海上風車：突出於水下的部分起到什麼作用？

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【日經BP社報導】圖片上是三井海洋開發公司正在開發的浮體式海上發電系統「skwid」。一眼就能看出的特點是，採用了使葉片保持直立的達裏厄風車。還可以利用海面附近的風，因重心較低，能夠減輕安裝于水下的重錘的重量。位於黃色浮體下方的突起部分可起到重錘的作用，除此以外，還有一個重要作用。那麼這個只有在海上使用才能發揮出來的作用到底是什麼呢？




答案是利用潮流來發電

突起部分是水輪機，也是利用潮流發電的潮力發電的關鍵設備。通過這種設備，實現了同時利用風力與潮力的混合發電。

水輪機為形狀就像縱切圓筒之後再橫向錯開了一樣的薩伏紐斯水輪機，採用將這種形狀重疊兩層的構造（圖1）。設置在浮體上的達裏厄風車無論風向如何都會朝著同一方向旋轉，薩伏紐斯水輪機與之相同，無論潮流方向如何，都會朝著同一方向旋轉。具體而言，採用風車從上面來看為順時針旋轉、水輪機為逆時針旋轉的設計。通過這種設計，抵銷了施加給浮體的旋轉力，從而使浮體更為穩定。


圖1：水輪機採用縱切圓筒之後再橫向錯開的造型。該圖為右側向裏旋轉。            
      
只在浮體中央固定了一個發電機，其轉子與風車軸直接相連。而水輪機軸通過採用行星齒輪機構的增速器，將旋轉速度提高到了25倍，水輪機軸的旋轉方向發生發轉之後，再與風車軸連接，帶動發電機旋轉（圖2）。風車軸與水輪機軸之間嵌入了基於棘輪機構的單向離合器。


圖2：利用增速器使水輪機軸的旋轉方向發生反轉，從而使風車軸與水輪機軸的旋轉趨於一致。因此，使用一台發電機即可。            
      
通過這種方法，由風車和水輪機帶動發電機旋轉，但風車軸與水輪機軸的旋轉速度並不是固定的。問題出現在風車快速旋轉時，此時水輪機會變成風車的阻力，導致發電效率降低。這時離合器會斷開，防止風車軸的旋轉力傳給水輪機軸。

在風車直徑相同的情況下，達裏厄風車因受風面積較大，發電量有望達到陸地上已經普及的螺旋槳風車的兩倍左右，加上skwid還能進行潮力發電，所以效率更高*。因此，「在輸出功率相同的情況下，包含安裝施工等在內的總成本在目前已提出方案的浮體式海上風力發電系統中最低」（三井海洋開發）。

* 陸地上之所以使用螺旋槳風車，是因為凹凸不平的地形及建築物等會導致風速在地面附近減弱，或者產生亂流。因海上幾乎沒有障礙物，所以可輕鬆使用達裏厄風車。

其實，三井海洋開發公司目前已找到眉目，可使成本低於目前孤島等使用的柴油發電機發電，首先打算在孤島上實現實用化。計劃2013年下半年在日本近海設置輸出功率為500kW的系統，在實際使用環境中進行實證試驗。（記者：高田 憲一，《日經製造》）

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