專題 日本可再生能源的潛力和未來
福島海上的風力發電
[2012.12.07] 其它語言:ENGLISH | 日本語 | 简体字 | FRANÇAIS | ESPAÑOL | العربية |

在2011年3月東日本大地震和福島第一核電廠事故中受到重創的福島縣,開始大力開發可再生能源。世界首個大規模浮體式海上風力發電的實證實驗也拉開帷幕,受到人們的萬分期待。

全世界期待的“海上”風力發電

福島縣制定了“可再生能源推進規劃”,計劃於2040年前利用可再生能源創造出相當於縣內能源需求量100%以上的能源。為實現這一目標而開展的主要嘗試之一,就是浮體式海上風力發電的實證實驗。

海上風力發電是指利用海風的風力發電。一般認為,海風強勁穩定,適合用於風力發電,還不容易造成諸如產生噪音、破壞景觀等陸上風力發電所特有的環境問題。由於這些優點,陸上風力發電盛行的歐美各國對海上風力開發有著極高的期待,目前各國正在推進大規模海上風力發電廠的建設。其中英國對海上風力開發尤為積極,打出了在2030年前設置風車7,000座以上,開發海上風力發電3,300萬KW(千瓦)的政府目標。該項計劃可提供英國電力消費總量的三分之一。

日本政府也決定支援海上風力發電事業,使其承擔可再生能源的部分作用。有多個風力發電廠建設項目正在展開,其中福島海域風力發電廠一馬當先。日本政府在2011年度的第三次補正預算中撥出125億日圓用於福島重建,由丸紅、東京大學、三菱商事、三菱重工業、IHI聯合海洋公司(IHI Marine United )、三井造船、新日本製鐵、日立製作所、古河電氣工業、清水建設、MIZUHO(瑞穗)情報總研這11家公司組成的專業聯合團體接受經濟產業省的委託,正在推進“浮體海上風力發電廠實證研究事業”。

福島縣海域的浮體式海上風力發電廠實證研究計劃(圖片來源:福島海上風力聯合團)。一期將建設變電廠和裝有四柱型半潛式風車的浮體式海上風力發電設備。高級單柱浮體和三柱型半潛式風車設備計劃在二期實證研究中建設

 

工程費總計188億日圓。第一期將於2013年前建設一座2,000KW的海上風力發電設備,並開發各種基本技術,進行浮體和風車的驗證、開發耐腐蝕耐疲勞的高性能鋼材、確立觀測方法等,在各項技術開發的同時獲取氣象、海洋等基礎數據。第二期實證研究中,將於2015年前建設兩座世界最大級別的裝有7,000KW風車的發電設備,進行著眼於商業運作的驗證。

水深較深的日本海域使用“浮體式”

本次計劃的最大特點,是採用將風車浮於海面的“浮體式”。目前開展海上風力發電的歐美各國,其海域相對較淺,因此主要採用在海底建造基礎固定發電設備的“固定式”。相比之下,日本沿岸卻被水深50m以上的海洋環繞。水深超過50m以上後,“固定式”的建設成本劇增,因此不適合日本的海域。

於是日本採用了水深達100-200m也不影響成本的“浮體式”。浮體式是挪威、葡萄牙於幾年前剛開始實證研究的新技術,福島海域的實證研究將建成世界首個大規模浮體式風力發電廠。

據該項目發起人東京大學研究所工學系研究科社會基礎學專業的石原孟教授介紹,海上風力發電對日本有很多好處。

“日本國土狹窄,平地又少,很難在陸地上開展大規模風力發電。在這個方面,海上強風比陸地穩定,且日本海域比陸地寬闊的多。日本的國土面積在世界上排名第62位,與此相對,領海和專屬經濟區的面積廣闊,位居世界第6。”

潛力巨大,有望貢獻於災區重建

福島、茨城、千葉沿岸的年均風速圖(圖片來源:東京大學石原孟教授)。根據安裝在福島縣磐城市海域天然氣田的風速儀兩年時間的實測,相對於陸上年均風速每秒4.3m,海上風速達到每秒7.4m,月最高超過每秒9m

從電腦根據以往氣象數據所作的模擬中,可看出日本海上風力發電的存儲量(理論上算出的可利用能源量)有16億KW。該數值之高,是日本全國10家電力公司所有電力設備裝機總量(合計2.0397億KW)的大約8倍。

浮體式海上風力發電是一種在日本各地都能設置的方法,而福島縣海域無論在風力強度、水深、還是適於建設的面積大小等方面均具有優勢,石原教授大約10年前就注意到這裏的優勢,並將其列入最具希望的候選地。再加上可以利用核能發電、火力發電的送電系統,福島縣海域還擁有能夠大幅削減送電成本的優點。

此外,人們還期待著大規模風力發電廠建設有助於福島的產業復興。目標之一,是在小名濱港(福島縣磐城市)的廣大地區集中建設海上風車工廠和研究開發設施,並將其扶持發展成該地區的一大產業。

“福島縣擁有飛機、汽車等眾多機械產業,生產電池、電動機等的工廠很多,有利於零部件籌措採購。而且,巨大的海上風車,直徑160m,高度200m,光是一根風車葉片(槳葉)就達到80m,在很遠的地方製造和運輸很不現實,只能在福島海域附近製造和組裝。將生產加工基地設於小名濱港,在施工和維修等方面還有助於創造持續就業的機會。”(石原教授)

東京大學研究所工學系研究科社會基礎學專業石原孟教授(照片來源:石原孟教授)

然而,福島縣近海是魚量豐富的漁場,怎樣與漁業共存,將是一個重大課題。將懸浮起風車的浮體用作引魚的“海洋牧場”方案認為,海上風力發電和穩定的漁業是能夠同行並舉的,但對周圍海域的調查和捕魚試驗目前仍在進行當中。

海上風力發電“相對於石油等需要去尋找捕獲的狩獵型能源而言,就好像可在同一塊土地上反覆收獲的農作物,是一種農耕型能源”(石原教授)。它可以同時解決環境、經濟、能源的問題,作為有助於福島復興的能源,匯聚著人們的巨大期待。

 

採訪、撰文:牛島美笛
標題背景照片:浮體式風車竣工示意圖(圖片來源:東京大學石原孟教授)

  • [2012.12.07]
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