我们周围有许多未使用的能源

近年来，在城市和社会基础设施中安装超小型水力发电厂的运动日益盛行（图 4）。这是一项有效利用我们周围未使用的能源的运动。

不言而喻，水流经水管和农业运河。这些溪流中肯定隐藏着能量，但几乎从未被利用过。通过引入将各种水道的水流转化为电能的“微水力发电”，可以将我们周围的能量转化为电能。一些地方政府已经在自己的泵站安装了微型水力发电设备，并将其出售给电力公司，将其作为宝贵的收入来源。

例如，在京都府长冈京市，在抽水站的水管接头处安装了最大输出功率为25千瓦的微型水力发电系统，管道内的水流转动水轮，每年发电184万千瓦时。这相当于足够56个普通家庭供电的电力。利用大坝的大型水力发电厂的发电量超过100万千瓦。微水力发电本身规模还不到1/10,000。即便如此，您仍然可以获得足够的电力来用于周围环境的电力消耗。该市还计划将微型水力发电系统引入其他供水设施。其他几个地方政府也采取了类似举措。

[图4]利用我们周围的水流发电的微型水力发电
长冈京市引入的微水力发电系统的配置（左）、NTN开发的微水力发电系统（右）
来源：DK-Power（左）、NTN（右）

人类居住空间附近几乎总有水流过的地方。据农林水产省调查显示，日本农业用水总量为40万平方公里。其大小相当于绕地球10圈，如果将其视为一种能源，那它确实是一个宝库。此外，环境省和厚生劳动省2016年进行的一项调查发现，全国水利设施中有563个潜在的微型水力发电地点。如果我们能在那里发电，我们就离本地生产和用电又近了一步。

水力发电利用自然能源，是一种极其环保的发电方式。而且与太阳能发电、风力发电相比，它还具有发电稳定的优势。然而，即使在看似适宜土地较多的日本，发电量所占的比例也仅为74%。为什么水力发电没有得到更多的利用？原因是可以安装发电厂的地方有限，而且修建水坝的成本也巨大。

如果是这样，为什么熟悉的地方的水流没有被用来发电？直到现在，人们还认为水量太小，流速太慢，不适合发电。当使用少量水和缓慢水流进行水力发电时，需要有一个系统可以最大限度地减少发电机中的摩擦和阻力等损失，并有效地将其转化为电能。传统技术在这方面还没有达到实用水平，因此无法利用我们周围水流的能量。

通过引入为提高汽车、家用电器和工业机械性能而开发的先进机械技术，发电效率显着提高。具体来说，我们引入了通过高精度轴承制造培育出来的平稳旋转机构，并利用流体动力学分析技术设计了将湍流水流转换为平稳旋转的系统结构，从而提高了发电效率。此外，通过引入控制空调的电力电子技术和制造高效电机的技术，我们使设备变得更小，成本更低。例如，轴承制造商NTN充分利用流体动力学来改善发电水轮机叶片的形状，将水的力量集中在单独的叶片尖端，并增加传递到旋转轴的扭矩。此外，通过设计能够防止涡轮机产生的涡流扰乱水流的叶片形状，可以在同一水道中串联安装多个涡轮机。

日本这个火山国家，不仅看灾难，更看利益

日本是世界上火山最多的国家之一。虽然有温泉等显而易见的好处，但人们往往把注意力集中在火山喷发、地震等自然灾害频发的弊端上。然而，也许我们应该更多地关注作为一个火山国家所带来的好处。日本几乎不生产化石燃料，也没有大片连续晴天的适合太阳能发电的土地，即使是造成灾难的因素，也可能需要勇气去利用。地热发电利用火山能，其优点是能量数量稳定，因此发电量不受时间或天气的影响。没有理由不利用这一点。

地热发电是利用地下岩浆热能的发电技术。地下深处的高温岩浆层将渗入地下的雨水转化为高温高压的蒸汽和热水。蒸汽和热水积聚在地下1000至3000米处。这些物质被挖掘、提取并制成涡轮机来发电。

经历了第一次石油危机的日本，在20世纪70年代，为了扩大地热发电的利用，为地热发电的开发和引进提供了大量补贴。但地热发电在补贴制度取消后，由于资金投入大、地热资源调查难度大，逐渐被淘汰。此外，由于易于理解的适合地热发电的地点与温泉区重叠，由于担心安装地热发电设备会影响水源，因此很难获得当地社区的支持。

缩小规模是消除这种束缚感的方法。东芝能源系统公司开发并销售了一种 1 至 20 MW 级别的小型地热发电系统，称为“Geoportable”（图 5）。该系统通过引入高耐腐蚀材料技术和涡轮蒸汽通道设计等先进技术，实现了小型化，实现了更高的性能。现在甚至可以安装在以前无法安装的狭窄空间中。由于它体积小，因此可以在不适合发电的温度下使用蒸汽或热水轻松操作。在日本，出口到熊本县阿苏郡小国町，也出口到与日本一样都是火山国家的印度尼西亚、埃塞俄比亚。

[图5]东芝能源系统的小型地热发电系统“Geoportable”
熊本县阿苏郡小国町的系统配置（左）和安装示例（右）
来源：东芝