客观日本

日本开发专用船和无叶片风车推进台风发电,变威胁为资源

2022年06月03日 能源环境

将台风的威胁变成资源的“台风发电”正在加速推进之中。横滨国立大学已开始着手开发一种专用船,在海上追赶台风进行发电。日本初创企业Challenergy(东京墨田区)将开发一种没有叶片,即使遇到强风也不易损坏的发电风车,以便应用于岛屿等。到2050年,台风或许会成为推进脱碳的手段之一。

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横滨国立大学开发的台风发电船模型(供图:满行泰河副教授)

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Challenergy公司在菲律宾设置的风力发电机(供图:Challenergy公司)

台风发电船将台风作为船帆驱动船舶前进的动力,并驱动设置在水下的发电机。提取的电力可以储存到蓄电池中,或者利用海水制氢运输。横滨国立大学正在开发这种宛若SF(科幻)世界的技术。2021年10月横滨国立大学成立了“台风科学技术研究中心”,将开发台风发电船定为核心项目之一。

台风发电船的想法由来已久。东海大学2008年公布了使用模型船进行的基础研究结果。但是,需要远程操控或者自动驾驶船舶,才能在危险的台风中行进。横滨国立大学的满行泰河副教授介绍说:“随着船舶操控技术的发展,已经看到实现的可能性”。

船舶的设计“仍在研究之中”(满行副教授),为提高稳定性,考虑了将两艘船连在一起制成双体船,或者在船底装载重型蓄电池以降低重心的方案。

假如日本附近每年发生20场台风,每次用100艘发电船追逐台风发电5天,发电量可达到日本总用电量的3%以上。计划5年后在模拟台风的实验设施中运行模型船来验证这个想法,10年后将建造小型实证船,到海上实际考察其可实施性。

日本Challenergy公司也在致力于开发一种即使在台风中也能发电的风力发电机。该公司首席执行官(CEO)清水敦史兴致勃勃地表示:“希望2050年之前能通过本公司的风力发电满足某些岛屿的电力需求。”该公司已于2018年在冲绳县石垣岛启动了输出功率为10千瓦的实证机,现在的目标是向岛屿销售商用机。计划2045年之前开发出1兆瓦以上的大型发电机。

该公司开发的风力发电机不使用因为薄而容易损坏的叶片,而是用容易提高强度的圆筒受风。利用旋转的圆筒遇风时产生的“马格努斯力”不仅能驱动发电机,还可以充分应对风向的变化。普通的风力发电在风速达到25米时就会停止运行,而该公司的发电机即使风速达到40米也能继续发电。“收到了来自世界各地的咨询”(清水CEO),之所以备受关注,是因为它有助于解决岛屿目前存在的问题。

岛屿大多使用成本比较高的柴油发电,设置光伏电池板的空间也有限。虽然会刮风,但岛上容易出现湍流,台风也经常经过,因此不适合传统的风力发电。Challenergy公司认为岛屿的市场机会十分大,成本将来也打算降到与普通风力发电相同的水平。

清水CEO充满期待地表示,2050年“将把氢变成岛屿的特产”。该公司打算把在岛屿及其近海发电的电力变成氢,以支援日本实现氢社会。

台风路径预测和建造设备是关键

台风发电的动向与前景展望
2008年 东海大学发表关于台风发电船基础研究的论文
2014年 Challenergy公司成立,计划开发在台风中也可以发电的风力发电机
2018年 Challenergy公司在冲绳石垣岛建造输出功率为10千瓦的实证机
2021年 横滨国立大学成立台风科学技术研究中心,开始开发台风发电船
2032年前后 横滨国立大学建造调查台风发电船性能的实证船
2045年前后 Challenergy公司开发输出功率为1兆瓦级的大型发电机
2050年前后 实现台风发电船,可以追着台风发电
台风发电机在岛屿普及,成为制氢基地

全面实现台风发电还面临诸多课题。高精度预测台风路径和强度的技术对台风发电船的航行很重要。因为船舶在海上的位置和航行路线被认为会大大改变发电效率。如果能将船舶引导至台风风力相对较弱的台风西南侧,还有助于确保安全。

横滨国立大学的台风科学技术研究中心将与专门从事台风观测和路径预测的研究人员合作,研究台风发电船的具体运用方法。该中心认为,为在危险的台风中实际航行,还需要完善相关的法律和保险等制度,将与各领域的专家进行讨论。

建造台风发电船离不开企业的协助。满行副教授表示:“开发像台风发电船这样的自主技术还有助于复兴日本的造船业”,所以首先抓紧在大学确立技术。

Challenergy公司计划开发的1兆瓦级大型发电机的建造也存在课题。清水CEO说:“对于实现大型化,还有必要与港湾建设配套。即使完成了设计,实际建造之前也有很多困难需要克服。”包括在哪里建造以及如何运输等在内,亟需研究具体对策。

日文:远藤智之、《日经产业新闻》,2022/5/27
中文:JST客观日本编辑部