【日本海洋能源開發】（1）“海明”和“巨鯨”引領全球技術開發

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前幾篇文章介紹了全球海洋能源開發的具體情況。自本文起為讀者介紹日本的相關狀況。首先，回顧日本領先世界進行技術開發的歷程，介紹在波力發電再度被寄予厚望的背景下，日本進行的主要波力發電實証業務。

發電量相當於42座核電機組

資料1是2010年日本獨立行政法人新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）估算的、最大限度利用海洋能源時的發電量。潮流和海流的發電量相當於3座核電機組，波力方面從現在的技術水平來看，具備3座核電機組的發電量，如果將來技術發展，可實現與14座核電機組相當的發電量。海洋溫度差發電方面，利用現有技術可實現8座核電機組的發電量，隨著技術的發展，可實現25座核電機組的發電量。

資料1. 最大限度利用海洋能源的發電量（按種類） 注：以每座核電機組發電量100萬千瓦、設備利用率70％為前提進行換算。 出處：根據NEDO“掌握海洋能源潛力相關業務（2010年）”制作而成。

從合計值來看，如果擁有相當水平的技術，便可開發相當於42座核電機組的發電量。從圖中可以看出，潮流及海流基本可利用現有技術，實現實用化已為期不遠。波力和溫度差發電潛力較大，隨著研究開發成果的進步，會進一步擴大。

日本環境省於2012年9月公布了在2030年之前使可再生能源發電比例佔3成時的目標?。該值是以技術開發加速為前提估算得出的。海上風力為800萬千瓦，波力及潮流為150萬千瓦。

資料2將上文所述的NEDO估算數?按各個電力公司的轄區進行了分配。擁有遼闊海域的東京、九州及沖繩潛力較大，波力在東北地區具備較大潛力。海流方面，北海道、北陸及中部地區潛力較大。潮流受場所限制，從北往南津輕、伊豆、紀伊、室戶、足摺、吐噶喇、奄美及沖繩有較大潛力。

資料2. 最大限度利用海洋能源的發電量（按地區）單位：億千瓦時 出處：根據NEDO“掌握海洋能源潛力相關業務（2010年）”制作而成。

關於海洋能源發電成本，根據NEDO估算的目標?（發展藍圖），到2020年將不遜色於太陽能發電。波力發電在2015年之前可達到1千瓦時40日元，2020年降到20日元，2030年降到5∼10日元。溫度差發電則分別為40∼60日元、15∼25日元以及8∼13日元。

引領全球的波力開發

日本四周環海，海運及造船業興盛，過去曾在海洋能源開發領域位居世界之首。於1919年就實施了首項波力發電實驗。近代波力發電的歷史可追溯至被譽為波力發電之父的、已故益田善雄於1940年代進行的研究。他發明了具備波力發電功能的航線標識浮標，1965年被日本海上保安廳採用。雖然型體很小，最大輸出功率僅為30∼60瓦，卻是最先投入實用的浮體式振蕩水柱型裝置。

其后，在山形縣酒田港及千葉縣九十九裡町片貝實施了利用防波堤等的定置式波力發電試驗。隨后又進行了具有更大潛力的、設置於海上的浮體式實驗。

全球關注的“海明”和“巨鯨”（Mighty Whale）

日本海洋科學技術中心（現為日本海洋研究開發機構）與國際能源署（IEA）共同研制了浮體式波力發電裝置“海明”，從1983年到1987年在山形縣鶴岡市由良海域實施了實証試驗。該裝置為長80米、寬12米的船型浮體，配備13個無底空氣室。年發電量為190兆瓦，成功實現了為陸地供電。

在開發出“海明”約10年后的1998年8月，海洋科學技術中心開始研究海上浮體式波力發電裝置“巨鯨”（資料3）。該裝置長為50米、寬為30米、高為12米，拴置在三重縣南勢町（現在的南伊勢町）的五所灣海域。 

資料3.“巨鯨” 出處：獨立行政法人日本海洋研究開發機構

該裝置吸入海水的情形就像吞食小魚的鯨魚一樣，設置有多個空氣室，利用振蕩水柱（OWC: Oscillating Water Column）原理進行發電。共配備了3台波力發電裝置，其中2台為額定功率30千瓦的裝置，1台為根據波浪的大小，轉換10千瓦和50千瓦輸出的裝置。

採用直角排列空氣室的“終結器型”設計，在全球首次使用了利用雙向空氣流動朝同一個方向旋轉的“韋爾斯水輪機”等，使用了當時具有劃時代意義的技術，實現了約為海明5倍的能源轉換效率。可承受50年一遇的巨浪的6條栓鏈系統也受到熱議，甚至有意見認為，振蕩水柱式技術已經基本確立。“巨鯨”從1998年8月到2000年12月，共運轉了701天，實驗於2002年3月結束。

不過，在那之后，日本就停止了提供相關開發預算。

在日本的技術開發處於停滯狀態期間，作為全球變暖對策，促進利用可再生能源受到大力提倡，以歐洲為中心，海洋能源開發取得了進展。海洋能源不再是遙遠未來的技術，開始具備現實意味。海上風力發電實現商業化，隨著海上油氣田日漸枯竭而開始轉用其相關技術等，在這些背景下，海洋能源技術開發得到迅速推進，相關基礎設施也在建設完善。

從波力發電來看，已從80千瓦左右的試驗設備提升到800∼1000千瓦的商業規模實証設備，規模擴大到10倍。海洋中蘊藏的巨大能源潛力有著非常大的吸引力。

這樣下去，相關技術領域就會被歐洲等的企業席卷，日本自然而然產生了危機感。一些日本企業開始在領先一步的海外採取具體行動。

三菱重工業公司已開始在英國等地參與海上風力發電業務，並在建設研究開發基地。丸紅公司及三菱商事公司向海上風力發電相關業務進行了投資。川崎重工業公司為了開展潮流發電實証業務，簽訂了租賃蘇格蘭歐洲海洋能源中心（EMEC:European Marine Energy Centre）設施的合同。（日經能源環境網 供稿）