產學攜手 日本集光式太陽能技術躍進

作者: 本報訊 | 台灣立報 – 2013年1月23日 上午12:39

■宋竑廣

據讀賣新聞1月初報導,日本宮崎大學校內的集光式太陽裝置,有了新的成果突破,該設施所產生的熱能,溫度高達1千5百度,不到7秒便能讓1公升的水從0度上升到沸騰,具有世界最高等級的集光效果;據三鷹光學儀器公司官網說明,宮崎縣與該公司、宮崎大學、新潟大學等產學合作,在宮崎大學校內的空地,完成「Beam-Down Solar Concentrator 太陽能集光裝置」,未來將有多種熱能應用。

這項裝置高達16公尺,頂部設有直徑4.3公尺的橢圓鏡,其下有88個定日鏡(將太陽或其他天體的光線反射到固定方向的光學裝置),每個定日鏡有10面直徑50公分的凹面鏡,能夠精密地感測太陽移動,把光線集中到上部的橢圓鏡,然後橢圓鏡再把從定日鏡接收到的光線,集中到底下的焦點以便利用;被集中的太陽光轉換成熱能之後,可以用在氫能源等新式能源的製造,且宮崎縣日照豐富,很適合發展太陽能。

▲日本太田市的房舍在屋頂加裝太陽能發電裝置,圖攝於2008年10月28日。(圖文/路透)

所謂集光式太陽能,是指利用鏡頭、鏡子等工具反射、集中太陽光,產生熱能使水沸騰,利用蒸氣使蒸氣渦輪發動機產生電,和一般發電方式不同之處在於,熱能的來源不是燃料而是太陽能;而在夜間等無法利用太陽能的時段,則利用蓄熱設備繼續發電。著名的例子有位於西班牙南部的Gemasolar太陽能發電廠,能夠全天候不間斷地發電,每年發電量相當於當地3萬戶家庭的用量。

天文觀測技術 發電也適用

宮崎大學已和進行氫氣製造研究的新潟大學簽定共同研究契約,之後會從新潟大學取得設備,預定2013年開始做製造氫氣的實驗,而宮崎大學工學部則正在計劃進行太陽能電池的研究;宮崎大學先前曾舉辦相關演講,準教授西岡賢祐說:「集光式太陽能裝置,可增加單位面積的發電量,大幅減少半導體的使用量,還可降低成本。」

新潟大學教授兒玉龍也則表示:「有了這項裝置,加上我們開發的氫氣製造技術,將太陽熱能化學燃料化,有利於貯藏能源,也方便把能源運送到消費地。」未來如何結合彼此擅長的技術,備受外界期待。

而三鷹光學儀器公司則將利用此裝置,進行蓄熱發電與海水淡化的研究。製作顯微鏡、望遠鏡等起家的三鷹光學,早在09年就跟日本國立天文台合作,開發太陽光集光實驗裝置,利用觀測太陽用的望遠鏡技術,提升集光能力與追蹤精確度,並同時獲得觀測數據。對於天文台來說,不管是設在山上的觀測台,或者利用氣球在高空進行觀測,電源取得不易,且發電裝置需適應嚴酷環境,和太陽能發電技術相輔相成有其益處;有鑑定過往此類發電盛行於擁有沙漠等廣大土地的國家,因此小型化與分散化的實驗研究也在進行中,以擴大應用範圍;2010年該公司於三鷹市的同類型實驗設備,還可以作為市民與中小學生參觀尖端技術的學習地點。

除宮崎大學外,日本其他大學也有進行集光式太陽能技術研究的例子。根據日本經濟新聞等媒體報導,去年5月,東京工業大學發表獨家技術「多重LINK反射鏡」,企圖把發電成本降到曲面鏡式太陽能發電的2/3以下;該技術和阿拉伯聯合大公國政府支持的能源公司MASDAR-ADFEC合作投資,還有擅長大型建造的三井造船,與具有尖端光學技術、製作高精度鏡面的日本光學儀器公司Konica Minolta參與。

在日本,集光型太陽能發電,還有其他類型的配套技術發展。去年7月,住友電力工業的橫濱製作所,起用自家設計的集光型太陽能發電設備,由於發電模組採用特殊材料,發電效率是一般市售矽晶圓太陽能板的兩倍,再搭配氧化還原液流儲能電池(Redox flow battery)等,提高供電的穩定度,預定今年向工廠、商業設施、大型家戶販賣設備。

另外,非集光型太陽能發電也有技術進展,去年年底,日本新能源與產業技術綜合開發機購NEDO(New Energy and Industrial Technology Development Organization),發表世界最高光電轉換效率37.7%的太陽能電池(一般效率僅在10~20%之間),往發電成本每度電7日圓的目標又進一步。

跨國輸電仍有變數

據東京工業大學說明,研發集光型太陽能技術乃是基於未來市場的利基;他們根據歐洲太陽能發電產業協會等單位發行的報告、「集光型太陽能利用報告2009」(Global Concentrating Solar Power Outlook)指出,預測到2020年為止將有68.6GW、2050年為止將有830GW的發電量,分別佔世界總發電量的1.1~1.2%與8.5%~11.8%。

除了技術的進步,開發團隊還打算利用鄰近日本、鄰國日照豐富的區域,為此提出「ASIA DESERTEC」大計劃,所謂DESERTEC,指的是利用沙漠中的太陽能與風力來發電的技術,而「ASIA DESERTEC」則希望在位於中國中央位置的陜西省榆林,設置太陽能發電設備,再過過高壓直流送電網,經由韓國、送電到距離當地1千5百公里外的日本。目前東京工業大學也提供中國關於「多重LINK反射鏡」的技術指導。

順便一提,去年3月,日本軟體銀行總裁孫正義,和蒙古投資公司、韓國電力公司簽署合作協議,預計利用戈壁沙漠做風力發電,預計電價(連同到日本的送電成本)將壓低至6日圓左右。不過,目前日本法律不允許外國公司提供電力,還有立法問題需要解決,以及國際之間政治局勢變化的問題,為跨國輸電帶來可能的負面影響。

集光型太陽能的發展,也佐證了日本BP社記者野澤哲生對再生能源市場的觀察,據他的文章<對再生能源的五大誤解>說,(1)發電成本高;(2)大量採用太陽能電池也無法降低發電成本;(3)在量上無法抗衡現有發電源(例如核電等);(4)需要大片土地;(5)輸出功率變化大;個個都是上述廠商突破的目標,且風力發電成本已降到每度10日圓左右,還是高於每度7~9日圓的天然氣發電,因此再生能源還要再往下壓低成本與之競爭。

成功經驗 台灣可借鏡

另一方面,再生能源市場也不乏慘敗的輸家。據去年8月份今周刊<股民血本無歸 誰殺了太陽能?>報導,過去6年太陽能廠從台灣資本市場募走了2千2百億元,最後多半付諸東流,原因之一便是「一堆人搶著做競爭最激烈的電池模組製造與代工;然而,毛利高、技術難的上游原料與下游系統整合的品牌,卻沒人碰。」據說用來研發技術的錢「一毛錢都沒有」,所企圖的發電成本,遠高於上述日本太陽能廠商的目標;相對地,日本集光式太陽能效率不斷提升的定日鏡,不但是他們技術輸出的明鏡,也是台灣廠商的借鏡。

和台灣太陽能投資立場不盡相同的是,日本太陽能發展相關報導,多半提及311核災慘痛的教訓,因此試圖為日本能源、甚至是世界的能源找尋新的可能,以及最常被提及的、對於節能減碳、阻止地球暖化的貢獻,也因此有廠商或財團提出東亞級甚至是地球級的發電構想;同時日本的核電廠商,也因為311核災後引發的反核聲浪,試圖開拓國外市場,去年10月底,日立製作所看中英國多數核電廠老舊需要汰換的現況,以鉅資收購英國核電公司,然而12月時法國電力集團因為成本因素,決定延後對英國核電工程的投資。顯然,為日本帶來悲劇的核電,與企圖走出悲劇的再生能源,正處於此消彼長的狀態,展現著反核運動的影響力,與再生能源的技術力。

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