充分利用纜繩支撐的柔性構造及鋼管樁

        將道路、停車場、休耕地等的上空變成“發(fā)電站”——日本九州大學名譽教授太田俊昭提出了“空中光伏發(fā)電”方案，其特點是，沒有專用的場地也能制造能源。首項計劃目前正在進行中。該計劃所描繪的構想是，將空中光伏發(fā)電與利用壓縮空氣的“蓄電”系統(tǒng)相結合，建設能夠實現能源地產地消的城市。


        太田俊昭名譽教授提出了能夠穩(wěn)定供給電力和抗災能力強的城市建設方法。他強調，要想實現這兩點，土木技術不可或缺。

        光伏電池板的設置參考了用纜繩支撐橋梁的思路。為了保護城市不受大地震及海嘯的破壞，防波堤、堆土、高臺都使用鋼管進行修建，以確保強度。在鋼管內設置“蓄電”系統(tǒng)，以備發(fā)生災害等時使用。

充分利用斜坡及道路的上空

        太田俊昭名譽教授提案的“空中光伏發(fā)電”，并不是像百萬瓦級太陽能發(fā)電站那樣在專用土地上安裝地上設置型設備，而是利用公共土地的上空。


        太田名譽教授說：“即使受到能夠吹倒樹木的強臺風襲擊，向四面八方錯綜復雜地伸展枝蔓的常春藤也能夠完好無損地幸存下來。這種情景讓我切實感受到了柔性構造的好處。”受此啟發(fā)，他設想出了將柔性構造與剛性構造相結合的低空纜繩方式。

不需要大規(guī)模平整工程。在光伏電池板之間設0.5米的間隙，讓從下面吹上來的風通過。關于初期費用的概算，太田名譽教授說：“相對于普通地上設置型的每千瓦25萬～30萬日元，推算低空纜繩方式為每千瓦25萬日元以下，中空吊裝方式為每千瓦27萬～28萬日元左右。”（資料：九州大學名譽教授太田俊昭）

為了防止海嘯造成損害，在距離海面高25米的位置設置“空中光伏發(fā)電”設備。并且還構想在發(fā)生災害時滑動光伏電池板將之存放起來。防波堤的內側可用作魚塘及養(yǎng)殖場。

        在混凝土塊地基上設置輕質混凝土的格子構件。在格子構件上面安裝光伏板，并用纜繩進行支撐。這樣可以順應某種程度的地面沉降，適合在地基松軟的土地以及傾斜地面上進行設置，不需要大規(guī)模的平整工程。

        而中空吊裝方式則是樹立起支柱，采用吊橋的方法對光伏板進行支撐。在已有的道路、停車場、倉庫及棄耕地上，可采用該方式進行設置。太田名譽教授說：“根據地形只對建立支柱處進行平整即可，因此，給環(huán)境造成的負荷較小。日本全國約有130萬公頃公共用地的道路、多達約40萬公頃的棄耕地，其上空都可加以利用。”

        采用中空吊裝方式的第1套發(fā)電設備，將在福岡縣某公司的材料堆放場進行建設，目前尚在計劃研究階段，力爭在年內動工。計劃在500平方米的場地上，在地上4米高處設置近50千瓦（kW）的光伏電池板。


利用鋼管實現防災及“蓄電”

        為了將電力作為能源儲存起來，太田名譽教授想出的方法是，在作為構件使用的直徑為1～2米的鋼管中分散貯藏壓縮空氣。其原理是：利用晴天時生產的電力的剩余部分驅動壓縮機，以制造壓縮空氣，并儲存在專用容器中；在雨天、夜間以及災害時，利用壓縮空氣驅動渦輪機進行發(fā)電。在歐美，將壓縮空氣儲存到地下基巖內的方法已實現了實用化。

在東日本大地震中受災的沿海地區(qū)災后重建示意圖。打入耐震鋼管樁，進行堆土，建造墊高的人工地基。

在建于墊高的人工地基上的工廠上方配置“空中光伏發(fā)電”的示意圖

        在有可能發(fā)生海嘯災害的沿岸地區(qū)，建造以鋼管樁構成的透過式防波堤。在陸地區(qū)域，打入耐震鋼管樁，建造墊高的人工地基。預先在鋼管內設置可儲存壓縮空氣的空間。太田名譽教授強調：“應以當地為主體，推進符合當地特點的計劃。”（《日經土木工程》特約撰稿人：大井智子）