How do wind turbines work? - Rebecca J. Barthelmie and Sara C. Pryor

翻訳: Takenori Tsuchida 校正: Tomoyuki Suzuki

Every 24 hours, wind generates enough kinetic energy

風は24時間毎に 人々が毎日使用する電気量の

to produce roughly 35 times more electricity than humanity uses each day.

約35倍の運動エネルギーを発生させます

And unlike coal or oil, this resource is totally renewed each day.

石炭や石油とは違って この資源は毎日完全に再生されます

So how can we harness this incredible amount of energy,

ではどうしたら この膨大な量の エネルギーを利用できるのでしょうか

and is it possible to create a world powered entirely by wind?

そして完全に風を電力源とした 世界を作ることは可能なのでしょうか

The basic principle of wind energy is simple.

風力の基礎的な原理は簡単です

A series of sails or blades mounted around a rotor catch the wind

ローターに取り付けられた 一連の帆やブレードが風をとらえ

and translate its kinetic energy into rotational energy.

その運動エネルギーを 回転エネルギーに変えます

Traditional windmills use that rotational energy to grind wheat or pump water.

伝統的な風車は回転エネルギーを 小麦を挽くためや水をくむために使いました

But in modern wind turbines, it turns a generator that creates electricity.

しかし現代の風力タービンは 電気を発生させる発電機を回します

This conversion from wind to rotational energy to electricity

風から回転エネルギー そして電気への変換は

has defined wind turbines since their invention in the late 19th century.

19世紀後半の発明以来 風力タービンを定義づけしました

And there are three primary factors that determine just how much energy

エネルギーの発生量を決める 主な要素は３つあります

they can produce: the size and orientation of the blades,

ブレードの大きさと向き

the blade’s aerodynamic design, and the amount of wind turning the rotor.

ブレードの空力設計 ローターを回す風の量です

First up, blade orientation.

まず初めにブレードの向きについてです

Wind turbines can be designed with their rotor

風力タービンのローターの軸は

on a vertical axis or a horizontal axis.

垂直方向か水平方向に設計されます

Vertical blades can pick up wind coming from any direction,

垂直なブレードはすべての方向からの 風を受けることができますが

but with much less efficiency than horizontal axis rotors.

水平軸のローターに比べて はるかに効率が低くなっています

Horizontal designs allow blades to capture the wind’s full force

水平軸のローターの場合 ブレードは 風の方向を追跡し

by tracking the wind’s direction and turning to face it.

ブレードの向きを変えることによって 風の全ての力を受けることができます

This turning process is called yawing,

向きを変えることは 「ヨーイング」と呼ばれます

and older windmills achieved it through manual monitoring.

古い風車は手動でそれがなされました

Today, wind sensors and computer systems automatically adjust the blades

今では風センサーとコンピューターシステムが 自動的にブレードの向きを

with expert precision to capture as much energy as possible.

極めて正確に調整して 最大限のエネルギーを取り込みます

Outside rotor orientation,

ローターの向きの他にも

the blades themselves need to be shaped to maximize efficiency.

ブレード自体も効率を最大化する 形状にしなければなりません

While early designs used flat blades,

初期のデザインは 平らなブレードを使用していましたが

modern blades are curved like airplane wings.

現代のブレードは 飛行機の翼のように湾曲しています

Wind travels faster over the curved surface,

風は湾曲した表面ではより速く流れ

creating a low-pressure pocket above the blade that forces it upwards.

ブレードを押し上げようとする 低圧のエアポケットが作られます

Since the amount of lift depends on the angle

揚力の大きさはブレードに対して 風が流れる角度によって決まるので

at which the wind is moving relative to the blade,

modern blades also incorporate a twist,

現代のブレードにはねじれが組み込まれていて

optimizing how much of the blade can cut into the wind.

ブレードが最大限の風を 切ることができるようにします

Made of fiberglass and resin layers, these blades are strong enough

ブレードはガラス繊維と 樹脂層で構成されており

雨や雷や強い日差しを受けても 20年以上運転できる耐久力があります

to operate through rain, lightning, and blistering sunlight for over 20 years.

Even with aerodynamic blades and a horizontal rotor,

空力ブレードと水平軸ローターを使用しても

a wind turbine can only capture wind if it's in a windy environment.

空力タービンは風が強い環境でしか 風をとらえることができません

Wind speeds typically increase the higher into the atmosphere you travel.

風速は上空に行けば行くほど高くなります

So today, most turbines are well over 100 meters tall,

そのため こんにちでは ほとんどのタービンは100mよりも高く

with equally large rotor diameters.

ローターの直径も 同等の長さになっています

A turbine of this height and size can capture a huge amount of wind,

このような高さと大きさのタービンは 膨大な量の風をとらえるができ

generating enough electricity every year to power 750 American homes.

アメリカの750世帯に供給できるほどの 電気を毎年発生させることができます

A wind farm of 200 similarly sized turbines

このような大きさのタービン 200基からなる集合型風力発電所なら

could power over 150,000 American homes— or twice as many European homes—

アメリカなら15万世帯 ヨーロッパなら その２倍の世帯に

for an entire year.

一年中 電力を供給することが可能です

Offshore wind farms contain an even greater number of even larger turbines.

洋上風力発電所には より多く より大きなタービンが設置されています

In 2019, the largest wind turbine ever built

2019年に 史上最大のタービンが建てられ

began operating off the coast of the Netherlands.

オランダの沖合で操業が開始されました

With a rotor diameter of 220 meters, just one of these turbines

直径220メートルのローターを持つ タービン１基だけで

can meet the annual power needs of 16,000 European households.

ヨーロッパの16,000世帯分の 電力需要を満たすことができます

Despite its amazing potential, wind energy still faces challenges.

驚くべき可能性にも関わらず 風力には なおも課題があります

Wind may be a free and unlimited fuel,

風はただで無限に使える 燃料かもしれませんが

but no matter how large or efficient a turbine is

どれだけタービンが大きくて効率が良くても

there's a mathematical limit to how much wind it can convert into electricity.

風を電気に変換できる量には 数学的限界があります

German physicist Albert Betz calculated

ドイツの物理学者のアルバート・ベッツは

that since some wind must remain to keep the blades spinning,

ブレードを回転させ続けるために 風が必要なので

a turbine can only ever capture 59.3% of the wind’s energy.

タービンは最大59.3パーセントの風力しか 取り込むことができないと計算しました

Additionally, some people feel turbines disrupt natural scenery,

さらにタービンが自然の風景を 台無しにすると感じる人もいますし

and wind energy’s intermittent availability

風力が断続的にしか使えないことから

can make it difficult to integrate into electrical grids.

電力網との統合を難しくします

But even with these challenges, modern wind turbines have made wind energy

しかしこのような課題がある中 現代の風力タービンは風力を

the most efficient and inexpensive source of electricity.

最も効率が良く 安価な電力源にしました

Wind turbines already provide essential energy for communities around the world.

風力タービンはすでに世界中の地域社会に 必要なエネルギーを供給しています

And for many farmers, hosting a wind turbine

多くの農家にとって 風力タービンを操業することは

can be a reliable source of additional income.

信頼できる副収入源になり得ます

With continued improvements in wind forecasting,

風予報 電力網インフラ エネルギー貯蔵の継続的な改良により

electrical grid infrastructure and energy storage,

wind power might blow away all our energy problems.

風力はすべてのエネルギー問題を 解決するかもしれません