風を集める風力発電しかも・・・不思議です。

質問

風を集めて効率よく発電する風力発電機が開発されたという記事を読んでびっくりしました。私は解説記事を読んで風を集めるというよりも流れやすくしたのではないかと思いました。風車の後ろに開くテーパーガイドがつけてあります。後ろの圧力を下げておく手法だと思いました。素晴らしいと思いながらびっくりしたことがあります。それは抗力（後ろ向けの力）をあまり受けないので設置工事が簡単だと記述してあったことです。そこで質問があります。

１．質量流体の運動エネルギーだけを主に取り出し、受ける力積（F×T)を小さくすることは出来るのでしょうか。私はニュートンの運動方程式から粒子に加速度を与える（この場合は減速させる）にはそれ相当の力を加える必要があると思いますが。（同じ運動エネルギーを得ることが前提です。）

風力発電にお詳しい方、また力学にお詳しい方のご意見をお待ちします。

ニュースは１０月２８日日経ビジネス電子版です。（発電量３倍、風を集めて発電する小型風力）

回答No.5

masa2211 · ベストアンサー

開発元の論文に記述があります。
ここの21ページ目。
http://www.riam.kyushu-u.ac.jp/windeng/img/aboutus_detail_image/HP_20110622.pdf
・耐風荷重が小さい（しかし、2倍程度の風荷重）　　と記述あり。

主語が無いのでイマイチわかりませんが、好意的に捉えるとして、

単なるプロペラと比較し、つばをつけることでつばを含めた断面積が２倍弱になるから、
風による抗力も単純に２倍。

悪意に捉えると、
単なるプロペラと比較し、つばをつけることでつばを含めた断面積が２倍弱になるから、
風による抗力は、面積当りで２倍。すなわち、４倍。
かつ、レンズ部分の耐風荷重を大きくすることはできない（効率が落ちる？）

※風荷重という用語は、面積当たりの場合と全体の力の場合の両方がありうる。

どの道、レンズをつけることで、レンズ無しに比べ抗力は増えるとしか読みようがありません。

では、それは抗力をあまり受けないので設置工事が簡単だ、というのはどういう意味か、というと、
抗力が小さい理由は、風車（＋レンズ）が小さいから、じゃないのか？
設置工事云々と言っているから、動作しているときの話ではなくて暴風で壊れるかどうか、という意味。
（土木建築関係者は、こういうことを最初に考える。）

面積が小さいから単純に力も小さい、ということもありますが、それ以外に
・風車が小さければ塔の高さも低い、低ければ、風も弱い。設計荷重も小さい。
・高15ｍ以下なら建築基準法の適用が関係ない。それ以上だと、法令により暴風に耐えられるのが義務
　となるが、低いから関係ない。（＝自己責任になるけれど、暴風のとき壊れる設計でも良い）
ということなので、面積当たりで考えても、小さい風車のほうが抗力も小さい。

※建築基準法適用云々はレンズ風車販売のＨＰに記述があるので、それを参照したと考えれば筋が通ります。

で、暴風時には発電を停止し、プロペラは止まっているから、抗力はたいしたこと無し。
（あくまで、風の強さの割に。）でも、レンズは暴風をモロに受ける。
よって、悪意の解釈（レンズをつけたことにより抗力は４倍）というのでさえ、甘い評価である
と私は思うのですが.....

お礼

大変お礼が遅れました。冷静なご判断だと想像します。報道発表の仕方、マスメディアの取り上げ方も問題だと感じています。
ありがとうございました。

回答No.8

GIANTOFGANYMEDE

元記事を読んでいないので、どういう解説が書かれていたのかは知りません。

原理的には空気の粘性を利用したものです。
同様の作動原理を使ったものが自動車のF1マシンの車体下部に取り付けられたディフューザです。

風車の翼車後方に設けられた拡大管（ディフューザ）によって管内流速は出口に向かって徐々に減少します。
そして大気に放出されるときに風と同じ速度になります。
逆に言えば、翼車部分では自然風よりも速い速度で空気が流れていることになります。
翼車部分が周辺大気より低い圧力になることで上流の空気を引き込むことになります。

流体の運動エネルギーは速度の自乗に比例します。
つまり速度が2倍になれば、エネルギーは4倍になるということです。
風力発電量が前面投影面積に比例するとするならば、速度が増加する分、面積を小さくすることが出来ます。
これによって抗力が減りますから、設置コストを下げることが出来ます。

また、翼車周囲にガイドリングがあるということは翼端渦の生成を押さえられます。
このことは、風力発電機で問題となる騒音を抑える効果をもたらすものと考えられます。

回答No.7

kofusano

ベルヌーイの定理も絡んでいるのでは
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%99%E3%83%AB%E3%83%8C%E3%83%BC%E3%82%A4%E3%81%AE%E5%AE%9A%E7%90%86

回答No.6

fxq11011

関係は不明ですが、超音速の風洞、ジェット機などの飛行状態を実験する風洞です。
当然風は超音速流が必要です、どうするか。
高圧縮の空気を先細りにしたノズルから噴き出す？。
これでは、噴き出したところで乱気流が発生して、いくら高圧にしても超音速にならないそうです。
そこでラッパの形の登場です、先細りにすると、容積が減るため流速に変換されますが、それだけでは超音速は得られないとか。
先細りの先に、先広がりのラッパを付け加えると超音速流が得られると何かで読んだことがあります。
もちろん、単にラッパ状ならよいのではなく、広がり具合等の設計は必要とおもいます。

回答No.4

Fuhaima

すいません。肝心の部分を忘れてました。

先の続きで一般に渦は悪者です。で、風力レンズという説明があるのですが、積極的に渦を作って流速を上げるという記述になってます。これは説明としてはおかしく思います。通常はいかに乱流を防いで流速を稼ぐかと工夫するので。どうも記事だけの説明程度ではよくわかりません。
また、騒音が抑制されるというの記述がwikipediaにはありましたから、やはり乱流は減っているはずです。乱流を作っている部位と消している部位と選択しているのかもしれませんが、詳細はちょっとわかりませんでした。

回答No.3

Fuhaima

この分野に関わっているわけでありませんが、原理的なところでわかるところを。

風力発電はもちろん、空気がエネルギーを持って当りに来るので風車自体が力を受けますが、それだけではなく、エネルギーのロスではありながらなおかつ厄介を起こすのが乱流です。
乱流は細かく何重にも巻いているほど、数が多いほど通過の際に物体を引き摺ろうとするのです。これが後ろに引かれる大きな力となります。
ですから飛行機の翼とか車の後ろではこの乱流をいかに無くして燃費や揚力性能などを上げるかが鍵になります。翼の先端に何か折れ曲がったフィンのようなものが最近は普通になってきてますがあれは整流のためのもので乱流が発生しないようにしているわけです。その整流板を拡大して全羽根に接続したのが提示の発電設備のリングです。
おそらく、その効果が確認されて能力が上がっているのだと思いますが、この方式は扇風機などでも使われています。効率用風を飛ばすことができ、かつ静かです。

回答No.2

fxq11011

エアーファネル、ラッパの形。
ガソリンエンジンのキャブレターの吸い込み口、昔のレーサー等には必ず付いていました、吸入量増加。
整合性を合わせる、電気回路ではインピーダンスマッチング、出力側と入力側との抵抗（総合抵抗）が等しい時が最も効率よく電力が伝わる。
音もそうらしい、ラッパは先に進むにつれてその距離の二乗に比例するような形で開いています、いきなり全開放ではミスマッチングのため音の伝わる効率が悪いらしい。
縦に切った断面図を想像すると、前も後ろもまさにラッパの開口部と同じ形ではと思います。
キャブのファネル同様吸入量増加、抵抗を整合させることで余計な乱流発生がなく排出もスムーズ。
コロンブスの卵と言ってしまえばそうかも知れません。

回答No.1

shintaro-2

>ニュースは１０月２８日日経ビジネス電子版です。（発電量３倍、風を集めて発電する小型風力）

日付が妙に新しいのですが、一応念のため確認
これのことですよね？

日経ビジネスオンライン　2012/2/20
https://www.google.co.jp/search?sourceid=navclient&aq=&oq=%E9%A2%A8%E5%8A%9B%E3%83%AC%E3%83%B3%E3%82%BA&hl=ja&ie=UTF-8&rlz=1T4GGNI_jaJP529JP529&q=%E9%A2%A8%E5%8A%9B%E7%99%BA%E9%9B%BB+%E9%A2%A8%E5%8A%9B%E3%83%AC%E3%83%B3%E3%82%BA&gs_l=hp..2.0j0i30j0i5i30l2.0.0.1.1775...........0.iZyHmSkcxhI#hl=ja&q=%E9%A2%A8%E5%8A%9B%E7%99%BA%E9%9B%BB+%E9%A2%A8%E5%8A%9B%E3%83%AC%E3%83%B3%E3%82%BA+%E6%97%A5%E7%B5%8C%E3%83%93%E3%82%B8%E3%83%8D%E3%82%B9

Wikipedia　風力レンズ
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%A2%A8%E3%83%AC%E3%83%B3%E3%82%BA

補足

すみません　アーカイブを見ていました。ご指摘の通りです。そそっかしいことです。しかし質問は同じです。やはりわかりません。答えていただけますか。よろしくお願いします。