日本在其近海接連實施浮體式海上風力發(fā)電實證試驗。這關(guān)系到確保穩(wěn)定的國產(chǎn)能源和培養(yǎng)海洋開發(fā)產(chǎn)業(yè)。

8月中旬，在距離陸地約20公里的福島海域，水面上出現(xiàn)了一座葉片旋轉(zhuǎn)直徑為80米的巨型風車。這是一臺功率達2000千瓦的大型風力發(fā)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(yè)公司開發(fā)、功率達到世界最高水平7000千瓦的風力發(fā)電機。

浮體式海上風力發(fā)電是在全球都仍處于實驗階段的尖端技術(shù)。在日本，除了經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省在福島海域開展的實驗外，環(huán)境省與京都大學等在距離長崎縣五島市椛島1公里的海域，接受日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)（NEDO）補貼的三井海洋開發(fā)公司在佐賀縣呼子町海域，也在分別開展實證試驗。

其目的是通過實證試驗，分析發(fā)電量及建設(shè)、維持成本等實現(xiàn)商業(yè)化需要的信息。這將成為日本政府制定可再生能源發(fā)電固定價格收購制度收購價格的依據(jù)。統(tǒng)管福島海域項目的丸紅公司國內(nèi)電力項目部長福田知史展望未來表示：“只是進行試驗并沒有意義。我們還將（在福島海域）繼續(xù)增加風車。爭取在5年后實現(xiàn)商業(yè)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于，可以實現(xiàn)大規(guī)模集中型發(fā)電站。日本的專屬經(jīng)濟區(qū)（EEZ）面積居世界第六。只要開辟出3公里見方的海域，就能設(shè)置100座目前正在開發(fā)的7000千瓦級大型風車，容量堪比大型火力發(fā)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(xiàn)的“規(guī)模經(jīng)濟”。

日本的海域淺灘較窄，不適合大規(guī)模建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)在海底、利用支柱支撐的“著床式”海上風車。浮體式實現(xiàn)實用化的關(guān)鍵，在于如何充分利用廣闊的專屬經(jīng)濟區(qū)。對于其意義，福田部長強調(diào)說：“只要成功，就能獲得永不枯竭的龐大國產(chǎn)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，對于日本而言，這也是一項重大挑戰(zhàn)。三菱重工是日本最大的風力發(fā)電機生產(chǎn)企業(yè)，但世界份額僅為2％。目前可以量產(chǎn)的風車功率最大為2000千瓦左右。在國內(nèi)尚無大市場的風力領(lǐng)域，日本企業(yè)的確落在了后面。

在海上對海底氣田開采出的天然氣進行液化的FLNG（浮體式液化天然氣生產(chǎn)設(shè)備）

打入處于劣勢的風車市場

海上風力的建設(shè)成本負擔要比陸地大，因此，在著床式海上風力建設(shè)領(lǐng)先的歐洲，為了提高單位建設(shè)成本的發(fā)電量，風車在向大型化發(fā)展。主流為3000千瓦級，5000千瓦級也已經(jīng)投入了商業(yè)運轉(zhuǎn)。在建設(shè)成本高于著床式的浮體式風力領(lǐng)域，大型化也是必須解決的課題。

在歐洲，以英國為首，大規(guī)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(jīng)增加到500萬千瓦，是2009年的2.5倍。值得關(guān)注的是風力發(fā)電機的勢力圖。陸地份額只有個位數(shù)、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(fā)電和太陽熱發(fā)電業(yè)務(wù)，在可再生能源領(lǐng)域集中專攻風力和水力發(fā)電。西門子日本公司專務(wù)執(zhí)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(yīng)對鹽害、雷擊等眾多情況，是能夠發(fā)揮西門子技術(shù)實力的領(lǐng)域”。在技術(shù)實力掌握關(guān)鍵的海上風力市場上，日本企業(yè)也有發(fā)起反攻的機會。

三菱重工力爭實現(xiàn)實用化的7000千瓦級風車，葉片長度超過80米，支柱超過100米。其問題在于維護和維修。

通常，作為關(guān)鍵部件的發(fā)電機等容納在葉片的旋轉(zhuǎn)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(fā)電業(yè)務(wù)的成敗。

為此，三菱重工正在開發(fā)無需增速機（齒輪），即可將葉片的旋轉(zhuǎn)力傳送到發(fā)電機的“油壓驅(qū)動”技術(shù)。如果是使用增速機的普通機構(gòu)，風車越大，施加到齒輪上的力越大，就越容易發(fā)生故障。為此，三菱重工通過收購已開發(fā)出油壓控制技術(shù)的英國風險企業(yè)，將其技術(shù)應(yīng)用到了風力發(fā)電機之中。油壓驅(qū)動機構(gòu)的特點是，不易發(fā)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(fā)的風力潮流混合動力發(fā)電機。

計劃在佐賀縣呼子海域開展實證試驗的三井海洋開發(fā)從根本上改進了適合浮體式的發(fā)電機結(jié)構(gòu)。作為三井造船旗下從事海洋開發(fā)業(yè)務(wù)的子公司，該公司建設(shè)了許多作為海上石油和燃氣生產(chǎn)基地的浮體。海上工作經(jīng)驗豐富的事業(yè)開發(fā)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(shè)置。在海面上，高處的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)會不停搖擺，在海上進行維護并不現(xiàn)實。”

為此，三井海洋開發(fā)通過組合達里厄風車與薩沃紐斯水車，開發(fā)出了“浮體式潮流風力混合動力發(fā)電機”。達里厄風車是一種旋轉(zhuǎn)軸垂直安裝的風車，機構(gòu)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，都能保證旋轉(zhuǎn)方向相同的薩沃紐斯水車，就可同時進行潮流發(fā)電。三井海洋開發(fā)用于實證試驗的達里厄風車直徑為28米、高50米，與水車相加，最大輸出功率為900千瓦。

在福島海域的實證項目中，開發(fā)可使結(jié)構(gòu)物在海上保持穩(wěn)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(yè)日本造船聯(lián)合公司（JMU）還將建設(shè)世界上首座海上變電站，以及預(yù)定于2014年設(shè)置的7000千瓦風車浮體。

日本造船聯(lián)合開發(fā)的浮體名為“先進浮筒型平臺”，對一種圓柱型浮體進行了改良。工程生命周期事業(yè)本部副本部長大松哲也說：“這種浮體不搖晃，能夠防止構(gòu)成變電站的變壓器內(nèi)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(fā)的起爆劑

歐洲風能協(xié)會（EWEA）預(yù)測，歐洲的海上風力設(shè)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(fā)電滿足國內(nèi)3分之1的電力消費，正在推進大規(guī)模海上風力計劃，三菱重工也參與了其中的開發(fā)項目。該公司力爭憑借其開發(fā)的油壓驅(qū)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(fā)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(zhuǎn)移，這是顯而易見的。企業(yè)能否在該領(lǐng)域引領(lǐng)世界，要看最近幾年的開發(fā)成果。”

石原教授還說：“應(yīng)當把浮體式風力發(fā)電打造成日本向海洋開發(fā)國家轉(zhuǎn)型的起爆劑。”包括開發(fā)在海上生產(chǎn)、儲存石油和燃氣的浮體式設(shè)備及系泊技術(shù)在內(nèi)，海洋資源開發(fā)與浮體式海上風力有很多相通之處。

由于造船需求的減少，日本的造船業(yè)正面臨著困境。規(guī)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(guī)模預(yù)計在2020年將從現(xiàn)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(chǎn)需要的海洋資源開發(fā)船也有望擴大到現(xiàn)在的近3倍，達到10.8萬億日元。

其實，日本的造船業(yè)曾經(jīng)在海洋開發(fā)方面吃過苦頭。1980年代中期，日本的造船企業(yè)曾大舉進軍海洋開發(fā)船領(lǐng)域，但家家虧損，多數(shù)企業(yè)不得已選擇了撤退。對于其中的原因，關(guān)系人士解釋稱：“只生產(chǎn)一艘的特殊船建造不適合當時以量產(chǎn)為主的日本國內(nèi)造船業(yè)。”在佐賀縣呼子海域開展浮體式風力實證試驗的三井海洋開發(fā)是該領(lǐng)域少數(shù)幸存下來的日本企業(yè)之一。

在歐洲，海上風力開發(fā)計劃進展順利的基礎(chǔ)在于通過北海油田培育壯大的海洋開發(fā)產(chǎn)業(yè)。倘若日本能夠引領(lǐng)在世界上剛剛起步的浮體式海上風力的開發(fā)，不只是風車產(chǎn)業(yè)，或許還能夠成為培育海洋開發(fā)產(chǎn)業(yè)的踏板。日本的海上風力戰(zhàn)略將會對日本的產(chǎn)業(yè)形成廣泛的影響。