世界最高性能の小形風力発電システム

なかでも小形風力発電機の潜在ニーズに着目

地球温暖化対策や電力不足が心配される中、太陽光発電や風力発電、地熱発電などの再生可能エネルギーや分散型電源の利用拡大に注目が集まっています。なかでも、風力発電は、今後、太陽光発電を上回る最も大きな市場規模になると予想されています。欧州ではすでに2兆円産業まで成長しています。

風力発電機は風車直径や出力規模によって、大型風力発電機と小形風力発電機に大別されます。理論上、風力発電機が大型（羽根が大きく）になればなるほど発電効率が高いため、欧州、米国、中国を中心に大型風力発電機の開発・設置が加速しています。

しかしながら、離島や山岳地、大都市密集地など、大型風力発電機の設置に向かない場所も数多く存在します。 そのため、かなり前から小形風力発電機へのニーズはありましたが、発電効率や耐久性の面では実用性に乏しくなかなか普及には弾みがつきませんでした。

そのような状況の中、ゼファー株式会社では、90年代後半から小形風力発電機の販売や製造に特化して事業を展開してきました。現在では日本国内30社以上、海外50社以上の代理店や特約店を持つまでになり、小形風力発電機専門のユニークなベンチャー企業として知名度を高めています。

エアドルフィンの特長は大きく二つあります。その一つは間違いなく小形で軽量なこと、そして二つ目は微風から強風まで幅広い風速域で発電可能なことです。こうした特色により、大型風力発電機のように限られた場所だけでなく、風力資源のある様々な場所で、高い発電性能を安全に発揮することができます。

現在、「エアドルフィン」の製品ラインナップは、一般商用電力と系統連系が可能な「エアドルフィンGTO」、バッテリーに接続して蓄電できる「エアドルフィンPro」「エアドルフィンMark-Zero」の3タイプがあります。

わが国でも、2012年7月から再生可能エネルギーの固定価格買い取り制度が開始され、系統連系し、電力を売電できる「GTO」は、一般家庭はもとより、学校や自治体、民間企業など導入先の拡大が期待されています。一方、蓄電できる2タイプは、東日本大震災以降、災害等による停電時の非常用電源や分散型電源として注目が高まっています。

「世界一高性能な小形風力発電機を作りたい」

この「エアドルフィン」は、2004～05年度の2年間にわたり、NEDOが実施した「世界最高の性能と実用性をもつ汎用小型風力発電システムの開発」プロジェクトの下、ゼファーを中心に14の機関によって共同開発された製品です。

ゼファーの創業者はオーディオ機器メーカー山水電気で社長を務めた伊藤瞭介さん。経営悪化に伴い退任後、1992年にコンサルティング事務所を開業していました。あるとき「持続可能エネルギー」の調査を依頼され、風力発電についても詳細に調べたことがきっかけで、小形風力発電機に出会いました。

小形風力発電機が持つ可能性と潜在能力に開眼した伊藤さんは一念発起、コンサルティング事務所の看板は下ろしてゼファーを起業しました。創業当初は米国企業から小形風力発電機を輸入して販売していましたが、耐久性が低く発電効率も悪かったため、顧客からの苦情が後を絶ちませんでした。

そこで、予め輸入製品に改良を施してから販売することにしましたが、「それなら自力で高性能な小形風力発電機を作ってしまえ」と、2002年から独自に小形風力発電機の研究開発に乗り出しました。

知名度も実績もないが、研究協力先を集めてNEDOプロジェクトへ

とは言え、当時のゼファーの社員は10名弱。技術者も伊藤さんを除けば、創設時に呼び寄せた元部下の佐藤清さん（現在は技術生産統括部所属）だけでした。

輸入製品の改良で多少は技術的な知識やノウハウを蓄積してはいたものの、ゼロから独自の風力発電機を開発することは、想像以上に難しいものでした。加えて研究開発費を調達しようにも、当時は知名度も実績もないベンチャー企業であったため、融資をしてくれる金融機関などもありませんでした。

そうした中、NEDOの「産業技術実用化開発助成事業／研究開発型ベンチャー技術開発助成事業」に、「世界最高の性能と実用性をもつ汎用小型風力発電システムの開発」というテーマで応募することにしました。

従来製品の欠点を洗い出し、ブレード（羽根）形状の見直しから着手

ゼファーがそれまで輸入していた米国製の小形風力発電機は、「羽を止めているネジが熱によって溶けて外れる」「発電効率の悪いモーター」「強風に耐えられず破損」などなど、安全性と発電効率の点で多くの問題を抱えていました。そこで、NEDOプロジェクトでは、ハードとソフトウエアの両面から、安全で発電効率の高い、小形風力発電機を開発することを目標としました。

ハードウエアに関しては、まずローター（羽根車）のブレード（羽根）の見直しから始めました。取締役副社長の田中朝茂さんは、「ブレードの信頼性の向上が第一と考えました。ブレードに働く遠心力による破損を防ぐため、軽くて丈夫な材料を使う必要があります。また、羽は軽量であればあるほど、刻一刻と変化する風向きや風速に対する応答が速くなり、発電量を増やすことができます。加えて、離島や山岳地、ビルの屋上などに設置する場合、軽量であればあるほど運搬や設置がしやすくなり、普及に対するハードルを下げることができます」と説明します。

日本独特の熟成技術を取り入れ、組立の簡便さとメンテナンスフリーを実現

さらに、筐体の強度と耐久性を高めるため、日本の伝統工芸である組木工法も参考にしました。「箱根寄木細工」に代表される組木工法は、加工精度の高い木工部材を組み合わせることで、ねじや釘、留め具などを使わずに、複雑な模様を描いたり、精密な箱などを作ることができます。

運搬、設置の容易さ、設置後のメンテナンスなどを考えたとき、この組木工法は小形風力発電機にはうってつけの考え方でした。というのも、ブレードや本体をネジで接合すると、ネジの部分が錆びてしまったり、熱によって溶けて外れてしまったりするからです。

また、ネジと筐体で異なる金属材料を使うと、熱膨張率の違いなどによって、筐体の分解整備や再組立が容易にできないといった問題も発生します。そのため、佐藤さんは使用するネジの本数を極限まで少なくしたいと考えていました。その発想を現実化するヒントとなったのが、組木工法でした。

エアドルフィンは、ローター（3枚のブレード）、その中心部となるハブ、発電機の入るボディ、スウィング・ラダーの大きく分けて４つの部分から構成されています。さらに4個に分割できるボディを含めて、1本のねじも使わずに組み上げることができます。

全体で18～20kgしかない軽量さと相まって、この組立の容易さも、エアドルフィンが設置場所を選ばない大きな理由の一つになっています。数十ｍのブレードを運び込むために特別な運搬路や大型建設機械が必要な大型風力発電機と違い、スーツケース数個分の部品でエアドルフィンは運搬・設置が可能です。

伝統技術の発想を実現化させた日本が誇る精密金型加工技術

この組木工法の実現に大きな役割を果たしたのが、愛知県名古屋市の株式会社モリ山技研でした。同社は金型成形加工の専門企業です。プロジェクト開始数年前、当時の社長で現会長の大野徳郎さんが自社で開発した自動車部品を携え、突然ゼファーに売り込みにやってきたのが、プロジェクトに参加するそもそものきっかけでした。

当時、大野さんに応対した佐藤さんは、そのときの印象をこう語ります。「曲面パーツの後加工をせずに、摺合せ精度が1mm以下の誤差となるように金型の加工ができる同社の技術力の高さには驚きました。近い将来、小形風力発電機を開発する際には絶対にモリ山技研にお願いしようと思いました」

実際、NEDOプロジェクトに採択されるとすぐに佐藤さんはモリ山技研に連絡を取りました。「現会長と息子さんである現社長がお見えになり、プロジェクト参加を快諾してくださいました。そして、一生懸命開発に取り組んでくださいました。私がモリ山技研の工場に伺ったときには、猛暑の中、高温の炉の前で長袖の作業服で一心不乱に金型を作られている従業員の方々の姿に心底、頭が下がる思いがしました」（佐藤さん）

組木工法という日本の伝統技術と近代日本の工業力の象徴とも言える精密金型加工技術が組み合わされたことで、エアドルフィンは当初の開発目標通り、安全性と耐久性を備え、しかも、組み立てやすく、ネジの腐食や溶解の心配もない、これまでにない高性能な小形風力発電機となることができました。