充分利用纜繩支撐的柔性構(gòu)造及鋼管樁

        將道路、停車場(chǎng)、休耕地等的上空變成“發(fā)電站”——日本九州大學(xué)名譽(yù)教授太田俊昭提出了“空中光伏發(fā)電”方案，其特點(diǎn)是，沒有專用的場(chǎng)地也能制造能源。首項(xiàng)計(jì)劃目前正在進(jìn)行中。該計(jì)劃所描繪的構(gòu)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(jié)合，建設(shè)能夠?qū)崿F(xiàn)能源地產(chǎn)地消的城市。


        太田俊昭名譽(yù)教授提出了能夠穩(wěn)定供給電力和抗災(zāi)能力強(qiáng)的城市建設(shè)方法。他強(qiáng)調(diào)，要想實(shí)現(xiàn)這兩點(diǎn)，土木技術(shù)不可或缺。

        光伏電池板的設(shè)置參考了用纜繩支撐橋梁的思路。為了保護(hù)城市不受大地震及海嘯的破壞，防波堤、堆土、高臺(tái)都使用鋼管進(jìn)行修建，以確保強(qiáng)度。在鋼管內(nèi)設(shè)置“蓄電”系統(tǒng)，以備發(fā)生災(zāi)害等時(shí)使用。

充分利用斜坡及道路的上空

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


        太田名譽(yù)教授說：“即使受到能夠吹倒樹木的強(qiáng)臺(tái)風(fēng)襲擊，向四面八方錯(cuò)綜復(fù)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(shí)感受到了柔性構(gòu)造的好處。”受此啟發(fā)，他設(shè)想出了將柔性構(gòu)造與剛性構(gòu)造相結(jié)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(shè)0.5米的間隙，讓從下面吹上來的風(fēng)通過。關(guān)于初期費(fèi)用的概算，太田名譽(yù)教授說：“相對(duì)于普通地上設(shè)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(xué)名譽(yù)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(shè)置“空中光伏發(fā)電”設(shè)備。并且還構(gòu)想在發(fā)生災(zāi)害時(shí)滑動(dòng)光伏電池板將之存放起來。防波堤的內(nèi)側(cè)可用作魚塘及養(yǎng)殖場(chǎng)。

        在混凝土塊地基上設(shè)置輕質(zhì)混凝土的格子構(gòu)件。在格子構(gòu)件上面安裝光伏板，并用纜繩進(jìn)行支撐。這樣可以順應(yīng)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(jìn)行設(shè)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(duì)光伏板進(jìn)行支撐。在已有的道路、停車場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)及棄耕地上，可采用該方式進(jìn)行設(shè)置。太田名譽(yù)教授說：“根據(jù)地形只對(duì)建立支柱處進(jìn)行平整即可，因此，給環(huán)境造成的負(fù)荷較小。日本全國(guó)約有130萬公頃公共用地的道路、多達(dá)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(shè)備，將在福岡縣某公司的材料堆放場(chǎng)進(jìn)行建設(shè)，目前尚在計(jì)劃研究階段，力爭(zhēng)在年內(nèi)動(dòng)工。計(jì)劃在500平方米的場(chǎng)地上，在地上4米高處設(shè)置近50千瓦（kW）的光伏電池板。


利用鋼管實(shí)現(xiàn)防災(zāi)及“蓄電”

        為了將電力作為能源儲(chǔ)存起來，太田名譽(yù)教授想出的方法是，在作為構(gòu)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(shí)生產(chǎn)的電力的剩余部分驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，以制造壓縮空氣，并儲(chǔ)存在專用容器中；在雨天、夜間以及災(zāi)害時(shí)，利用壓縮空氣驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電。在歐美，將壓縮空氣儲(chǔ)存到地下基巖內(nèi)的方法已實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化。

在東日本大地震中受災(zāi)的沿海地區(qū)災(zāi)后重建示意圖。打入耐震鋼管樁，進(jìn)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(zāi)害的沿岸地區(qū)，建造以鋼管樁構(gòu)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(yù)先在鋼管內(nèi)設(shè)置可儲(chǔ)存壓縮空氣的空間。太田名譽(yù)教授強(qiáng)調(diào)：“應(yīng)以當(dāng)?shù)貫橹黧w，推進(jìn)符合當(dāng)?shù)靥攸c(diǎn)的計(jì)劃。”（《日經(jīng)土木工程》特約撰稿人：大井智子）