客觀日本

日本開發專用船和無葉片風車推進颱風發電,變威脅爲資源

2022年06月03日 能源環境

將颱風的威脅變成資源的「颱風發電」正在加速推進之中。橫濱國立大學已開始着手開發一種專用船,在海上追趕颱風進行發電。日本初創企業Challenergy(東京墨田區)將開發一種沒有葉片,即使遇到強風也不易損壞的發電風車,以便應用於島嶼等。到2050年,颱風或許會成爲推進去碳的手段之一。

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橫濱國立大學開發的颱風發電船模式(供圖:滿行泰河副教授)

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Challenergy公司在菲律賓設置的風力發電機(供圖:Challenergy公司)

颱風發電船將颱風作爲船帆驅動船前進的動力,並驅動設置在水下的發電機。提取的電力可以儲存到蓄電池中,或者利用海水制氫運輸。橫濱國立大學正在開發這種宛若SF(科幻)世界的技術。2021年10月橫濱國立大學成立了「颱風科學技術研究中心」,將開發颱風發電船定爲核心專案之一。

颱風發電船的想法由來已久。東海大學2008年公佈了使用模式船進行的基礎研究結果。但是,需要遠程操控或者自動駕駛船,才能在危險的颱風中行進。橫濱國立大學的滿行泰河副教授介紹說:「隨着船操控技術的隊形變換,已經看到實施的可能性」。

船的設計「仍在研究之中」(滿行副教授),爲提高穩定性,考慮了將兩艘船連在一起製成雙體船,或者在船底裝載重型蓄電池以降低重心的方案。

假如日本附近每年發生20場颱風,每次用100艘發電船追逐颱風發電5天,發電量可達到日本總用電量的3%以上。計劃5年後在類比颱風的實驗設施中運行模式船來驗證這個想法,10年後將建造小型實證船,到海上實際考察其可實施性。

日本Challenergy公司也在致力於開發一種即使在颱風中也能發電的風力發電機。該公司執行長(CEO)清水敦史興致勃勃地表示:「希望2050年之前能透過本公司的風力發電滿足某些島嶼的電力需求。」該公司已於2018年在沖繩縣石垣島起動了輸出功率爲10瓩的實證機,現在的目標是向島嶼銷售商用機。計劃2045年之前開發出1兆瓦以上的大型發電機。

該公司開發的風力發電機不使用因爲薄而容易損壞的葉片,而是用容易提高強度的圓筒受風。利用旋轉的圓筒遇持續吹風時間產生的「馬格努斯力」不僅能驅動發電機,還可以充分因應風向的變化。普通的風力發電在風速達到25米時就會停止運行,而該公司的發電機即使風速達到40米也能繼續操作發電。「收到了來自世界各地的諮詢」(清水CEO),之所以備受關注,是因爲它有助於解決島嶼目前存在的問題。

島嶼大多使用成本比較高的柴油發電,設置光伏電池板的空間也有限。雖然會颳風,但島上容易出現亂流,颱風也經常經過,因此不適合傳統的風力發電。Challenergy公司認爲島嶼的市場機會十分大,成本將來也打算降到與普通風力發電相同的水平。

清水CEO充滿期待地表示,2050年「將把氫變成島嶼的特產」。該公司打算把在島嶼及其近海發電的電力變成氫,以支援日本實施氫社會。

颱風路徑預測和建造設備是關鍵

颱風發電的動向與前景展望
2008年 東海大學發表關於颱風發電船基礎研究的論文
2014年 Challenergy公司成立,計劃開發在颱風中也可以發電的風力發電機
2018年 Challenergy公司在沖繩石垣島建造輸出功率爲10瓩的實證機
2021年 橫濱國立大學成立颱風科學技術研究中心,開始開發颱風發電船
2032年前後 橫濱國立大學建造調查颱風發電船性能的實證船
2045年前後 Challenergy公司開發輸出功率爲1兆瓦級的大型發電機
2050年前後 實施颱風發電船,可以追着颱風發電
颱風發電機在島嶼普及,成爲制氫基地

全面實施颱風發電還面臨諸多課題。高精度預測颱風路徑和強度的技術對颱風發電船的航行很重要。因爲船在海上的位置和航行路綫被認爲會大大改變發電效率。如果能將船引導至颱風風力相對較弱的颱風西南側,還有助於確保全全。

橫濱國立大學的颱風科學技術研究中心將與專門從事颱風觀測和路徑預測的研究人員合作,研究颱風發電船的具體運用方法。該中心認爲,爲在危險的颱風中實際航行,還需要完善相關的法律和保險等制度,將與各領域的專家進行討論。

建造颱風發電船離不開企業的協助。滿行副教授表示:「開發像颱風發電船這樣的自主技術還有助於復興日本的造船業」,所以首先抓緊在大學確立技術。

Challenergy公司計劃開發的1兆瓦級大型發電機的建造也存在課題。清水CEO說:「對於實施大型化,還有必要與港灣建設配套。即使完成了設計,實際建造之前也有很多困難需要克服。」包括在哪裏建造以及如何運輸等在内,亟需研究具體對策。

日文:遠藤智之、《日經產業新聞》,2022/5/27
中文:JST客觀日本編輯部