2013年10月31日08:49
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日本在其近海接連實(shí)施浮體式海上風(fēng)力發(fā)電實(shí)證試驗(yàn)。這關(guān)系到確保穩(wěn)定的國(guó)產(chǎn)能源和培養(yǎng)海洋開(kāi)發(fā)產(chǎn)業(yè)。
8月中旬，在距離陸地約20公里的福島海域，水面上出現(xiàn)了一座葉片旋轉(zhuǎn)直徑為80米的巨型風(fēng)車(chē)。這是一臺(tái)功率達(dá)2000千瓦的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
風(fēng)車(chē)建在漂浮在海面的“浮體”之上。在東京灣沿岸的船塢（三井造船公司千葉工廠）進(jìn)行組裝后，連風(fēng)車(chē)帶浮體整體拖航至福島海域，再用鎖鏈栓系在海底。在2014年以后，還將追加兩座由三菱重工業(yè)公司開(kāi)發(fā)、功率達(dá)到世界最高水平7000千瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
浮體式海上風(fēng)力發(fā)電是在全球都仍處于實(shí)驗(yàn)階段的尖端技術(shù)。在日本，除了經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省在福島海域開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)外，環(huán)境省與京都大學(xué)等在距離長(zhǎng)崎縣五島市椛島1公里的海域，接受日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）補(bǔ)貼的三井海洋開(kāi)發(fā)公司在佐賀縣呼子町海域，也在分別開(kāi)展實(shí)證試驗(yàn)。
其目的是通過(guò)實(shí)證試驗(yàn)，分析發(fā)電量及建設(shè)、維持成本等實(shí)現(xiàn)商業(yè)化需要的信息。這將成為日本政府制定可再生能源發(fā)電固定價(jià)格收購(gòu)制度收購(gòu)價(jià)格的依據(jù)。統(tǒng)管福島海域項(xiàng)目的丸紅公司國(guó)內(nèi)電力項(xiàng)目部長(zhǎng)福田知史展望未來(lái)表示：“只是進(jìn)行試驗(yàn)并沒(méi)有意義。我們還將（在福島海域）繼續(xù)增加風(fēng)車(chē)。爭(zhēng)取在5年后實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。”
替代火電站與核電站
海上風(fēng)力與其他可再生能源的很大不同之處在于，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集中型發(fā)電站。日本的專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)（EEZ）面積居世界第六。只要開(kāi)辟出3公里見(jiàn)方的海域，就能設(shè)置100座目前正在開(kāi)發(fā)的7000千瓦級(jí)大型風(fēng)車(chē)，容量堪比大型火力發(fā)電站和中型核電站。如果是在海面之上，日本就可以通過(guò)風(fēng)車(chē)追求狹小國(guó)土難以實(shí)現(xiàn)的“規(guī)模經(jīng)濟(jì)”。
日本的海域淺灘較窄，不適合大規(guī)模建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)在海底、利用支柱支撐的“著床式”海上風(fēng)車(chē)。浮體式實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的關(guān)鍵，在于如何充分利用廣闊的專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)。對(duì)于其意義，福田部長(zhǎng)強(qiáng)調(diào)說(shuō)：“只要成功，就能獲得永不枯竭的龐大國(guó)產(chǎn)能源資源。這將在保障安全和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力方面給日本帶來(lái)巨大的好處�！�
但另一方面，對(duì)于日本而言，這也是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。三菱重工是日本最大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，但世界份額僅為2％。目前可以量產(chǎn)的風(fēng)車(chē)功率最大為2000千瓦左右。在國(guó)內(nèi)尚無(wú)大市場(chǎng)的風(fēng)力領(lǐng)域，日本企業(yè)的確落在了后面。
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| 在海上對(duì)海底氣田開(kāi)采出的天然氣進(jìn)行液化的FLNG（浮體式液化天然氣生產(chǎn)設(shè)備） |
打入處于劣勢(shì)的風(fēng)車(chē)市場(chǎng)
海上風(fēng)力的建設(shè)成本負(fù)擔(dān)要比陸地大，因此，在著床式海上風(fēng)力建設(shè)領(lǐng)先的歐洲，為了提高單位建設(shè)成本的發(fā)電量，風(fēng)車(chē)在向大型化發(fā)展。主流為3000千瓦級(jí)，5000千瓦級(jí)也已經(jīng)投入了商業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)。在建設(shè)成本高于著床式的浮體式風(fēng)力領(lǐng)域，大型化也是必須解決的課題。
在歐洲，以英國(guó)為首，大規(guī)模項(xiàng)目蜂擁而起。海上風(fēng)力的累計(jì)裝機(jī)容量在2009年為207萬(wàn)千瓦，到3年后的2012年，已經(jīng)增加到500萬(wàn)千瓦，是2009年的2.5倍。值得關(guān)注的是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的勢(shì)力圖。陸地份額只有個(gè)位數(shù)、勉強(qiáng)擠進(jìn)前十的德國(guó)西門(mén)子公司在海上擁有50％以上的份額。
2012年，西門(mén)子決定退出太陽(yáng)能發(fā)電和太陽(yáng)熱發(fā)電業(yè)務(wù)，在可再生能源領(lǐng)域集中專攻風(fēng)力和水力發(fā)電。西門(mén)子日本公司專務(wù)執(zhí)行董事藤田健一表示，西門(mén)子對(duì)海上風(fēng)力的定位是，“除了大型化之外，還要應(yīng)對(duì)鹽害、雷擊等眾多情況，是能夠發(fā)揮西門(mén)子技術(shù)實(shí)力的領(lǐng)域”。在技術(shù)實(shí)力掌握關(guān)鍵的海上風(fēng)力市場(chǎng)上，日本企業(yè)也有發(fā)起反攻的機(jī)會(huì)。
三菱重工力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的7000千瓦級(jí)風(fēng)車(chē)，葉片長(zhǎng)度超過(guò)80米，支柱超過(guò)100米。其問(wèn)題在于維護(hù)和維修。
通常，作為關(guān)鍵部件的發(fā)電機(jī)等容納在葉片的旋轉(zhuǎn)中心（機(jī)艙）之中。如果是在高處，而且是在海上進(jìn)行操作，耗費(fèi)的成本十分龐大。如何減少維護(hù)和維修決定著發(fā)電業(yè)務(wù)的成敗。
為此，三菱重工正在開(kāi)發(fā)無(wú)需增速機(jī)（齒輪），即可將葉片的旋轉(zhuǎn)力傳送到發(fā)電機(jī)的“油壓驅(qū)動(dòng)”技術(shù)。如果是使用增速機(jī)的普通機(jī)構(gòu)，風(fēng)車(chē)越大，施加到齒輪上的力越大，就越容易發(fā)生故障。為此，三菱重工通過(guò)收購(gòu)已開(kāi)發(fā)出油壓控制技術(shù)的英國(guó)風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)，將其技術(shù)應(yīng)用到了風(fēng)力發(fā)電機(jī)之中。油壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是，不易發(fā)生故障，與增速機(jī)不同，即使部件部分損壞，功率也不會(huì)降到零。
浮體式需克服搖擺
三井海洋開(kāi)發(fā)的風(fēng)力潮流混合動(dòng)力發(fā)電機(jī)。
計(jì)劃在佐賀縣呼子海域開(kāi)展實(shí)證試驗(yàn)的三井海洋開(kāi)發(fā)從根本上改進(jìn)了適合浮體式的發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)。作為三井造船旗下從事海洋開(kāi)發(fā)業(yè)務(wù)的子公司，該公司建設(shè)了許多作為海上石油和燃?xì)馍a(chǎn)基地的浮體。海上工作經(jīng)驗(yàn)豐富的事業(yè)開(kāi)發(fā)部長(zhǎng)中村拓樹(shù)自稱是“邊維護(hù)邊操作海上漂浮工廠的專家”。中村部長(zhǎng)認(rèn)為：“通常的風(fēng)車(chē)重心高，不適合在浮體上設(shè)置。在海面上，高處的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)會(huì)不停搖擺，在海上進(jìn)行維護(hù)并不現(xiàn)實(shí)�！�
為此，三井海洋開(kāi)發(fā)通過(guò)組合達(dá)里厄風(fēng)車(chē)與薩沃紐斯水車(chē)，開(kāi)發(fā)出了“浮體式潮流風(fēng)力混合動(dòng)力發(fā)電機(jī)”。達(dá)里厄風(fēng)車(chē)是一種旋轉(zhuǎn)軸垂直安裝的風(fēng)車(chē)，機(jī)構(gòu)部分安裝在支柱的底部，因此降低了重心，可在浮體甲板上進(jìn)行維護(hù)。再通過(guò)在浮體水面以下的部分安裝無(wú)論潮流方向如何，都能保證旋轉(zhuǎn)方向相同的薩沃紐斯水車(chē)，就可同時(shí)進(jìn)行潮流發(fā)電。三井海洋開(kāi)發(fā)用于實(shí)證試驗(yàn)的達(dá)里厄風(fēng)車(chē)直徑為28米、高50米，與水車(chē)相加，最大輸出功率為900千瓦。
在福島海域的實(shí)證項(xiàng)目中，開(kāi)發(fā)可使結(jié)構(gòu)物在海上保持穩(wěn)定的浮體也是一項(xiàng)重要課題。這次，三井造船建造出了承托2000千瓦風(fēng)車(chē)的浮體。而且，通過(guò)此次項(xiàng)目，日本IHI公司與JFE控股公司合資的造船企業(yè)日本造船聯(lián)合公司（JMU）還將建設(shè)世界上首座海上變電站，以及預(yù)定于2014年設(shè)置的7000千瓦風(fēng)車(chē)浮體。
日本造船聯(lián)合開(kāi)發(fā)的浮體名為“先進(jìn)浮筒型平臺(tái)”，對(duì)一種圓柱型浮體進(jìn)行了改良。工程生命周期事業(yè)本部副本部長(zhǎng)大松哲也說(shuō)：“這種浮體不搖晃，能夠防止構(gòu)成變電站的變壓器內(nèi)部漏油，頗受好評(píng)�！奔幢闶秋L(fēng)速50米的強(qiáng)風(fēng)和五十年一遇的22米大浪，浮體的傾斜度也僅為5～6度。
成為海洋資源開(kāi)發(fā)的起爆劑
歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)（EWEA）預(yù)測(cè)，歐洲的海上風(fēng)力設(shè)備容量將在2020年底達(dá)到4000萬(wàn)千瓦，在2030年底達(dá)到1.5億千瓦。其增長(zhǎng)速度驚人。英國(guó)政府為了利用風(fēng)力發(fā)電滿足國(guó)內(nèi)3分之1的電力消費(fèi)，正在推進(jìn)大規(guī)模海上風(fēng)力計(jì)劃，三菱重工也參與了其中的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。該公司力爭(zhēng)憑借其開(kāi)發(fā)的油壓驅(qū)動(dòng)風(fēng)車(chē)打入歐洲這一巨大市場(chǎng)。
在歐洲，利用淺灘的著床式風(fēng)力發(fā)電一直是主流，但擔(dān)任福島海域項(xiàng)目顧問(wèn)的東京大學(xué)教授石原孟主張說(shuō)：“在不遠(yuǎn)的將來(lái)，主流將逐漸向浮體式轉(zhuǎn)移，這是顯而易見(jiàn)的。企業(yè)能否在該領(lǐng)域引領(lǐng)世界，要看最近幾年的開(kāi)發(fā)成果�！�
石原教授還說(shuō)：“應(yīng)當(dāng)把浮體式風(fēng)力發(fā)電打造成日本向海洋開(kāi)發(fā)國(guó)家轉(zhuǎn)型的起爆劑�！卑ㄩ_(kāi)發(fā)在海上生產(chǎn)、儲(chǔ)存石油和燃?xì)獾母◇w式設(shè)備及系泊技術(shù)在內(nèi)，海洋資源開(kāi)發(fā)與浮體式海上風(fēng)力有很多相通之處。
日本政府4月公布的《海洋基本計(jì)劃》把開(kāi)發(fā)海洋資源和能源作為了一大支柱。
由于造船需求的減少，日本的造船業(yè)正面臨著困境。規(guī)模約為8萬(wàn)億日元的普通商船市場(chǎng)在今后也難有大的增長(zhǎng)。
相反，海上風(fēng)力的規(guī)模預(yù)計(jì)在2020年將從現(xiàn)在的幾千億日元快速擴(kuò)大到5.7萬(wàn)億日元。海底油氣田生產(chǎn)需要的海洋資源開(kāi)發(fā)船也有望擴(kuò)大到現(xiàn)在的近3倍，達(dá)到10.8萬(wàn)億日元。
其實(shí)，日本的造船業(yè)曾經(jīng)在海洋開(kāi)發(fā)方面吃過(guò)苦頭。1980年代中期，日本的造船企業(yè)曾大舉進(jìn)軍海洋開(kāi)發(fā)船領(lǐng)域，但家家虧損，多數(shù)企業(yè)不得已選擇了撤退。對(duì)于其中的原因，關(guān)系人士解釋稱：“只生產(chǎn)一艘的特殊船建造不適合當(dāng)時(shí)以量產(chǎn)為主的日本國(guó)內(nèi)造船業(yè)�！痹谧糍R縣呼子海域開(kāi)展浮體式風(fēng)力實(shí)證試驗(yàn)的三井海洋開(kāi)發(fā)是該領(lǐng)域少數(shù)幸存下來(lái)的日本企業(yè)之一。
在歐洲，海上風(fēng)力開(kāi)發(fā)計(jì)劃進(jìn)展順利的基礎(chǔ)在于通過(guò)北海油田培育壯大的海洋開(kāi)發(fā)產(chǎn)業(yè)。倘若日本能夠引領(lǐng)在世界上剛剛起步的浮體式海上風(fēng)力的開(kāi)發(fā)，不只是風(fēng)車(chē)產(chǎn)業(yè)，或許還能夠成為培育海洋開(kāi)發(fā)產(chǎn)業(yè)的踏板。日本的海上風(fēng)力戰(zhàn)略將會(huì)對(duì)日本的產(chǎn)業(yè)形成廣泛的影響。（作者：中西清隆，日經(jīng)能源環(huán)境網(wǎng) 供稿）
