潮流發電——穩定而高能量密度的未來能源技術

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【日經BP社報導】以2015年實現商用化為目標，日本川崎重工業公司正在加速推進潮流發電系統的技術開發。潮流發電系統是利用潮水的流動，帶動被稱為槳葉的葉片旋轉，從而進行發電。與風力發電不同，潮水的流動具有規律性，可獲得穩定的發電量。並且，水與空氣相比，能量密度高，有望實現很高的能源轉換效率。

左起分別為川崎重工的平松秀基、飯塚昌弘、有山房德和下山敬次

川崎重工預定今後在蘇格蘭的彭特蘭灣（Pentland Firth）進行實證實驗，此外還計劃與沖繩電力公司等合作在沖繩的島嶼安裝該系統。

「水的能量密度大約是空氣的800倍。據計算在速度相同的情況下，潮流發電的發電量可達到風力發電的800倍左右」，川崎重工技術開發本部技術研究所的下山敬次這樣說道。  

潮流發電系統是利用潮水的流動帶動名為槳葉的葉片進行發電。將其看做「設置於海底的風力發電系統」或許更容易理解。

川崎重工大約從2年前起，就開始著手開發潮流發電系統，2011年10月被選為日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）公開徵集的「海洋能源發電系統實證研究事業」實施企業，以此為契機，為實現實用化在加速推進技術開發。

與風不同，潮水的流動具有規律性。受太陽和月亮的影響，潮流會每天四次，定期改變流向。並且，關於地球上何處存在什麼樣的潮流，都已經很清楚。

因此，雖然同樣是自然能源，但潮流發電不同於風力發電，能夠獲得穩定的發電量，而且最佳設置場所也比較明確。因為能量密度高，所以能源轉換效率也很高。因此為實現實用化，全球各國都已開始進行實證實驗。

海洋能源發電可分為三類

在這種情況下，作為可最大限度發揮自身優勢的領域，川崎重工開始全力推進技術開發。

利用海洋能源發電大致可分為三類。即利用波浪的能量進行發電的「波力發電」、利用海水溫差進行發電的「海洋溫差發電」、以及利用海流和潮流的「海流和潮流發電」。川崎重工目前正致力於海流和潮流發電中的潮流發電。

現在，最熱衷於開發利用海洋能源的是蘇格蘭。蘇格蘭以20世紀60年代後半期的石油危機為契機，開始進行與充分利用海洋能源相關的技術開發。不過，進入20世紀80年代之後，隨著北海油田開發變得火熱，利用海洋能源的技術開發勢衰。但到了2000年代，在迫切要求全球氣候變暖對策的形勢下，海洋能源再次受到矚目。  

蘇格蘭政府提出了在2020年之前，利用再生能源滿足全部電力需求的方針，並表明要用海洋能源提供其中10％以上的電力。因此，目前已開始積極提供實證實驗場所及發放補貼等。

其中，全球規模最大的是位於蘇格蘭最北端與奧克尼群島（the Orkney Islands）之間的彭特蘭灣實證實驗區。蘇格蘭政府將此處作為潮流發電系統及波力發電系統的一大基地，目前有許多國家的企業正在進行實證實驗。川崎重工也參與其中，力爭在2015年實現實用化。

目前川崎重工正在進行開發的潮流發電系統設想設置於深50米的海底。使用三枚葉片，渦輪直徑為18米。每台可輸出1百萬瓦電力，設置一台需要一塊邊長為20米的正方形土地。

潮流發電概念圖（提供：川崎重工業）

先是使用實驗水槽，利用尺寸相當於實物20分之1的模型反覆進行實驗。計劃在2012年以後，利用相當於實物10分之1、5分之1的模型進行實驗，3年後在彭特蘭灣投入運轉。  

「現在參加彭特蘭灣項目的企業基本都是風險企業。而本公司擁有多年累積的高度技術實力。這是風險企業無法輕易模仿的」，川崎重工策劃本部新事業推進部的平松秀基這樣說道。  

歐洲正在推進利用高壓直流供電網的超級電網構想。計劃在今後10年內，使用該供電網，向全歐洲提供利用多種再生能源生產的電力。通過彭特蘭灣項目進行的海洋能源發電也是其對象之一。所以如果能成功在彭特蘭灣實現商用化，將會推動以後在海外市場開展業務。川崎重工把彭特蘭灣項目視為可向海外市場宣傳該公司高度技術實力的大好機會。

預定2015年起在沖繩進行實證實驗

川崎重工開始著手開發潮流發電系統的最大理由是，潮流發電系統可最大限度地充分利用該公司多年累積的多項技術。

        首先，川崎重工擁有較長的船舶螺旋槳開發歷史。目前還在製造潛水艇。因此，累積了許多與海洋有關的技術經驗。另外還在開發火力發電站等使用的燃氣輪機，擁有與發電有關的技術。

而且，潮流發電系統需要設置在海底，而該公司在橋樑建設方面也擁有業績。如果集結這些技術和經驗，便可實現最高水準的潮流發電系統。

川崎重工的方針是在日本國內也積極推廣潮流發電系統。正在與沖繩電力及其關聯企業沖繩新能源開發公司共同計劃，以沖繩縣的離島為中心開展實證實驗。

選擇沖繩縣的離島的主要理由是，可作為供電成本高的地區的獨立電源，充分利用潮流發電系統。再者，目前在日本國內並沒有像蘇格蘭那樣的大規模實證實驗場所。因此，要進行實證實驗，需要取得當地居民的理解和同意，這是一個很大的障礙。

「在沖繩的離島進行的實證實驗計劃以2015年為目標，首先設置1台。今後如果正式實現商用化，考慮到供電網等初期費用，以100台為單位進行設置能夠符合經濟效益」，川崎重工業技術開發本部部長飯塚昌弘這樣介紹道。因此，以被選為新能源產業技術綜合開發機構的項目為契機，今後將繼續進行關於新設置場所的調查。

的確，如果在海底設置多臺這種裝置，有可能會對海洋生物產生影響。首先想到的是，海豚、魚等會不會被捲入旋轉的葉片而受傷。

不過下山表示，「關於這一點無需擔心」。這是因為，潮流發電系統葉片的旋轉速度為1分鐘15圈。也就是說旋轉1圈需要花費4秒鐘時間。這個速度對於魚來說和靜止沒什麼區別。除非有特殊情況，一般不會被捲入速度這麼慢的葉片。  

這也是與風力發電一個較大的不同之處。水與空氣相比能量密度要高很多，因此即使葉片轉速較慢，也能獲得充足的電力。

另一方面，潮流發電系統所面臨的獨特課題是貝類和藻類植物附著在葉片上。船舶一般是每年一次移到陸地上進行維護，清理船底和螺旋槳上附著的貝類等。

不過，關於潮流發電系統，川崎重工從運行成本等角度考慮，確立了免維護的目標。一旦設置於海底之後，只要不發生故障，就不起出送回到陸地上。因此，葉片防污也成為一個重要的研究課題。


希望有效利用全球規模最大洋流「黑潮」

以前船舶的螺旋槳上都塗有含錫的塗料，以防止貝類和藻類附著在上面。不過，錫對生物有害，現已被禁止使用。所以，川崎重工從貝類常常附著在較硬的表面上這一特性出發，目前正致力於開發柔軟的表面塗料。

地基部分的設計對於該公司來說這是首次。海底並不全是平坦的岩盤。有時不得不設置於沙地上。而且，由於潮流每天四次改變流向，因此潮流發電系統的葉片朝向要隨著潮流的流向而變化。為了精確控制其姿勢，地基部分的設計非常重要。因此，川崎重工也很注重符合設置場所的施工方法，以及符合施工方法的設計。

當前川崎重工的目標是2015年在彭特蘭灣實現商用化，和在沖繩的離島開始進行實證實驗。並作為長期計劃也在考慮實現「海流發電系統」的商用化。  

日本近海的黑潮是全球規模最大的海流。如果利用這種水流一直保持穩定的海流，發電效率會高於潮流發電。不過，海流發電與潮流發電不同，需要設置於離海岸較遠的地方。水深也較深，水流速度也更慢。因此必須進一步實現裝置的大型化，並鋪設海底電纜。

特別是海底電纜的鋪設費用相當巨大，就目前來看非常不合算。因此，川崎重工開始探討通過海底電纜之外的其他途徑輸送電力的方法。

川崎重工策劃本部新事業推進本部長有山房德這樣說道：「為了地球環境的未來，本公司將二氧化碳減排作為公司的使命。海流和潮流發電系統的開發也是其中的一環。我們一定要使項目取得成功，以高度的技術實力為世界作貢獻。」 （《日經商務在線》特約撰稿人：山田久美）【日經能源環境網】

http://big5.nikkeibp.com.cn/eco/m/2840-20120525.html?ref=ML&limitstart=0

輸電成本貴過發電成本.