섬나라인 일본에서 잠재력이 가장 큰 것은 풍력발전이다. 안전성 및 환경영향의 관점에서 과제가 남아 있지만, 유럽과 같이 태양광발전을 상회하는 페이스로 확대될 가능성이 있다. 풍차의 대형화에 의해 발전비용의 저하가 진행되어 2020년대에는 근해의 해상에서 상용 운전이 계속 개시될 것이다.

 

일본의 재생가능 에너지가 유럽 및 미국과 같은 선진국 수준으로 확대될 것인가는 풍력발전의 발전에 달려 있다. 토지가 적은 섬나라이므로 연안부 및 근해에 막대한 양의 풍력에너지가 존재하기 때문이다. 그런데 풍력발전 도입량은 2006년을 피크로 그 후에는 증가되지 않았다. 최대 과제는 환경에 대한 영향이 크다는 것이다.

 

주변 지역의 소음장애 및 조류보호 문제 때문에 건설계획을 중지했다. 발전사업자는 토지를 신중하게 선택하고 환경영향을 최소한으로 하는 대책을 세워야 하기 때문에 수익을 증대시킬 수 없는 상황이었다.

 

2012년 7월에 고정가격매입제도가 시작되면서, 풍력발전의 수익성이 장기적으로 보증되어 대규모 개발 프로젝트가 전국 각지에서 개시되었다. 제도 개시로부터 1년 5개월이 경과한 2013년 11월 말 시점, 매입제도의 대상으로 설정된 풍력발전설비의 규모는 900MW에 이르렀다.

 

지금까지 일본의 풍력발전 도입량은 합계 약 2,700MW이지만, 그 1/3에 해당하는 설비가 새롭게 추진되었다. 단 발전능력이 10MW를 넘는 대규모 풍력발전소는 운전개시까지 3년 정도를 필요로 하기 때문에 실제로는 2016년 정도부터 도입량이 증가된다. 추가로 해상풍력의 매입가격을 2014년도에 신설하는 것으로 결정하였다. 단가는 태양광발전(비주택용)보다 높은 1kWh당 36엔이다. 앞으로 일본의 근해에서 해상풍력의 대형 프로젝트가 계속 시작될 것으로 예상된다.

 

일본 풍력발전협회의 예측에 의하면 2010년도에 244만 kW이었던 풍력발전 규모는 2020년도까지 5배 가까운 1,130만kW로 확대될 것이다. 그 후 해상의 풍력발전이 급속하게 늘어나 2050년도에는 육상과 해상을 합해 5,000만kW에 도달하는 로드맵이 작성되어 있다. 이 규모는 원자력발전설비 50기분에 해당한다(연간 발전량으로는 15~20기분).

 

해상풍력 중에서도 큰 기대를 모으고 있는 것이 “부체식”이다. 일본 근해는 수심 50미터를 넘는 해역이 존재한다. 발전설비를 해저에 고정하는 “착상식”은 육지에 가까운 수심 50미터 이내의 해역에 한정되기 때문에 해상에 설비를 부유시키는 “부체식”이 유망하다.

 

이미 후쿠시마현 연안에 부체식에 의한 2MW의 대형 발전설비가 가동 중으로 해양생물 및 어업에 대한 영향의 평가를 포함하여 실증시험을 추진하고 있다. 그리고 2014년도 중에 풍차 1기당 7MW의 초대형 발전설비가 2기 추가될 예정이다.

 

건설에 시간과 비용이 소요되는 해상풍력은 풍차의 대형화에 의해 1기당 발전능력을 증강시키는 것이 중요하다. 전 세계에 도입되어 있는 풍차의 발전능력을 보면, 육상에서는 평균 2MW이지만, 해상에서는 2배인 4MW까지 상승하고 있다. 상용 풍차는 8MW의 제품도 개발되어 있어 일본에서 해상풍력이 확대되는 2020년대에는 10MW급의 발전설비가 주류가 된다.

 

풍차가 대형화됨으로써 발전비용도 낮아진다. 육상풍력의 발전비용은 현 시점에서 전력 1kWh당 10~17엔 수준으로 태양광발전의 1/2정도이다. 석유화력과 비교하여 거의 차이가 없다. 한편 해상풍력은 비교적 높지만, 풍차의 대형화가 진행된다면 2020년대에는 현재 유럽 및 미국 수준인 8~15엔 수준까지 낮아질 것이다. 단 풍력발전 비용은 기상조건에 따라 크게 변동한다. 가장 중요한 요소는 연간 안정된 바람이 지속적으로 부는 것이다. 연간 발전량은 평균 풍속에 비례하여 커진다는 것을 알고 있다.

 

일반적으로 풍전발전에 적합한 장소는 평균풍속이 5.5~6미터/초를 넘는 지역이다. 발전설비의 효율을 나타내는 “설비 이용률”로 비교하면 평균 풍속 6미터/초는 23%되고, 7미터/초는 32%로 대폭 상승한다. 그리고 8미터/초가 되면 41%까지 상승한다. 동일한 발전능력 설비일지라도 연간 발전량은 차이가 발생한다.

 

평균풍속은 지역에 따라 크게 다르다. 육상에서는 홋카이도에서 혼슈(本州) 중앙을 가로지르는 산악지대를 비롯하여 시코쿠 및 규슈, 오키나와를 포함한 연안지역에서 평균풍속 6미터/초를 넘는다. 특히 홋카이도와 도호쿠에는 풍력발전에 적합한 장소가 널리 분포되어 있다.

 

해상의 경우 일본 근해에서 평균풍속 6미터/초를 넘으며, 어느 지역에서도 풍력발전을 실시할 수 있는 가능성이다. 그 중에서도 홋카이도부터 도호쿠의 북부, 칸토의 남부, 큐슈의 남부에서 오키나와까지 8미터/초를 상회하는 해역이 펼쳐져 있다. 환경에 미치는 영향을 적정한 수준으로 억제할 수 있다면 해상풍력발전의 확대 여지는 상당히 크다.

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島国の日本でポテンシャルが最も大きいのは風力発電だ。安全性や環境影響の点で課題が残るものの、ヨーロッパのように太陽光発電を上回るペースで拡大する可能性がある。風車の大型化によって発電コストの低下が進み、2020年代には近海の洋上で商用運転が続々と始まる。

 

日本の再生可能エネルギーが欧米の先進国並みに拡大するかどうかは、風力発電の進展に大きくかかっている。土地が狭い島国にあって、沿岸部や近海に膨大な量の風力エネルギーが存在するからだ。

 

ところが風力発電の導入量は2006年をピークに、その後は伸び悩んできた（図1）。最大の課題は環境に対する影響が大きいことである。周辺地域の騒音被害や鳥類保護の問題などから、建設計画の中止を余儀なくされるケースが少なくない。発電事業者は用地を慎重に選んだうえで、環境影響を最小限にとどめる対策を求められ、収益を見込みにくい状況になっていた。

 

 

ようやく2012年7月に固定価格買取制度が始まったことによって、風力発電の収益性が長期に保証されて、大規模な開発プロジェクトが全国各地で動き出した。制度開始から1年5カ月が経過した2013年11月末の時点で、買取制度の対象に認定された風力発電設備の規模は900MW（メガワット）に達している。

 

これまで日本の風力発電の導入量は累計で約2700MWにのぼるが、その3分の1に相当する設備が新たに誕生する。ただし発電能力が10MWを超える大規模な風力発電所は運転開始までに3年程度を要するため、実際には2016年くらいから導入量が増えていく。

 

加えて洋上風力の買取価格を2014年度に新設することが決まった。太陽光発電（非住宅用）よりも高い1kWhあたり36円の単価になる。今後は日本の近海で洋上風力の大型プロジェクトが続々と始まる見通しだ。

 

風車の大型化が進む、欧米では4MW級が主流

 

日本風力発電協会の予測によると、2010年度に244万kW（2440MW）だった風力発電の規模は2020年度までに5倍近い1130万kWに拡大する（図2）。その後は陸上に加えて洋上の風力発電が急速に伸びて、2050年度には陸上と洋上を合わせて5000万kWに到達するロードマップが描かれている。この規模は原子力発電設備50基分に相当する（年間の発電量では15～20基分）。

 

 

洋上風力の中でも大きな期待がかかるのは「浮体式」である。日本の近海には水深50メートルを超える海域が広がっている。発電設備を海底に固定する「着床式」は陸に近い水深50メートル以内の海域に限られるため、海上に設備を浮かせる「浮体式」が有望視されている。

 

すでに福島県の沖合で浮体式による2MWの大型発電設備が稼働中で、海洋生物や漁業に対する影響の評価を含めて実証試験を進めているところだ。さらに2014年度中には風車1基で7MWの超大型発電設備が2基加わる予定になっている。

 

建設までに時間とコストがかかる洋上風力では、風車の大型化によって1基あたりの発電能力を増強できることが重要になってくる。全世界で導入されている風車の発電能力を見ると、陸上では平均2MWであるのに対して、洋上では2倍の4MWまで上昇している（図3）。商用機で8MWの製品も開発されていて、日本で洋上風力が拡大する2020年代には10MW級の発電設備が主流になる。