風車から風力タービンへ：800年隔てた同じアイデア
現代の風力タービンと中世の穀物製粉機は、どちらも「動く空気が軸を回す」という同じ原理で動いています。千年の間に変わったのは、その軸が何をするように作られたかです。
最も初期の風車は、およそ1,400年前、現代のイランとアフガニスタンの国境にあるシスタン地方に遡ります。そこでは7世紀の建設者たちが、帆布で覆われた木製の羽根を持つ垂直軸の風車を建て、穀物を挽いたり、井戸から水を汲み上げたりしていました。この設計は、その後の数世紀にわたって貿易路に沿って西へと広がり、11世紀までには風力は中東全域で広く利用されるようになり、商人や帰還した十字軍兵士がこの技術をヨーロッパに持ち込んだとされています。
ヨーロッパの建設者たちは、この設計を大幅に変更しました。ペルシャの垂直軸風車とは異なり、彼らは塔や柱に現在おなじみの回転する帆を取り付けた水平軸風車を開発しました。特にオランダ人は、低地のラインデルタ全域の湖や湿地を排水するために大型の風力ポンプを使用し、そうでなければ水没したままだった土地を干拓しました。14世紀までには、風車はロシアにまで広がり、人や動物、流れる水ではなく、風によって動く製粉機で穀物を挽くことは、中世の世界で最も重要な技術の一つとなっていました。
新しい大陸、新しい形
ヨーロッパの入植者が風車技術を北アメリカに持ち込んだとき、その設計は異なる景観に合わせて再び変更されました。水平軸に一つの大きな回転翼を持つ代わりに、アメリカの風車は通常、垂直軸の周りに多くの短い羽根を配置し、あらゆる方向から来る風を捉えることができるようにしました。これは、アメリカ西部の広大で変化しやすい平原で役立ち、何千ものこれらの小型風車が、農家や牛のために水を汲み上げるために設置されました。商業的なブレークスルーは1850年代に起こりました。ダニエル・ハラデイとジョン・バーナムが、自動的に風に向きを変え、自身の速度を調整する風車を建設し、フロンティア全体で風力で汲み上げられた水を劇的に実用的で信頼性の高いものにしました。
穀物を挽くことから発電へ
電気への転換は19世紀後半に起こり、それはほぼ同時に2つの場所で起こりました。スコットランドでは、電気技師のジェームズ・ブライスが、一般的に最初の風力発電機とされているものを建設しました。アメリカでは、発明家のチャールズ・F・ブラッシュが1887年により大型の機械を建設し、翌年オハイオ州に設置しました。これは直径56フィートの回転翼を持ち、自身の家を照らすバッテリーに電力を供給し、約12キロワットを発電しました。その機械とそれに続く機械が、言葉も変わった理由です。穀物を挽く風車は風車のままでしたが、発電のために作られた風車は風力タービンと呼ばれるようになりました。20世紀を通じて開発は続き、木や布の代わりに鋼鉄の羽根が使われ、1941年までには1メガワットの電力を生成するように設計された最初のタービンが登場しました。1970年代のオイルショックは、風力技術をニッチな追求から国家的な真剣な投資の対象へと押し上げ、その軌跡は、今日設置されている非常に大型の洋上タービンへと、ほぼ途切れることなく続いています。
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よくある質問
風車はヨーロッパで発明されたのですか？
いいえ。最も初期に知られている風車は、紀元7世紀頃、現代のイランとアフガニスタンの国境にあるシスタンで建設されました。垂直軸の設計で穀物を挽き、水を汲み上げていました。この技術は数世紀後、貿易路や帰還した十字軍兵士によってヨーロッパに伝わり、そこで建設者たちは今日ほとんどの人が思い描く水平軸の風車に再設計しました。
風車はいつから発電するようになったのですか？
その転換は1880年代後半に起こりました。スコットランドのエンジニア、ジェームズ・ブライスは1887年頃に初期の風力発電機を建設し、アメリカの発明家チャールズ・F・ブラッシュは1888年にオハイオ州により大型の56フィートの機械を設置し、自身の家を照らしました。この頃から、穀物を挽くのではなく発電するために作られた機械に対して、「風車」という言葉が「風力タービン」に置き換えられ始めました。
風車と風力タービンの具体的な違いは何ですか？
機械的には、どちらも風の動きを回転する軸に変換します。基本的な物理学は変わっていません。違いは、その軸が何に接続されているかです。風車の軸は伝統的に石臼や水ポンプを回していましたが、風力タービンの軸は発電機を回します。現代のタービンはまた、はるかに大きく、羽根は100メートルをはるかに超えるものもありますが、伝統的な風車の木製の帆と比較するとその差は歴然です。