未来の地球環境を守るために、
再生可能エネルギーのさらなる
普及などが叫ばれるなか、
どうやって次世代の電力供給体制を
確立させていくのか、
課題の早期解決が望まれています。
そのために私たちは、
各業界の研究や技術を結集させながら、
この課題に立ち向かっていかなければいけません。
たとえば電力設備の耐雷対策など、
さまざまな観点から検討を重ね、
この課題に取り組んでいる研究室を紹介します。
近年、脱炭素社会の実現のため再生可能エネルギーの活用 が望まれています。日本でも太陽光発電や風力発電などの導入が徐々に進んできてはいるものの、不安定な再生可能エネルギーだけでは消費電力をまかなうのは難しい状況です。燃料費の高騰などもあいまって、電力不足や電気代値上がりなどのニュースが世間を騒がせています。そこで、安定した電力供給体勢を確立するため「発電・送電設備の耐雷対策」という観点から研究に取り組んでいるのが雷研究のエキスパート、大同大学工学部電気電子工学科の植田 俊明先生。
「風力発電の大きな課題のひとつに、落雷による発電機の故障が挙げられます。特に日本海沿岸で冬季に頻繁に発生する『正極性雷』と呼ばれる雷は、電荷量が高いのが特徴です。この地域にある多くの風力発電所が、この正極性雷の落雷に悩まされています。また送電線への雷撃により、停電や設備故障なども数多く発生しています。このように、耐雷対策は風力発電に限らず、すべての発電・送電設備に共通する課題です」
植田先生は、耐雷対策により発電や送電関連設備の故障を防ぐことが、安定した電力供給につながり、ひいては再生可能エネルギーの普及、そしてCO2の削減や電気代値上がりの抑制などにもつながると言います。
現在、植田研究室で取り組んでいる研究のひとつに「風車 ブレードレセプタの雷捕捉性能の向上」があります。植田 先生によると、現在使用されている多くの風力発電機には、ブレード（風車）部分に雷を受雷し、安全に大地に逃がす「レセプタ」と呼ばれる避雷針のような機構が、すでに設置されているとのことです。しかし、このレセプタがうまく機能せず、レセプタ以外の部分に雷が落ちてしまう、というケースが多く発生しています。そこで植田研究室では、レセプタの雷捕捉性能を高めるための研究を進行 中です。実際の風力発電機で使用されている「GFRP（Glass Fiber Reinforced Plastic：ガラス繊維強化樹脂）」で風車の先端部分を作製した「ブレード先端モデル」と高電圧試験装置を用いて、落雷現象をシミュレーションし、レセプタを取り付ける位置や電撃電流の通り道の設計など、改良に取り組んでいます。さらにレセプタとブレードの最先端部分の間に受雷範囲を広げるために「ダイバータストリップ」という部品を追加してみるなど、さまざまな工夫によりレセプタの雷捕捉性能は少しずつ改善されているのです。植田先生は「シミュレーション実験の精度向上も含め、さらなる改良を検討していきたい」と意欲を燃やしています。
「最近は私たちが停電を経験する機会はずいぶんと減りました。しかし、それは落雷で故障が発生しても別の送電網から電力を供給するなど対処している電力会社の努力によるものです。決して落雷による被害が減っているわけではありません」
植田研究室では、雷に関する知見を深めるため、落雷の観測やデータ収集なども積極的に行っています。研究データによると、大同大学の周囲5kmの範囲だけで、昨年1年間で合計73回もの落雷が観測されています。頻繁に落雷があるということは、落雷による事故や故障の危険性もそれだけ高いということです。さらに植田先生は、「雷サージ」と呼ばれる送電線に落雷した際に発生する過電圧になる現象に着目し、変電所に侵入する「雷サージ」の計測・解析を行うなど、さまざまな雷と電力設備に関する研究を展開しています。近年では雷研究の枠を超えて、電気自動車を蓄電池として利用し、電力会社の電力系統に接続して相互に利用する技術「V2G（Vehicle-to-Grid）」システムの研究などにも着手中です。植田先生が多方面に展開する研究は、どれも私たちのエネルギー事情を改善し、持続可能な社会を実現するためのものにつながります。これらの研究は、私たちが次世代の電力供給のあり方などを考える際のヒントを提供してくれるでしょう。
