2013年10月31日08:49
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日本在其近海接連實施浮體式海上風力發電實証試驗。這關系到確保穩定的國產能源和培養海洋開發產業。
8月中旬，在距離陸地約20公裡的福島海域，水面上出現了一座葉片旋轉直徑為80米的巨型風車。這是一台功率達2000千瓦的大型風力發電機。
風車建在漂浮在海面的“浮體”之上。在東京灣沿岸的船塢（三井造船公司千葉工廠）進行組裝后，連風車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公司開發、功率達到世界最高水平7000千瓦的風力發電機。
浮體式海上風力發電是在全球都仍處於實驗階段的尖端技術。在日本，除了經濟產業省在福島海域開展的實驗外，環境省與京都大學等在距離長崎縣五島市?島1公裡的海域，接受日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）補貼的三井海洋開發公司在佐賀縣呼子町海域，也在分別開展實証試驗。
其目的是通過實証試驗，分析發電量及建設、維持成本等實現商業化需要的信息。這將成為日本政府制定可再生能源發電固定價格收購制度收購價格的依據。統管福島海域項目的丸紅公司國內電力項目部長福田知史展望未來表示：“只是進行試驗並沒有意義。我們還將（在福島海域）繼續增加風車。爭取在5年后實現商業化。”
替代火電站與核電站
海上風力與其他可再生能源的很大不同之處在於，可以實現大規模集中型發電站。日本的專屬經濟區（EEZ）面積居世界第六。隻要開辟出3公裡見方的海域，就能設置100座目前正在開發的7000千瓦級大型風車，容量堪比大型火力發電站和中型核電站。如果是在海面之上，日本就可以通過風車追求狹小國土難以實現的“規模經濟”。
日本的海域淺灘較窄，不適合大規模建設基礎設在海底、利用支柱支撐的“著床式”海上風車。浮體式實現實用化的關鍵，在於如何充分利用廣闊的專屬經濟區。對於其意義，福田部長強調說：“隻要成功，就能獲得永不枯竭的龐大國產能源資源。這將在保障安全和國際競爭力方面給日本帶來巨大的好處。”
但另一方面，對於日本而言，這也是一項重大挑戰。三菱重工是日本最大的風力發電機生產企業，但世界份額僅為2％。目前可以量產的風車功率最大為2000千瓦左右。在國內尚無大市場的風力領域，日本企業的確落在了后面。
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| 在海上對海底氣田開採出的天然氣進行液化的FLNG（浮體式液化天然氣生產設備） |
打入處於劣勢的風車市場
海上風力的建設成本負擔要比陸地大，因此，在著床式海上風力建設領先的歐洲，為了提高單位建設成本的發電量，風車在向大型化發展。主流為3000千瓦級，5000千瓦級也已經投入了商業運轉。在建設成本高於著床式的浮體式風力領域，大型化也是必須解決的課題。
在歐洲，以英國為首，大規模項目蜂擁而起。海上風力的累計裝機容量在2009年為207萬千瓦，到3年后的2012年，已經增加到500萬千瓦，是2009年的2.5倍。值得關注的是風力發電機的勢力圖。陸地份額隻有個位數、勉強擠進前十的德國西門子公司在海上擁有50％以上的份額。
2012年，西門子決定退出太陽能發電和太陽熱發電業務，在可再生能源領域集中專攻風力和水力發電。西門子日本公司專務執行董事藤田健一表示，西門子對海上風力的定位是，“除了大型化之外，還要應對鹽害、雷擊等眾多情況，是能夠發揮西門子技術實力的領域”。在技術實力掌握關鍵的海上風力市場上，日本企業也有發起反攻的機會。
三菱重工力爭實現實用化的7000千瓦級風車，葉片長度超過80米，支柱超過100米。其問題在於維護和維修。
通常，作為關鍵部件的發電機等容納在葉片的旋轉中心（機艙）之中。如果是在高處，而且是在海上進行操作，耗費的成本十分龐大。如何減少維護和維修決定著發電業務的成敗。
為此，三菱重工正在開發無需增速機（齒輪），即可將葉片的旋轉力傳送到發電機的“油壓驅動”技術。如果是使用增速機的普通機構，風車越大，施加到齒輪上的力越大，就越容易發生故障。為此，三菱重工通過收購已開發出油壓控制技術的英國風險企業，將其技術應用到了風力發電機之中。油壓驅動機構的特點是，不易發生故障，與增速機不同，即使部件部分損壞，功率也不會降到零。
浮體式需克服搖擺
三井海洋開發的風力潮流混合動力發電機。
計劃在佐賀縣呼子海域開展實証試驗的三井海洋開發從根本上改進了適合浮體式的發電機結構。作為三井造船旗下從事海洋開發業務的子公司，該公司建設了許多作為海上石油和燃氣生產基地的浮體。海上工作經驗豐富的事業開發部長中村拓樹自稱是“邊維護邊操作海上漂浮工廠的專家”。中村部長認為：“通常的風車重心高，不適合在浮體上設置。在海面上，高處的旋轉機構會不停搖擺，在海上進行維護並不現實。”
為此，三井海洋開發通過組合達裡厄風車與薩沃紐斯水車，開發出了“浮體式潮流風力混合動力發電機”。達裡厄風車是一種旋轉軸垂直安裝的風車，機構部分安裝在支柱的底部，因此降低了重心，可在浮體甲板上進行維護。再通過在浮體水面以下的部分安裝無論潮流方向如何，都能保証旋轉方向相同的薩沃紐斯水車，就可同時進行潮流發電。三井海洋開發用於實証試驗的達裡厄風車直徑為28米、高50米，與水車相加，最大輸出功率為900千瓦。
在福島海域的實証項目中，開發可使結構物在海上保持穩定的浮體也是一項重要課題。這次，三井造船建造出了承托2000千瓦風車的浮體。而且，通過此次項目，日本IHI公司與JFE控股公司合資的造船企業日本造船聯合公司（JMU）還將建設世界上首座海上變電站，以及預定於2014年設置的7000千瓦風車浮體。
日本造船聯合開發的浮體名為“先進浮筒型平台”，對一種圓柱型浮體進行了改良。工程生命周期事業本部副本部長大鬆哲也說：“這種浮體不搖晃，能夠防止構成變電站的變壓器內部漏油，頗受好評。”即便是風速50米的強風和五十年一遇的22米大浪，浮體的傾斜度也僅為5∼6度。
成為海洋資源開發的起爆劑
歐洲風能協會（EWEA）預測，歐洲的海上風力設備容量將在2020年底達到4000萬千瓦，在2030年底達到1.5億千瓦。其增長速度驚人。英國政府為了利用風力發電滿足國內3分之1的電力消費，正在推進大規模海上風力計劃，三菱重工也參與了其中的開發項目。該公司力爭憑借其開發的油壓驅動風車打入歐洲這一巨大市場。
在歐洲，利用淺灘的著床式風力發電一直是主流，但擔任福島海域項目顧問的東京大學教授石原孟主張說：“在不遠的將來，主流將逐漸向浮體式轉移，這是顯而易見的。企業能否在該領域引領世界，要看最近幾年的開發成果。”
石原教授還說：“應當把浮體式風力發電打造成日本向海洋開發國家轉型的起爆劑。”包括開發在海上生產、儲存石油和燃氣的浮體式設備及系泊技術在內，海洋資源開發與浮體式海上風力有很多相通之處。
日本政府4月公布的《海洋基本計劃》把開發海洋資源和能源作為了一大支柱。
由於造船需求的減少，日本的造船業正面臨著困境。規模約為8萬億日元的普通商船市場在今后也難有大的增長。
相反，海上風力的規模預計在2020年將從現在的幾千億日元快速擴大到5.7萬億日元。海底油氣田生產需要的海洋資源開發船也有望擴大到現在的近3倍，達到10.8萬億日元。
其實，日本的造船業曾經在海洋開發方面吃過苦頭。1980年代中期，日本的造船企業曾大舉進軍海洋開發船領域，但家家虧損，多數企業不得已選擇了撤退。對於其中的原因，關系人士解釋稱：“隻生產一艘的特殊船建造不適合當時以量產為主的日本國內造船業。”在佐賀縣呼子海域開展浮體式風力實証試驗的三井海洋開發是該領域少數幸存下來的日本企業之一。
在歐洲，海上風力開發計劃進展順利的基礎在於通過北海油田培育壯大的海洋開發產業。倘若日本能夠引領在世界上剛剛起步的浮體式海上風力的開發，不只是風車產業，或許還能夠成為培育海洋開發產業的踏板。日本的海上風力戰略將會對日本的產業形成廣泛的影響。（作者：中西清隆，日經能源環境網 供稿）
