日本押注海上浮动风力发电挑战欧洲主导地位

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国际新能源网消息:日本已在其近海地区成功实施了海上漂浮风力发电示范试验。这关系到确保国内能源稳定和培育海洋开发产业。

八月中旬，一个直径为80米的巨型风车出现在距离陆地约20公里的福岛海域的水面上。这是一个功率为2000千瓦的大型风力涡轮机。

在东京湾(三井造船公司千叶工厂)的码头组装后，风车和浮体被拖到福岛海域，并用链条拴在海底。2014年后，三菱重工将开发另外两个风力涡轮机，功率为7000千瓦，达到世界最高水平。

海上漂浮风力发电是一项前沿技术，在世界范围内仍处于试验阶段。在日本，除了经济产业省、环境省和京都大学等在福岛海域进行的实验之外。我们还在佐贺县的河津町海域进行了单独的实验，该海域距离岛津岛、五道市、长崎县和三井海洋开发公司1公里，三井海洋开发公司接受日本新能源产业技术综合开发署(NEDO)的补贴。

目的是通过经验测试分析发电、建设和维护成本商业化所需的信息。这将成为日本政府建立可再生能源发电固定价格收购系统的基础。负责福岛海域项目的丸红国内电力项目负责人福田向前看了看，说道:“仅仅进行测试是没有意义的。我们还将继续增加风车(在福岛水域)。力争在五年内实现商业化。”

取代热电厂和核电站

海上风力发电与其他可再生能源的最大区别在于，可以实现大规模的集中式发电站。日本的专属经济区(EEZ)是世界第六大。只要开发3平方公里的海域，就可以建成100座目前正在开发的7000千瓦的大型风车，其容量相当于大型火力发电站和中型核电站。如果在海上，日本可以通过风车追求“规模经济”，这在一个小国是很难实现的。

日本的浅水区不适合大规模建造“植入式”海上风车，这些风车以海床为基础，由支柱支撑。浮体实用性的关键是如何充分利用广阔的专属经济区。关于其意义，福田首相强调:“只要我们成功，我们就能获得取之不尽、用之不竭的巨大国内能源。这将在确保安全和国际竞争力方面给日本带来巨大好处。”

但另一方面，这也是日本面临的一大挑战。三菱重工是日本最大的风力涡轮机生产商，但其全球份额仅为2%。目前，风车可以大规模生产的最大功率约为2000千瓦。在中国没有大市场的风力发电领域，日本企业确实落后了。

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进入弱势风车市场

海上风电的建设成本负担大于土地。因此，在欧洲，植入式海上风力发电建设处于领先地位，为了增加单位建设成本的发电量，风车正在大规模发展。主流是3000千瓦和5000千瓦已经投入商业运行。在建造成本高于植入式的漂浮风力发电领域，大规模建造也是必须解决的问题。

在以英国为首的欧洲，大型项目如雨后春笋般出现。2009年海上风电累计装机容量为207万千瓦，三年后，2012年增加到500万千瓦，是2009年的2.5倍。值得注意的是风力涡轮机的功率图。德国的西门子公司拥有一位数的土地份额，勉强进入前10名，但却拥有超过50%的海上份额。

2012年，西门子决定退出太阳能发电和太阳能热发电业务，专注于可再生能源领域的风力和水力发电。西门子日本公司执行董事田健滕表示，西门子在海上风力发电方面的立场是“除了应对大规模的盐害和雷击之外，还要应对许多情况，这是西门子技术力量可以发挥作用的一个领域”。日本企业也有机会在离岸风力市场发起反攻，技术实力是关键。

三菱重工努力实现一个实用的7000千瓦风车，叶片超过80米长，支柱超过100米。问题在于维护和修理。

通常，作为关键部件的发电机等容纳在叶片的旋转中心(机舱)中。如果在高空和海上操作，成本非常高。如何减少维护和维修决定了发电企业的成败。

为此，三菱重工正在开发一种“油压驱动”技术，可以将叶片的旋转力传递给发电机，而不需要增速器(齿轮)。如果这是一个使用增速器的普通机构，风车越大，施加在齿轮上的力越大，就越有可能发生故障。为此，三菱重工通过收购开发油压控制技术的英国风险公司，将其技术应用于风力涡轮机。液压驱动机构的特点是不容易出故障。与增速器不同，即使部分零件损坏，功率也不会降到零。

浮体式需要克服摇摆

三井洋开发的风力和潮流混合发电机。

三井海洋开发公司计划在佐贺县虎子海域进行一次实证试验，从根本上改进了适合浮式发电的发电机结构。作为从事海洋开发的三井造船公司的子公司，该公司建造了许多浮体作为海上石油和天然气生产基地。拥有丰富离岸工作经验的职业发展部长中村博史(Hiroshi Nakamura)声称自己是“运营离岸浮动工厂同时维护它们的专家”。中村部长说:“通常风车重心高，不适合安装在漂浮物体上。在海面上，高海拔的旋转机构不会停止摆动，因此在海上维持它是不现实的。”

由于这个原因，三井海洋开发公司开发了一种“浮动潮流风力混合动力发电机”，结合了达里厄风车和萨沃纽斯水轮。达里厄风车是一种带有垂直旋转轴的风车。该机构部分安装在支柱的底部，从而降低重心并允许在浮动甲板上进行维护。然后，通过在浮体表面以下的部分安装不管潮流方向如何都能确保相同旋转方向的萨沃纽斯水轮，可以同时进行潮流发电。三井洋为演示试验开发的达里厄风车直径28米，高50米。当加上水轮时，最大输出功率为900千瓦。

在福岛海域示范工程中，开发能够保持海上结构稳定的浮体也是一个重要课题。这一次，三井造船公司建造了一个浮体来支撑2000千瓦的风车。此外，通过该项目，日本IHI公司和JFE控股公司的合资企业日本造船联合公司(JMU)也将建造世界上第一个海上变电站和一个将于2014年安装的7000千瓦风力发电机。

日本造船业联合开发的浮体被称为“高级浮标平台”，是对圆柱形浮体的改进。“这种浮体不会晃动，并能防止构成变电站的变压器内部漏油，受到高度赞扬，”工程生命周期业务部的复制部长达松哲说。即使风速为50米高，波浪为50年一遇的22米高，浮体的倾斜度也只有5 ~ 6度。

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成为海洋资源开发的倡导者

欧洲风能协会(EWA)预测，欧洲海上风力发电能力到2020年底将达到4000万千瓦，到2030年底将达到1.5亿千瓦。增长率惊人。为了利用风力发电满足国内三分之一的用电量，英国政府正在推动一项大规模海上风力发电计划，三菱重工也参与了该开发项目。该公司努力利用其发达的石油压力将风车推向欧洲的巨大市场。

在欧洲，利用浅滩的植入式风力发电一直是主流，但东京大学的石原孟教授是福岛海域项目的顾问，他认为:“在不久的将来，主流将逐渐转向漂浮式，这是显而易见的。一个企业能否在这一领域领先世界，取决于近年来的发展成果。”

石原慎太郎教授还表示:“在日本转型为海洋开发国家的过程中，应该把漂浮风力发电作为一个发起者。”包括海上油气生产和储存的浮体设备和系泊技术的发展，海洋资源的发展与浮体海上风力发电有许多相似之处。

日本政府4月份公布的“海洋基本计划”将海洋资源和能源的开发视为主要支柱。

由于造船需求的减少，日本造船业正面临困难。总的商船运输市场规模约为8万亿日元，未来也不太可能大幅增长。

相反，离岸风力发电的规模预计将从目前的几千亿日元迅速扩大到2020年的5.7万亿日元。生产海底油气田所需的海洋资源开发船的数量预计也将增加两倍，达到10.8万亿日元。

事实上，日本的造船业受到了海洋开发的影响。20世纪80年代中期，日本造船商大举进军海洋开发船领域，但每个家庭都亏损了，大多数人不得不撤退。至于原因，相关人士解释道:“建造一艘只有一艘船的专用船不适合当时以大规模生产为主的日本国内造船业。”三井海洋开发公司在佐贺县河子海域进行了浮动风力发电的经验试验，是在这一领域幸存下来的少数日本企业之一。

在欧洲，海上风电开发计划顺利进行的基础在于北海油田海上开发产业的培育和成长。如果日本能够引领世界上刚刚起步的海上漂浮风力发电的发展，它将不仅仅是风力发电产业，还可能成为培育海上发展产业的踏板。日本的海上风电战略将对日本产业产生广泛影响。

来源：39科技网