風力発電選定ガイド：最適な発電機の選び方とは？

風力発電の核心は、風力エネルギーを効率的かつ確実に電気エネルギーに変換することであり、発電機の選択はシステムのパフォーマンスとコストに直接影響します。 現在主流の風力タービンのタイプには、非同期発電機、二重給電誘導発電機、永久磁石同期発電機などがあり、それぞれに長所と短所があり、アプリケーションシナリオに応じて組み合わせる必要があります。

1、非同期発電機：低コストの初心者向け選択肢

原理：電磁誘導により発電するため、回転子の速度は同期速度よりわずかに高くなり、無効電力を電力網から吸収する必要があります。
利点：

シンプルな構造: ブラシレスとスリップリング、メンテナンスコストが低い、過酷な環境に適しています。

低価格: 成熟した技術、低い初期投資。

デメリット：

効率は平均的です。励起損失により、効率は約 85% - 90% になります。

無効電力補償が必要です。追加のコンデンサまたは補償デバイスを構成する必要があります。そうしないと、グリッド電圧に影響します。

適用シナリオ: 中小規模の風力発電システム、グリッド安定性の高い地域 (農村分散型風力発電など)。

2、二重給電誘導発電機（DFIG）：効率とコストのバランス

原理：固定子はグリッドに直接接続され、回転子はインバータを介してグリッドに接続され、可変速度一定周波数動作を実現します。
利点：

可変速運転：風速3～25m/秒の範囲で効率よく発電でき、風力エネルギーの利用範囲が広がります。

部分的な電力変換: ローター側の電力の 25% ～ 30% のみを処理する必要があり、コンバータのコストは低くなります。

無効電力サポート: インバーターを通じて無効電力補償を提供し、グリッドの安定性を向上させます。
デメリット：

構造が複雑: ギアボックスとスリップ リングが必要で、機械の故障率が高くなります。

適用シナリオ: 大規模な陸上風力発電所、風速変動の大きい地域(山岳地帯や沿岸地域など)。

3、永久磁石同期発電機（PMSG）：効率的でメンテナンスの少ない未来

原理：永久磁石を使用して磁場を生成するため、外部励起の必要がなくなり、効率が向上します。
利点：

高効率: 励起損失がなく、効率は 95% 以上に達し、特に風速の低い地域に適しています。

コンパクトな構造：電動ブラシやスリップリングを省略し、故障率が低く、メンテナンスコストを 30% 以上削減します。

ダイレクトドライブの利点: ブレードに直接接続される (ギアボックスなし) ため、騒音が 10 ～ 15 デシベル低減されます。

デメリット：

高コスト：永久磁石材料（ネオジム鉄ボロンなど）の価格変動が大きく、初期投資額が高額です。

適用可能なシナリオ: 洋上風力発電、風速の低い内陸地域、騒音に敏感な環境 (住宅地の近くなど)。

4、どのように選ぶか？重要なのは、次の3つのポイントに焦点を当てることです。

風速条件：

低風速帯（年平均風速<6m/s): 永久磁石同期発電機（高効率）を選択します。

高風速ゾーン: 二重給電式発電機または非同期発電機 (低コスト)。

グリッド要件：

弱い電流ネットワークでは無効電力のサポートが必要になる場合があります: 二重給電式発電機 (柔軟な力率調整機能付き)。

強力な電力網: 非同期発電機と永久磁石同期発電機の両方が適しています。

コストとメンテナンス：

初期予算が限られている場合: 非同期ジェネレータ (価格が 20% - 30% 低くなります)。

長期的な運用とメンテナンスの感度: 永久磁石同期発電機 (10 年間でメンテナンス コストを 40% 削減)。

5、トレンド：ダイレクトドライブ永久磁石同期発電機が主流に

技術の進歩により、ダイレクトドライブ永久磁石同期発電機（ギアボックスを省略）が、洋上風力発電や低風速地域での好ましい選択肢になりつつあります。 その利点としては：

信頼性の向上: 機械的な故障箇所を 50% 削減し、寿命を 25 年以上に延長します。

効率の最適化: フルパワーコンバータは電力網障害時走行 (LVRT) を実現し、弱い電力網に適応します。

環境適応：低騒音、油汚染なし、海洋生態系保護要件に適合。

場合

デンマークの Vestas V236-15.0 MW 洋上風力タービン: ダイレクトドライブ永久磁石技術を使用し、ユニットあたり年間 80GWh 以上の発電量を誇ります。

中国ゴールドウィンドテクノロジー GW82-1.8MW 陸上風力タービン：永久磁石ダイレクトドライブ設計、風速 3m/s で発電を開始できます。

結論

風力タービンの選択には、効率、コスト、信頼性のバランスが必要です。 ほとんどのプロジェクトでは：

陸上風力発電：二重給電式発電機（性能と価格のバランス）。

洋上風力発電：ダイレクトドライブ永久磁石同期発電機（信頼性が高く、メンテナンスが容易）。

分散型風力発電：非同期発電機（低コスト）または永久磁石同期発電機（高効率）。

永久磁石材料のコスト低下とダイレクトドライブ技術の成熟により、将来、風力発電はより効率的で、より静かになり、持続可能なものになるでしょう。