羽数と発電効率について

質問

風力発電について調べています。
工作用紙で換気扇のような羽（羽数が３枚、４枚、８枚など。外径、内径、風速は一定。）を作り、扇風機からの風を当てて電圧を測りましたが、羽数と発電効率の関係についてよく分かりませんでした。
羽数が多いほど電圧が高くなるのでしょうか？一番電圧が高くなる羽数や、なぜその枚数なのかを関係式などを使い詳しく教えていただければ幸いです。

回答No.1

noname#252332 · ベストアンサー

羽根の数はその風車がどのような風速で最大の効率になるかにかかっています。羽根が多いほうが風速の小さい時に効率が良くなります。風力発電とはまず風の運動エネルギを羽根の回転エネルギに変換するのですから、効率よく発電している羽根の後ろに回ってみると風が感じられないというのが本当です。ですから現在あちこちに設置されている大型の三枚羽根の風車がゆっくりゆっくり回っているのは美しい光景ですが風速の不足でぜんぜん効率よく発電できていない常態なのです。あんなんでは羽根のうしろに回っても風車が無いのと同じくらい風が気持ちよく吹いてくるだろうと想像できるでしょう。2枚羽根3枚羽根の風車では羽根が見えなくなるほどの回転数で回っている時が設計上の定格回転で最大効率となります。一方多くの羽根を持つ風車ではそよ風を羽根の後ろに漏らさないようにエネルギ変換できるので小さな風速で最大効率となりますが反面強風の際には回転数が上がらず効率が悪くなるということになります。

お礼

わかりやすかったです。
ありがとうございました。

回答No.6

delli7

ついでに

http://okwave.jp/qa/q736478.html

ここでも1枚羽根が出てきますね。摩擦ゼロ、機械的強度無限大としてですが。

お礼

サイトの方、参考になりました。
ありがとうございました。

回答No.5

delli7

1枚羽は実験機でしょうかね？
耐久性、特に軸に掛かる応力と振動を考えると実用には向かないでしょうが、
どんなデータがとれたか、なかなか興味深いですね。

ただ、摩擦の事を考えると、見るからに強風向きのタイプですから
風が弱くなると、この中で一番最初に最初に止まりそうですよ。
風力発電協会の人？＾＾も「どんな風でも1番効率がいい。」とは言ってないとおもいますが、、、

ちなみに弱風でも、強風でも対応するように可変翼枚数風力発電装置なんてのもあります。
まあ実際に枚数が変わる訳ではないですが。
http://www.salesio-sp.ac.jp/department/lab/yamasita/page1-2.html

回答No.4

foomufoomu

No.3 回答はその通りなのですが、回答中にもあるように数字は根拠のあるものではありません。（たぶんグラフの曲がりぐあいも根拠ありません）
実際は、「力」のグラフはもっと下に、「回転数」のグラフは、もっと上に書かないといけなくて、結果として1枚羽が一番大きな電力を取り出せます（と、風力発電協会の人は言っておられました）

1枚羽風車の写真はここにあります。
http://www.mhi.co.jp/products/expand/wind_kouza_0101.html

お礼

一枚羽は興味深かったです。
ありがとうございました。

回答No.3

delli7

質問者は中学か高校の生徒さんでしょうか？そのつもりで説明します。

図はちょっといい加減なところもありますが、
羽の枚数を増やすと力(トルク）が増え、回転数が減る事を表しています。
（適当に書いたんで数字そのものはいい加減ですよ。）
羽の枚数を増やすと力が増えるのは判りやすいと思いますが、
回転数が落ちていくのは何故でしょうか?
それは、羽そのもので風をさえぎっているためです。風が風車の横をよけて通過していくわけです。
（風車後ろは風が弱まりますが、風車の横はその分少し風が速くなる場所があります。）
この為、羽の枚数を2倍にしても力は2倍までは増えません。

電力と書いたのは力と回転数を掛け算した値です。この例では4枚位のところが
最も効率よく発電できている事になります。

ここで言いたいのは、このようにちょうど良い枚数があると言う事です。
ただし、風の強さ、羽の形や大きさ、発電機にギアをつけたりしてもグラフの形が変わるので
いつも4枚が良いわけではありません。

変速ギア付きの自転車をこいだ事があれば、ギアを上げすぎても重くてこげないし、
下げすぎても、スピードが出ない。ちょうど良いギアがあるという事に似ています。
また、平地での最適なギアと坂道での最適なギアが違う事も良く似ています。

お礼

図がなぜか見れませんでした。
長文ありがとうございました。

回答No.2

foomufoomu

２年ほど前に風力発電協会の方の講義を聞いてきましたが、風力発電では、羽の数が少ないほど高速回転になり、発電効率もよくなるそうです。過去には１枚羽のものまであったそうです。
しかし、高速回転すると、騒音や、機械の寿命が縮むなどの欠点があり、今は３枚羽が主流になっているとの事でした。

お礼

ありがとうございました。