力発電容量は30GWで、その46%を英国が占めています。

風力発電の強力な見通し

国際情勢の先行きが不透明で、地政学的リスクが懸念される中、エネルギー安全保障やレジリエンスを強化する方法として、再生可能エネルギーへの注目が再燃しています。この傾向は、特に米国やヨーロッパで顕著に見られます[4]。

ヨーロッパでは、2030年までのなるべく早い段階で、ロシア産天然ガスへの依存度を下げることを目指すリパワーEU3（REPowerEU3）プログラムが導入されました[5]。このプログラムは、認可を遅らせる要因をはじめ、再生可能エネルギープロジェクトの進展を妨げる障壁を解消することを目指しています。一方、米国[6]でもインフレ抑制法（IRA）が制定され、再生可能エネルギー、脱炭素輸送、エネルギー貯蔵技術、電力網、エネルギーの効率化におけるアプローチが一新されました。この法案の影響で、同セクターへの投資がすでに加速しています。さらに、中国でも2021〜2025年を対象とする第14次5カ年計画[7]が承認され、イノベーションを主体とする持続可能な低炭素社会へのコミットメントが示されました。同計画は、脱炭素化に向けた目標を設定すると共に、2030年までに二酸化炭素排出量のピークを克服することを目指しています。

こうした背景から、GWEC（Global Wind Energy Council／世界風力エネルギー協会）のマーケット・インテリジェンスは、2023年の新規風力発電容量が100GWを突破すると予測しています。しかも、これはほんの序の口にすぎません。2027年までの新規設置容量は年間平均136GWを超過し、今後5年における新規設置容量は680GW、CAGR（年平均成長率）15%に達することが予測されています。

エネルギーミックス

このように、風力発電産業が急成長していることは確かなものの、その成長スピードは国際エネルギー産業が2050年までにネットゼロ（二酸化炭素排出量実質ゼロ）を実現するに足るものなのでしょうか？ IEAロードマップ（Net Zero by 2050: A Roadmap for the Global Energy Sector[8]）の中で、IEA（国際エネルギー機関）は、ネットゼロの達成に必要な最低限の条件を定めています。

この報告書[9]によると、2022年の世界の総エネルギー消費量のうち、化石燃料は前年と変わらず82%を占め、世界全体のエネルギー使用量の増加に伴い温室効果ガスの排出量は0.8%増となりました。水力発電を除く再生可能エネルギーは、昨年の世界のエネルギー需要のわずか7.5%を満たしているにすぎません。

洋上風力発電の可能性

低コストで安定したエネルギーが新たな社会の優先事項として定着し、技術の進歩で風力発電所の建設・運営や電力の供給・貯蔵が効率化されるなど、厳しい目標に反して楽観的な根拠も多くあります。例えば、1980年代の風力タービンはブレードの長さが15mで、発電量は0.05mW程度でした。現在の洋上風力タービンのブレードは100m以上に上り、最大14mWの発電が可能です[10]。

浮体式洋上風力タービン（FOWT）は、今最も大きな可能性を秘める革新的技術のひとつです。着床式洋上風力タービンに比べてコストを抑えられるのに加え、2つの大きなメリットがあります。ひとつは、水深60mを超える深海にアクセスできること、もうひとつは、水深30〜50mの領域でも設置が着床式に比べて簡単なことです。

陸上で組み立て、洋上の設置場所まで曳航できるFOWTは、着床式に比べて製造や設置が簡単です。そのため、FOWTは侵襲的な開発行為がはるかに少なくて済み、海底環境への影響を大幅に緩和できます。

世界の洋上風力発電のポテンシャルの80%は、水深60mを超える領域にある[11]ことから、浮体式風力発電は今後大幅に成長するものと期待されています。GWECは、2030年までに浮体式洋上風力発電の市場規模が16.5GWまで加速的に成長すると予測しています。中国はすでに国内初となる浮体式洋上風力発電用タービン「Three Gorges Pioneer」を設置しており、他にも同様のプロジェクトを進めています[12]。

設計技術の進歩

FOWTによる深海開発が風力発電の強力な追い風になりつつある一方で、陸上風力発電の発電出力を向上するための研究開発も進んでいます。

風力タービンの大型化の傾向はますます顕著になっています。例えば、GE（ゼネラル・エレクトリック）の洋上風力タービンHaliade-X（ハリアデX）は全長約260mで、発電出力が他の洋上風力タービンに比べて45%増です。ノルウェーの洋上風力発電システムでは、複数の小型タービンを千鳥状に配置することで、建機を使わずに簡単に組み立てやメンテナンスができる工夫がなされています。米国エネルギー省（DOE）は、2035年までに風力タービンの規模が2〜3倍になり[13]、発電出力の中央値が陸上風力タービン5.5mW、洋上風力タービン17mWに達すると示唆し、2050年までに陸上風力発電と洋上風力発電の設置コストが35〜50%減少すると主張しています。

水平軸風力タービン

タービンは横向きにすることも可能です。垂直軸風力タービン（VAWT）は、従来の水平軸風力タービンよりもエンジン効率が高く、コンパクトな配置が可能で、グリッドを形成すると性能が向上するというメリットがあります。

ある研究[14]によると、従来の水平軸風力タービン（HAWT）を大型の垂直軸風力タービン（VAWT）に置き換えた場合、2つ目のローターをタービンの直径3つ分下流、風向に対して60°の角度で配置すると、発電出力が15%増加することが明らかになっています。また、VAWTを直列に配置すると、発電出力はさらに約3%増加しました。

風力発電の効率を向上させつつ、風力発電設備の設置や運営のコストを下げる新しいアプローチも出現しています。例えば、スペインのスタートアップ企業、Vortex Bladeless（ボルテックス・ブレードレス）[15]は、風が起こした渦の振動（渦流出）に共振してエネルギーを生成する風力発電機を開発しています。ブレードレス・タービンは、従来の発電機よりも可動部品が少なくメンテナンスが楽なことが特長です。

空飛ぶ風力発電

風力発電設備の部品からブレードを外せるなら、ブレードより高価な「タワー」も外せるのでは？ そのアイデアを実現したのが空中風力発電（AWE）です。AWEの主な方式には2つあります。ひとつは、グライダーなどに小型風力タービンと発電機を搭載して浮揚させ、風力発電を行う「発電機飛行型」、もうひとつは、発電機を地上に設置し、テザーで係留したグライダーの翼やカイトに風車ブレードの役割を持たせる「発電機地上型」です。上昇飛行時に、地上に設置したドラムからテザーが繰り出されることで発電機が駆動します。この方式では、テザーの繰り出しと巻取りが必要になります。テザーがヨーヨーのような動きをすることから「ポンピング方式」とも呼ばれています[16]。

ヨーロッパにはAirborne Wind Europe（AWEurope）と呼ばれるAWE分野独自の協会があり、大手電力会社との連携がすでに始まっています。ドイツのRWE Renewables（RWEリニューアブルズ）社とSkySails Power（スカイセイルズ・パワー）社は、120㎡のカイトを地上400mまで揚げ、高度の強風を利用して200kWを発電するプロジェクトを試験的に実施することで合意しました。カイトの初の自律飛行を成功させ、30kWの空中風力発電技術を実証したノルウェーのKitemill AS（カイトミルAS）社は、同社の技術を実演するカイトパークの商業化を予定していると語りました。

韓国ではOdin Energy（オーディン・エナジー）社[17]が、VAWTを取り付けた12フロアの静音風力タワーの構想を進めています。この風力タワーはビルの屋上に設置でき、風圧差を利用して風の渦を発生させることで発電を行う仕組みで、秒速3.5m以下の穏やかな風でも発電が可能だということです。Odin Energyは、既存の風力発電システムと比べ、わずか80分の1の設置面積で4倍以上の電力を生成できると述べ、10階建ての高さに相当する世界初のタワーを建設するための資本コストは140万米ドル、平準化エネルギーコスト（LCOE）は1メガワット時あたり約90米ドルになると試算しています[18]。

コスト削減

風力発電所の建設では、風力タービンのブレードの製造から現場での設置作業に至るまで、あらゆる段階で製造・設置コストを抑えるための創意工夫がなされています。

風力タービンのブレードを製造する際、最も時間と労力を要する工程のひとつが、完成したブレードの実物大モデル（プラグモデル）を開発し、それを利用して金型を作成する工程です。この問題に対処するため、米国エネルギー省の風力エネルギー技術局と先進製造局は官民の組織と提携し、アディティブ・マニュファクチャリング（3Dプリンティング技術）を活用した効率化を進めています。

3Dプリンティングはまた、部品を現場まで搬送する際のロジスティクス的な問題の解消にも活用されています。タービンのサイズが大きいほど、エネルギー効率と発電出力は向上します。しかし、1枚1枚組み立てて現場に搬送するとなると、大型化に限界があります。例えば、米国では輸送上の制約から、タービンの基部の幅は4.5m、タービンの高さは100mの上限が課されています。この問題のひとつの解決策として、GE Renewable Energy（GEリニューアブル・エナジー）、セメントメーカーのLaFargeHolcim（ラファージュ・ホルシム）、COBOD International（COBODインターナショナル）は共同で、現場で基盤部分を3Dプリントする方法の開発に取り組んでいます[19]。COBODは、大規模建設用3Dプリント技術で高さ10mのコンクリート基盤を製造することに成功しましたが、目標は200mです。ローターブレードにも、似たような輸送上の制限があります。そのため、最大80mに及ぶ部品を簡単に輸送し、現場で組み立てることができるよう、カーボンファイバーのような素材を活用してブレードを軽量化する取り組みが進められています。

環境への配慮

風力発電産業は現在、これまでの風力発電に対する認識や実現可能性を一気に覆すような進歩や発展を遂げています。かつては目障りだと思われていた風力発電所も、今では再生可能なクリーンエネルギーへの移行を示す観光スポットへと変貌しつつあります。

さらに、最近の地政学的情勢の変化により、各国政府の風力発電に対する姿勢が「あれば理想的」から「必須」に変化したことは重要なポイントです。

その一方で、技術革新と研究開発により、風力発電セクターの可能性はますます広がっています。浮体式洋上ウィンドファームがこれまで不可能だった深海へのアクセスを実現する一方で、垂直軸風力タービン（VAWT）や、空中風力エネルギー（AWE）などの革新的な設計によりエネルギー効率が向上し、環境への影響を緩和できるようになりました。3Dプリンティング技術などの製造技術が発達したことで、コスト削減だけでなく、風力発電が可能な地域も拡大されました。

しかし、世界のエネルギー目標を達成するためには、再生可能エネルギーへの移行を加速させ、世界のエネルギーミックスに占める風力発電の割合を増やす大きな努力が必要です。継続的な投資、政策の支援、強力な協力体制があれば、風力発電は持続可能な低炭素社会の未来を実現する上で重要な役割を果たすことになるでしょう。

それはまさに、Abdul Latif Jameel（アブドゥル・ラティフ・ジャミール）が目指す理念です。Abdul Latif Jameelの主要な再生可能エネルギー事業部門であるFRVは現在、5大陸で50基を超える太陽光発電所と風力発電所を運営しており、その設備容量は2024年までに4GWに達する見込みです。また、2023年2月、80mWを超えるプロジェクトを運営し、200mWを建設中、1GWを開発中の英国にオフィスを開設しました。この英国オフィスには、Global Batteries Excellence Centre（グローバル・バッテリー・エクセレンス・センター）も設置される予定です。さらに、監視ツール「MODO Energy」によるランキングで、コンテゴとホールズベイのバッテリーエネルギー貯蔵システム（BESS）が英国のトップ2に選出されています[20]。

FRVはまた、ドイツ市場にも参入する意向を示し、80万世帯にクリーンエネルギーを供給する計画を明らかにしました[21]。ロンドンとドイツにオフィスを開設したことで「2025年までにヨーロッパで1GWの再生可能エネルギーの設備容量を達成する」という同社の目標がさらに推進されるものと期待されています。

FRVはこうした継続的な事業拡大の一環として、今年前半に、ニュージーランドのクライストチャーチ北部にあるローリストンにて同国初の太陽光発電所（52mW）の開発計画が進行中であることを認めました。また、それに続き、合弁会社のパートナーであるGenesis Energy（ジェネシス・エナジー）と共同で太陽光発電所3基を建設し、400mWに上る再生可能な電力を供給する予定です^[22]。

隣国のオーストラリアでは、ニューサウスウェールズ州ワラワラで進行中の太陽光発電プロジェクトがファイナンス・クローズを迎えました。この発電所は同州で5基目、オーストラリア全体では10基目の発電所となり、FRVの総発電容量が1GWに達しました。

「私たちは今、世界のエネルギー産業を大きく刷新し、二酸化炭素排出量を大幅に削減する可能性を秘めた新たな岐路を迎えています」とAbdul Latif Jameel社長代理兼副会長のファディ・ジャミールは語ります。

「再生可能エネルギーは、住宅、オフィス、車両などにかかる電気代の削減に役立ちます。再生可能エネルギーを上手に活用することで、未来の世代のために地球の繊細な生態系を守りつつ、誰もが人生のコントロールを取り戻せるようになります。風力発電は、こうした変革の最先端を担うものです。その可能性を最大限に引き出せるよう、私たちは全力を尽くさなければなりません。もちろん、それは決して1人で成し得るものではありません」

「近年の風力発電技術は目覚ましい発展を遂げていますが、ここで歩みを緩めるわけにはいきません。ネットゼロの実現に失敗は許されないからです。人類社会と地球を守るため、より明るく持続可能な未来に向けた一層の取り組みが必要です」

[1] https://www.economist.com/britain/2023/01/05/britains-offshore-wind-farms-attract-tourists

[2] https://www.energy.gov/eere/wind/next-generation-wind-technology

[3] https://www.bp.com/content/dam/bp/business-sites/en/global/corporate/pdfs/energy-economics/statistical-review/bp-stats-review-2022-full-report.pdf

[4] https://gwec.net/wp-content/uploads/2023/04/GWEC-2023_interactive.pdf page 18

[5] https://ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/en/IP_22_1511

[6] https://www.epa.gov/green-power-markets/inflation-reduction-act

[7] https://www.adb.org/publications/14th-five-year-plan-high-quality-development-prc

[8] https://iea.blob.core.windows.net/assets/deebef5d-0c34-4539-9d0c-10b13d840027/NetZeroby2050-ARoadmapfortheGlobalEnergySector_CORR.pdf Page 47

[9] https://www.theguardian.com/business/2023/jun/26/greenhouse-gas-emissions-from-global-energy-industry-still-rising-report

[10] https://www.economist.com/the-americas/2021/01/30/the-wind-power-boom-set-off-a-scramble-for-balsa-wood-in-ecuador

[11] https://gwec.net/wp-content/uploads/2023/04/GWEC-2023_interactive.pdf page 77

[12] https://gwec.net/wp-content/uploads/2023/04/GWEC-2023_interactive.pdf pp54-55

[13] https://www.nature.com/articles/s41560-021-00810-z

[14] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S096014812100344X

[15] https://www.powermag.com/changing-winds-emerging-wind-turbine-technologies/

[16] https://www.powermag.com/changing-winds-emerging-wind-turbine-technologies/

[17] http://www.odinenergy.co.kr/jsp/eng/product/introduce.jsp

[18] https://www.greentechmedia.com/articles/read/south-korean-firm-touts-novel-vertical-axis-wind-turbine-tower-concept

[19] https://www.asme.org/topics-resources/content/6-advances-in-wind-energy

[20] https://frv.com/en/frv-inaugura-oficina-en-reino-unido/

[21] https://alj.com/en/news/abdul-latif-jameel-energys-frv-enters-the-german-market-with-plans-to-provide-almost-800000-homes-with-clean-energy/

[22] https://frv.com/en/frv-australia-and-genesis-joint-venture-secures-land-for-a-further-400-mw-of-solar-across-three-north-island-sites/