風力タービンと聞いて思い浮かべるものといえば、2～3枚の羽根が風を受けて回転する、背の高い風車ではないでしょうか？スペインのVortex Bladeless社は、その常識を覆そうとしています。
同社が開発した風力発電機“Vortex Bladeless”の特徴は、羽根がない点です。社名を冠したこの装置は、空気流れの不安定現象を利用して発電します。
Vortex Bladeless社は、この画期的な風力タービンのプロトタイプを数年前に製作しました。開発期間とコストを抑えるために、有限要素解析（FEA）および数値流体力学（CFD）ソリューションを利用して設計・開発プロセスを改良しました。
風力タービンとは
水平軸を中心にして羽根を回転させる従来の風力タービンは、一般的に制御システムと羽根を搭載したタワー型の構造物です。風を受けて羽根が回り、発電機に接続されたシャフトが回転することによって電気が生まれます。
風力タービンの大きさは様々で、ウォーターポンプなどの小規模な用途に用いられる100 kW以下のタービンから、ウィンドファームなどの大規模なプロジェクト用の100 kW～数MWのタービンまであります。
風力タービンの設置には、建設、インフラ、保守、輸送といったコストが発生します。家庭向けの小型風力タービンの設置費用は、発電容量1 kWあたり約7,000ドルですが、大規模な商用風力タービンの場合、発電容量1 MWあたり100万ドルにも上ります。
国際的な事業者団体である世界風力会議（GWEC）によると、現在、風力発電産業は全体的に成長しています。成長の背景には、気候変動、風力・太陽光発電テクノロジーの価格低下、アメリカ市場の安定、アジアなどの地域における風力発電産業の発展などがあります。
GWECの試算では、2030年までに風力発電の発電容量は2,110 GWに達し、世界の消費電力の20%を賄えるようになると予測されています。それに伴い、新たに240万の雇用が創出され、CO2排出量は33億トン以上削減される見込みです。
発想の転換
Vortex Bladeless風力発電機は、従来の風力タービンに取って代わるソリューションです。円柱状の柱が風を受けて振動することで、リニアオルタネーターシステムが作動して電気が生まれます。地面に固定するマストに発電機を搭載し、その上に半硬質繊維ガラス製の中空構造の軽量シリンダーを載せた構造です。
外側の円錐状のシリンダーは非常に頑丈で、下部をロッドに繋いだ状態で揺れ動く設計になっています。シリンダーの上部は固定されていないため、風を受けると振動します。内側の円柱状のロッドは、長さの最大20%分をマストに挿入することで地面と固定し、上部はシリンダーと繋ぎます。
この発電機は、“渦放出”と呼ばれる空気力学的な現象を利用します。丸みを帯びたシリンダーの周りを風が通過すると、空気の流れが変化し、空気の渦が周期的に発生します。この渦の力が十分に強ければ、シリンダーが振動を始め、風の横力と共振します。このように空気を受けて物体が不安定になることを、渦誘起振動と呼びます。
羽根なし風力発電機は、この渦誘起振動の発生を抑えるのではなく、逆に利用することによって風のエネルギーを捕捉します。