風(fēng)車(chē)漂浮在海上發(fā)電的新型風(fēng)力發(fā)電的實(shí)用化正在到來(lái)。盡管日本對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電的關(guān)注度很高，但從全球來(lái)看，仍是風(fēng)力發(fā)電占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。2010年底日本太陽(yáng)能發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電的導(dǎo)入量（按發(fā)電容量計(jì)算）分別為約360萬(wàn)kW（REN21*1調(diào)查結(jié)果）與230萬(wàn)kW（日本風(fēng)力發(fā)電協(xié)會(huì)調(diào)查結(jié)果），太陽(yáng)能發(fā)電的導(dǎo)入量較大。但從全球來(lái)看，2010年底太陽(yáng)能發(fā)電的導(dǎo)入量為4000萬(wàn)kW（REN21調(diào)查結(jié)果），而風(fēng)力發(fā)電為1億9800萬(wàn)kW（REN21調(diào)查結(jié)果），接近太陽(yáng)能發(fā)電的5倍。

　　*1REN21正式名稱(chēng)為RenewableEnergyPolicyNetworkforthe21stCentury。由國(guó)際機(jī)構(gòu)、政府機(jī)構(gòu)、企業(yè)及NGO（非政府組織）等組成，是以普及可再生能源為目標(biāo)的政策網(wǎng)絡(luò)。2011年7月發(fā)行了刊載有可再生能源最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等的《Renewables2011:GlobalStatusReport》。

　　風(fēng)力發(fā)電的普及在日本之所以進(jìn)展遲緩，是因?yàn)槿毡镜膹?qiáng)風(fēng)地區(qū)較少，而在山區(qū)設(shè)置成本較高。但最近情況開(kāi)始有了巨大變化。這是因?yàn)樵诤Ｉ祥_(kāi)辟了新的設(shè)置場(chǎng)所。

　　浮體式風(fēng)力發(fā)電具有很大潛力

　　海上風(fēng)力發(fā)電大致分為兩種方式。一種是在海岸附近的淺海地區(qū)（水深60m左右以?xún)?nèi)）建造底座，在上面設(shè)置風(fēng)車(chē)的著床式海上風(fēng)力發(fā)電。這種方式從2000年代以歐洲為中心開(kāi)始普及，尤其是英國(guó)及丹麥等國(guó)家，集中配置有多臺(tái)大型風(fēng)車(chē)的海上風(fēng)力發(fā)電廠已開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)。著床式雖說(shuō)是在海上，但因風(fēng)力發(fā)電設(shè)備可直接設(shè)置在海底，因此能夠利用陸地上培育的多項(xiàng)技術(shù)。

　　另一種是浮體式海上風(fēng)力發(fā)電。這是一種把風(fēng)車(chē)安裝在漂浮于海面的浮體上的方式，可設(shè)置在深數(shù)百m左右的海域。日本沿岸陡峭水會(huì)急速變深，因此可設(shè)置著床式風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的海域有限。但浮體式卻沒(méi)有這種限制，四面環(huán)海的日本擁有可用來(lái)設(shè)置這種發(fā)電設(shè)備的廣闊海域。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省調(diào)查了風(fēng)力發(fā)電的“賦存量”（除了明顯無(wú)法設(shè)置的場(chǎng)所以外，可設(shè)置的全部資源量）及“潛力”（考慮了各種制約因素的資源量）*2。結(jié)果顯示，陸地風(fēng)力發(fā)電的賦存量稍高于浮體式，而浮體式的潛力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于陸地及著床式。

　　*2調(diào)查由經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省委托伊藤忠Techno-Solutions公司實(shí)施，調(diào)查結(jié)果刊登在《2010年度新能源等導(dǎo)入促進(jìn)基礎(chǔ)調(diào)查業(yè)務(wù)（風(fēng)力能源可導(dǎo)入量相關(guān)調(diào)查）調(diào)查報(bào)告》上。

　　但使風(fēng)車(chē)漂浮在海上的浮體式風(fēng)力發(fā)電需要采用與陸地設(shè)置完全不同的技術(shù)。具體為，①因波浪而晃動(dòng)（作用的加速度較大）時(shí)要確保浮體的穩(wěn)定性及風(fēng)車(chē)的耐久性；②在漂浮于海面的狀態(tài)下可組裝或維修風(fēng)車(chē)等。

　　而且，成本也是一大問(wèn)題。浮體的開(kāi)發(fā)、制造、海上安裝作業(yè)，以及鋪設(shè)用來(lái)向陸地輸送電力的電纜等，均是會(huì)導(dǎo)致成本上升的以因素。也就是說(shuō)，必須以較低的成本解決上述兩項(xiàng)課題。因此，從全球來(lái)看，浮體式風(fēng)力發(fā)電目前仍處于實(shí)證試驗(yàn)及設(shè)計(jì)提案階段，還達(dá)不到商業(yè)水平。

　　目前，浮體式風(fēng)力發(fā)電的發(fā)電成本為30多日元/kWh，是陸地風(fēng)力發(fā)電的兩倍以上。這樣的話(huà)，無(wú)論浮體式的發(fā)電潛力有多大，都無(wú)法形成一項(xiàng)可行業(yè)務(wù)。

　　在這種形勢(shì)下，為實(shí)現(xiàn)與陸地風(fēng)力發(fā)電相當(dāng)?shù)陌l(fā)電成本而開(kāi)發(fā)浮體式技術(shù)的是石川島海洋聯(lián)合公司（IHIMarineUnited，總部東京。以下稱(chēng)IHIMU）。該公司正與東京大學(xué)研究生院新領(lǐng)域創(chuàng)成科學(xué)研究系教授鈴木英之共同開(kāi)發(fā)，以形浮體的狀獨(dú)特為特點(diǎn)。該公司已于2011年4月宣布完成了浮體的概念設(shè)計(jì)。

　　可減輕晃動(dòng)的自主構(gòu)造

　　目前在探討的海上風(fēng)力發(fā)電的代表性浮體有兩種，一種是使用圓柱形浮體的圓桿型，另一種是以纜繩拉住具有較大浮力的浮體，利用其張力穩(wěn)定住浮體的TLP（TensionLegPlatform）型（圖）。圓桿型的成本較低，但晃動(dòng)較大，TLP型晃動(dòng)較小，但成本較高。

　　典型的浮體構(gòu)造

　　圓桿型通過(guò)為漂浮的圓柱狀底部加入重錘提高了穩(wěn)定性。雖與栓繩相連，但并非依靠張力固定。而TLP型是在海底建造底座，用與底座相連的纜繩強(qiáng)力拉住浮體，因此其穩(wěn)定性較高。

      IHIMU的浮體不屬上述兩種類(lèi)型。雖基本為圓柱形，但采用水面部、中央部到底部逐步變粗的三層構(gòu)造。這種獨(dú)特的形狀為該公司開(kāi)發(fā)的“兩點(diǎn)無(wú)浪形狀”。波浪引起的海水運(yùn)動(dòng)在海面最為劇烈，越深處越小。因此，較粗部分的上面與下面承受的壓力不同（圖）。設(shè)置多個(gè)較粗部分并對(duì)形狀加以?xún)?yōu)化之后，可形成兩個(gè)對(duì)某一特定周期的波浪晃動(dòng)為零的點(diǎn)。而且還可進(jìn)一步利用這種效果，使浮體在全周期的波浪中減小晃動(dòng)。為了增加底部的穩(wěn)定性，還設(shè)置了“晃動(dòng)減輕鰭片”。該鰭片還具有抑制浮體旋轉(zhuǎn)的效果。

可用大直徑部分調(diào)整波浪的壓力

　　波浪引起的水運(yùn)動(dòng)距離水面越近，越接近于大圓周運(yùn)動(dòng)。大直徑部分上面與下面的深度不同，被施加的壓力也不同。利用這種差別，可形成不易晃動(dòng)的構(gòu)造。優(yōu)化構(gòu)造體的形狀，采用了早造船過(guò)程中積累的模擬技術(shù)。該技術(shù)被稱(chēng)為“三維特異點(diǎn)分布法”，可分析波浪對(duì)浮體施加的壓力。而且，還以約1/50的比例進(jìn)行了水槽實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合分析數(shù)據(jù)確定了基本構(gòu)造。

　　據(jù)IHIMU介紹，其結(jié)果是使風(fēng)車(chē)承受的加速度比普通圓桿型浮體減小了兩成。加速度較小時(shí)，可減輕對(duì)發(fā)電機(jī)使用的齒輪及軸承施加的負(fù)荷，在耐久性及可靠性方面十分有利。IHIMU工程事業(yè)部項(xiàng)目組組長(zhǎng)粟島裕治解釋稱(chēng)，“雖然比陸地上安裝的風(fēng)車(chē)承受的加速度大，但減小兩成已是一個(gè)相當(dāng)大的比例”。

　　吃水深度控制在50m

　　浮體采用高張力鋼厚板制造。水面與中央的較粗部分為獲得浮力而采用中空設(shè)計(jì)，為了降低重心來(lái)獲得整體的穩(wěn)定，在底部放入了重錘。重心較低，可抑制風(fēng)車(chē)因風(fēng)向后傾斜。此次的概念設(shè)計(jì)設(shè)想為輸出功率為2500kW級(jí)的風(fēng)車(chē)，吊艙（配備發(fā)電機(jī)等的部分）以下高度為60m，翼長(zhǎng)為45m。

　　實(shí)際上，兩點(diǎn)無(wú)浪形狀不僅可減小加速度，還有一大優(yōu)點(diǎn)。那就是吃水深度較淺。這對(duì)降低成本有很大效果。

　　圓桿型浮體的吃水深度為100m左右，而兩點(diǎn)無(wú)浪形狀浮體的吃水深度只有50m。這樣的高度，便可在安裝狀態(tài)（垂直狀態(tài)）下直接用造船工具建造，然后用起重船將其拖曳至安裝場(chǎng)所直接進(jìn)入組裝作業(yè)。

　　而圓桿型需要在橫倒?fàn)顟B(tài)下建造，拖曳至安裝地點(diǎn)后還要垂直組裝。“這是需要使用多條船舶的大規(guī)模作業(yè)，因此設(shè)置成本較高”（粟島）。也就是說(shuō)，兩點(diǎn)無(wú)浪形狀浮體可大幅降低設(shè)置時(shí)的成本。

　　IHIMU正在考慮的另一個(gè)低成本對(duì)策是，采用可直接降低發(fā)電成本的大型風(fēng)車(chē)。因浮體式發(fā)電設(shè)備要在海上設(shè)置，因此即便采用巨型風(fēng)車(chē)其安裝場(chǎng)所也不用擔(dān)心。此次完成概念設(shè)計(jì)的浮體設(shè)想支持輸出功率為2500kW級(jí)的風(fēng)車(chē)，但也支持5000kW級(jí)風(fēng)車(chē)。據(jù)該公司介紹，5000kW級(jí)風(fēng)車(chē)用浮體的吃水深度同樣為60m左右，因此仍可保持設(shè)置方面的優(yōu)勢(shì)。

　　“如果能夠降低設(shè)置成本并實(shí)現(xiàn)風(fēng)車(chē)的大型化，發(fā)電成本就能降至與陸地風(fēng)力發(fā)電相當(dāng)?shù)乃健保↖HIMU董事兼工程事業(yè)部長(zhǎng)大松哲也）。如果能實(shí)現(xiàn)，潛力較大的浮體式風(fēng)力發(fā)電便可具備普及條件。規(guī)定電力公司必須全量收購(gòu)利用風(fēng)力、太陽(yáng)光、水力、地?zé)峒吧镔|(zhì)等所發(fā)電力的“可再生能源特別措施法”似也會(huì)起到推動(dòng)作用*3。

　　*3正式名稱(chēng)為“關(guān)于電力運(yùn)營(yíng)商收購(gòu)可再生能源電力的特別措施法案”。已在2011年8月31日閉幕的第177屆例行國(guó)會(huì)上通過(guò)。

　　但因需要進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證，浮體式風(fēng)力發(fā)電不會(huì)迅速普及。從日本風(fēng)力發(fā)電協(xié)會(huì)2010年制定的藍(lán)圖來(lái)看，預(yù)計(jì)會(huì)從2020年開(kāi)始普及，之后會(huì)快速普及。因此，首先要使用實(shí)機(jī)進(jìn)行實(shí)證試驗(yàn)。IHIMU打算與風(fēng)車(chē)廠商合作，早日啟動(dòng)實(shí)證試驗(yàn)。即將成為社會(huì)基礎(chǔ)電力能源之一的純國(guó)產(chǎn)能源即將誕生。