ความก้าวหน้าครั้งสำคัญของพลังงานลมนอกชายฝั่ง
นักวิจัยชาวญี่ปุ่นพัฒนาเทคโนโลยีกำแพงกังหันลมนวัตกรรมใหม่ ซึ่งอาจพลิกโฉมการผลิตพลังงานจากมหาสมุทร และอาจเพิ่มกำลังผลิตไฟฟ้าได้เป็นสามเท่าเมื่อเทียบกับกังหันลมนอกชายฝั่งแบบทั่วไป ความก้าวหน้านี้มาจากมหาวิทยาลัยคิวชู ซึ่งสร้างชื่อในฐานะสถาบันชั้นนำของญี่ปุ่นด้านการพัฒนากังหันลม ด้วยการผสานความเชี่ยวชาญด้านฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ไว้อย่างโดดเด่น ศูนย์วิจัยและการศึกษาด้านลมนอกชายฝั่ง (RECOW) ของมหาวิทยาลัย ซึ่งก่อตั้งขึ้นในเดือนเมษายน 2022 เป็นผู้นำในการออกแบบกังหันลมนอกชายฝั่งรูปแบบใหม่หลายแบบ
สารบัญ
- ความก้าวหน้าครั้งสำคัญของพลังงานลมนอกชายฝั่ง
- ความจำเป็นเร่งด่วนในการเปลี่ยนผ่านด้านพลังงานของญี่ปุ่น
- ทำความเข้าใจเทคโนโลยีกำแพงกังหันลม
- บริบทโลกของนวัตกรรมพลังงานลมลอยน้ำ
- ความท้าทายของภาคพลังงานลมนอกชายฝั่งญี่ปุ่น
- รากฐานทางเทคนิคและนวัตกรรมสนับสนุน
- นวัตกรรมพลังงานหมุนเวียนด้านอื่นของญี่ปุ่น
- ห่วงโซ่อุปทานและโครงสร้างพื้นฐาน
- มุมมองระหว่างประเทศและกลยุทธ์การลงทุน
- เส้นทางข้างหน้าสู่การเป็นผู้นำด้านพลังงานหมุนเวียนของญี่ปุ่น
- ประเด็นสำคัญ
จู ทานิโมโตะ รองอธิการบดีบริหารและรองอธิการบดีอาวุโสของมหาวิทยาลัยคิวชู เน้นย้ำจุดแข็งเฉพาะตัวของสถาบันในเดือนตุลาคม 2024 โดยกล่าวว่า:
มหาวิทยาลัยคิวชูเป็นมหาวิทยาลัยแห่งเดียวในญี่ปุ่นที่มีศักยภาพพัฒนากังหันลม โดยผสานเทคโนโลยีกังหันลมและโครงสร้างลอยน้ำอันเป็นเอกลักษณ์ (ฮาร์ดแวร์) เข้ากับเทคโนโลยีวิเคราะห์ลมและวิเคราะห์โครงสร้างของไหล (ซอฟต์แวร์)
การพัฒนากำแพงกังหันลมนี้เกิดขึ้นในช่วงเวลาสำคัญ ขณะที่โลกกำลังเผชิญวิกฤตสภาพภูมิอากาศและความต้องการโซลูชันพลังงานสะอาดที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว นับตั้งแต่ปี 2000 สัดส่วนแหล่งพลังงานหมุนเวียนในการผลิตไฟฟ้าทั่วโลกเพิ่มจาก 19% เป็น 30% ในปี 2023 โดยมีพลังงานแสงอาทิตย์เป็นแรงขับเคลื่อนหลัก ขณะเดียวกัน พลังงานลมก็กลายเป็นองค์ประกอบสำคัญอีกประการหนึ่งของการเปลี่ยนผ่านจากเชื้อเพลิงฟอสซิล โดยเฉพาะเพื่อรองรับความต้องการพลังงานมหาศาลของภาคธุรกิจและอุตสาหกรรม
ภาคพลังงานลมเติบโตอย่างโดดเด่น โดยมีอัตราการเติบโต 11% และมีกำลังการผลิตพลังงานรวมแตะ 1.2 เทราวัตต์ ณ ปลายปี 2024 การพัฒนาพลังงานลมนอกชายฝั่งได้รับแรงขับเคลื่อนเป็นพิเศษ เนื่องจากเปิดทางให้ประเทศต่าง ๆ ใช้ประโยชน์จากลมที่แรงกว่าและสม่ำเสมอกว่าในบริเวณมหาสมุทรเปิด
ความจำเป็นเร่งด่วนในการเปลี่ยนผ่านด้านพลังงานของญี่ปุ่น
ความพยายามของญี่ปุ่นในการพัฒนาเทคโนโลยีกังหันลมรูปแบบใหม่สะท้อนความจำเป็นเร่งด่วนระดับประเทศในการปรับเปลี่ยนระบบพลังงาน ญี่ปุ่นมีภูมิทัศน์ด้านพลังงานที่ท้าทายที่สุดแห่งหนึ่งในกลุ่มประเทศพัฒนาแล้ว โดยอัตราการพึ่งพาตนเองด้านพลังงานลดลงอย่างมาก จาก 20.2% ในปี 2010 เหลือเพียง 15.2% ในปี 2023 ทำให้ญี่ปุ่นอยู่ในอันดับรองสุดท้ายจากสมาชิก OECD ทั้ง 38 ประเทศ สาเหตุหลักของการลดลงนี้คือการปิดโรงไฟฟ้านิวเคลียร์หลังเกิดแผ่นดินไหวใหญ่ทางตะวันออกของญี่ปุ่นในปี 2011 และอุบัติเหตุนิวเคลียร์ที่ฟุกุชิมะตามมา
เพื่อชดเชยกำลังผลิตนิวเคลียร์ที่หายไป ญี่ปุ่นพึ่งพาการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานความร้อนเป็นอย่างมาก โดยสัดส่วนเพิ่มจาก 65.4% ของแหล่งพลังงานในปี 2010 เป็น 72.8% ในปี 2022 ซึ่งสูงที่สุดในกลุ่มประเทศ G7 การพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิลนำเข้าอย่างหนัก ทั้งน้ำมัน ถ่านหิน และก๊าซปิโตรเลียมเหลว ทำให้การจัดหาไฟฟ้าของญี่ปุ่นเปราะบางต่อปัจจัยภายนอก ทั้งความเสี่ยงทางภูมิรัฐศาสตร์ ความผันผวนของราคาทรัพยากร และการเปลี่ยนแปลงของอัตราแลกเปลี่ยน
รัฐบาลญี่ปุ่นตระหนักถึงความเปราะบางนี้ และอนุมัติแผนพลังงานเชิงยุทธศาสตร์ในเดือนกุมภาพันธ์ 2025 ควบคู่กับวิสัยทัศน์ GX2040 เพื่อการลดการปล่อยคาร์บอน กรอบนโยบายเหล่านี้มุ่งให้พลังงานหมุนเวียนเป็นแหล่งพลังงานหลัก พร้อมคงพลังงานนิวเคลียร์ไว้เป็นทางเลือกเสริม มูโตะ รัฐมนตรีว่าการกระทรวงเศรษฐกิจ การค้า และอุตสาหกรรม ระบุว่าแผนนี้มุ่งสร้างสัดส่วนแหล่งพลังงานที่ไม่พึ่งพาแหล่งพลังงานหรือเชื้อเพลิงชนิดใดชนิดหนึ่งมากเกินไป
ญี่ปุ่นตั้งเป้าหมายเพิ่มอัตราการพึ่งพาตนเองด้านพลังงานเป็น 30% ภายในปี 2030 พร้อมแผนเพิ่มสัดส่วนพลังงานหมุนเวียนจาก 20% เป็น 36-38% พลังงานลมนอกชายฝั่งเป็นองค์ประกอบสำคัญของยุทธศาสตร์นี้ โดยตั้งเป้าเพิ่มกำลังการผลิตติดตั้งจากเพียง 0.15 GW ณ เดือนมีนาคม 2024 เป็น 5.7 GW ภายในปี 2030 รัฐบาลได้จัดเตรียมพื้นที่นอกชายฝั่งสำหรับการทดสอบสาธิต โดยได้รับข้อตกลงจากสมาคมประมงท้องถิ่นในน่านน้ำนอกจังหวัดอากิตะ และบริเวณนอกชายฝั่งเมืองโทโยฮาชิและเมืองทาฮาระในจังหวัดไอจิ
ทำความเข้าใจเทคโนโลยีกำแพงกังหันลม
กำแพงกังหันลมนวัตกรรมใหม่ที่พัฒนาโดยมหาวิทยาลัยคิวชูแตกต่างจากการออกแบบกังหันลมนอกชายฝั่งแบบเดิมอย่างมีนัยสำคัญ แม้รายละเอียดทางเทคนิคเฉพาะยังอยู่ระหว่างการพัฒนา แต่แนวคิดนี้ได้ปรับมุมมองพื้นฐานต่อการจัดวางกังหันลม เพื่อเพิ่มการรับพลังงานในสภาพแวดล้อมนอกชายฝั่งให้ได้สูงสุด นวัตกรรมนี้ต่อยอดจากความพยายามในวงกว้างของญี่ปุ่นเพื่อพัฒนาเทคโนโลยีกังหันลมนอกชายฝั่งแบบลอยน้ำ ซึ่งเหมาะอย่างยิ่งกับภูมิประเทศของญี่ปุ่น เพราะพื้นทะเลลึกลงอย่างรวดเร็วเมื่อห่างจากชายฝั่ง
เทคโนโลยีกังหันลมลอยน้ำกลายเป็นทางออกสำคัญสำหรับการเข้าถึงแหล่งพลังงานลมในทะเลลึก ซึ่งไม่คุ้มค่าทางเศรษฐกิจหากใช้กังหันที่ยึดฐานติดกับพื้นทะเล ต่างจากกังหันลมนอกชายฝั่งแบบทั่วไปที่มีเสายาวปักลงในพื้นทะเลบริเวณน้ำตื้น กังหันลอยน้ำจะติดตั้งบนฐานลอยตัวที่ทำจากคอนกรีตและเหล็ก ช่วยให้ตั้งตรงบนผิวน้ำได้คล้ายทุ่นตกปลา โครงสร้างเหล่านี้ยึดให้อยู่กับที่ด้วยสายสลิงที่ต่อกับสมอในพื้นทะเล
ข้อได้เปรียบหลักของกังหันลอยน้ำคือความสามารถในการเข้าถึงพื้นที่มหาสมุทรห่างไกลเป็นบริเวณกว้าง ซึ่งมีความลึกได้ถึงครึ่งไมล์และเป็นแหล่งลมที่แรงที่สุดและสม่ำเสมอที่สุดในโลก นอกจากนี้ ยังสามารถติดตั้งกังหันลอยน้ำให้พ้นแนวสายตาจากชายฝั่ง เพื่อลดข้อกังวลด้านทัศนียภาพที่เป็นอุปสรรคต่อการพัฒนาพลังงานลมใกล้ชายฝั่งในหลายพื้นที่
แฟรงก์ อดัม ผู้เชี่ยวชาญด้านเทคโนโลยีพลังงานลมจากมหาวิทยาลัยรอสต็อกในเยอรมนี เน้นย้ำศักยภาพของเทคโนโลยีนี้ว่า:
พลังงานลมลอยน้ำมีศักยภาพมหาศาลที่จะเป็นเทคโนโลยีหลักในการบรรลุเป้าหมายด้านสภาพภูมิอากาศในยุโรปและทั่วโลก
พื้นที่มหาสมุทรที่อยู่ไกลเกินขอบเขตการใช้งานของกังหันลมนอกชายฝั่งแบบทั่วไปคิดเป็น 80% ของน่านน้ำทางทะเลทั่วโลก จึงเปิดโอกาสมหาศาลสำหรับการติดตั้งกังหันลอยน้ำหลายชุด เทคโนโลยีกำแพงกังหันลมที่มหาวิทยาลัยคิวชูพัฒนาขึ้นดูเหมือนจะเป็นวิวัฒนาการขั้นถัดไปของพลังงานลมนอกชายฝั่งแบบลอยน้ำ และอาจเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าได้อย่างมาก
บริบทโลกของนวัตกรรมพลังงานลมลอยน้ำ
การพัฒนากำแพงกังหันลมของญี่ปุ่นเป็นส่วนหนึ่งของกระแสโลกที่มุ่งสู่เทคโนโลยีพลังงานลมนอกชายฝั่งแบบลอยน้ำ โครงการกังหันลมลอยน้ำแห่งแรกอย่าง Hywind Scotland เริ่มดำเนินงานด้วยกังหันสูง 574 ฟุตจำนวน 5 เครื่อง ตั้งอยู่ห่างจากชายฝั่ง 15 ไมล์ โครงการนี้มีบริษัท Equinor ของนอร์เวย์เป็นเจ้าของสัดส่วน 75% และเดินเครื่องได้สำเร็จแม้ต้องเผชิญสภาพอากาศรุนแรง ทั้งเฮอริเคนโอฟีเลียและพายุฤดูหนาวที่มีลมแรง 100 ไมล์ต่อชั่วโมงและคลื่นสูง 27 ฟุต
วอลต์ มูเซียล ผู้เชี่ยวชาญด้านพลังงานลมนอกชายฝั่งจากห้องปฏิบัติการพลังงานหมุนเวียนแห่งชาติ ระบุว่า เกือบ 60% ของพื้นที่นอกชายฝั่งในสหรัฐฯ ที่เหมาะสำหรับผลิตพลังงานลมมีความลึกเกิน 200 ฟุต ซึ่งลึกเกินกว่าจะใช้กังหันลมนอกชายฝั่งแบบทั่วไปได้อย่างเหมาะสม จึงเกิดโอกาสสำคัญสำหรับเทคโนโลยีพลังงานลมลอยน้ำ โดยเฉพาะในประเทศที่มีน่านน้ำชายฝั่งตื้นจำกัด
โป เหวิน เฉิง หัวหน้าโครงการวิจัยนานาชาติด้านพลังงานลมลอยน้ำแห่งมหาวิทยาลัยสตุทท์การ์ท เสนอว่ากังหันลอยน้ำอาจผลิตพลังงานได้มากกว่าเทคโนโลยีบนบกหรือนอกชายฝั่งที่มีขนาดใหญ่ที่สุด เขาอธิบายว่าไม่เพียงแต่ลมในทะเลลึกจะแรงกว่าบริเวณใกล้ชายฝั่ง แต่ฟิสิกส์ของโครงสร้างแบบยืดหยุ่นและแขวนลอยยังช่วยให้ติดตั้งกังหันขนาดใหญ่ขึ้นได้ด้วย
ยิ่งกังหันมีขนาดใหญ่ ก็ยิ่งผลิตพลังงานได้มากขึ้นในสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมเฉิงกล่าว
เฉิงระบุว่ากังหันลอยน้ำอาจสูงกว่ากังหันนอกชายฝั่งที่ใหญ่ที่สุดในปัจจุบันได้อีก โดยอาจมีใบพัดยาว 400 ฟุตและเสาสูงเกือบ 1,000 ฟุต หรือสูงพอ ๆ กับหอไอเฟล กังหันขนาดดังกล่าวอาจผลิตไฟฟ้าได้มากกว่ากังหันบนบกที่ล้ำหน้าที่สุดในปัจจุบันถึงสามเท่า สอดคล้องกับศักยภาพในการเพิ่มกำลังผลิตไฟฟ้าเป็นสามเท่าของเทคโนโลยีกำแพงกังหันลมของญี่ปุ่น
ฟาร์มกังหันลมนอกชายฝั่งแบบลอยน้ำ Hywind Tampen ซึ่งได้รับการยอมรับว่าใหญ่ที่สุดในโลก เริ่มดำเนินงานในเดือนสิงหาคม 2023 ด้วยกำลังการผลิต 88MW โครงการอื่น ๆ เช่น WindFloat Atlantic ในโปรตุเกส ซึ่งคาดว่าจะจ่ายไฟให้บ้านเรือน 60,000 หลัง ก็สะท้อนแรงขับเคลื่อนที่เพิ่มขึ้นของเทคโนโลยีกังหันลมลอยน้ำ
ความท้าทายของภาคพลังงานลมนอกชายฝั่งญี่ปุ่น
แม้จะมีนวัตกรรมทางเทคโนโลยีอย่างกำแพงกังหันลม แต่อุตสาหกรรมพลังงานลมนอกชายฝั่งของญี่ปุ่นยังเผชิญอุปสรรคสำคัญ การประมูลโครงการลมนอกชายฝั่งสามรอบของประเทศสร้างบทเรียนเตือนใจมากกว่ากังหันลม ผู้ชนะเพียงรายเดียวในรอบที่ 1 ถอนตัว ขณะที่ผู้ชนะรอบที่ 2 และ 3 กำลังเผชิญปัญหาการเงินอย่างหนัก รัฐบาลถึงกับเลื่อนการประมูลรอบที่ 4 ออกไปอย่างไม่มีกำหนดในเดือนตุลาคม เพื่อทบทวนกรอบการดำเนินงานทั้งหมด
เหตุการณ์ชวนตกตะลึงที่สะท้อนความท้าทายเหล่านี้เกิดขึ้นในเดือนสิงหาคม เมื่อบริษัทมิตซูบิชิถอนตัวจากโครงการลมนอกชายฝั่งขนาดใหญ่สามโครงการ และยอมจ่ายค่าปรับ 20,000 ล้านปอนด์แทนการเดินหน้า การตัดสินใจถอนตัวจากโครงการกำลังการผลิต 1.7 กิกะวัตต์ ซึ่งเพียงพอสำหรับจ่ายไฟให้บ้าน 1.3 ล้านหลัง ส่งสัญญาณถึงวิกฤตพื้นฐานในแนวทางที่ญี่ปุ่นใช้กำหนดอนาคตพลังงานลมนอกชายฝั่ง
ขณะที่ญี่ปุ่นตั้งเป้ามีกำลังผลิตพลังงานลมนอกชายฝั่ง 10 กิกะวัตต์ภายในปี 2030 และ 45 กิกะวัตต์ภายในปี 2040 กำลังการผลิตติดตั้งในปัจจุบันอยู่ที่เพียง 0.3 กิกะวัตต์เท่านั้น ตรงกันข้ามอย่างชัดเจน จีนเพิ่มกำลังผลิตพลังงานลมนอกชายฝั่ง 8 กิกะวัตต์ในปี 2024 เพียงปีเดียว ขณะที่ไต้หวัน เกาหลีใต้ และเวียดนามต่างเร่งเดินหน้าโครงการขยายกำลังผลิตอย่างทะเยอทะยาน
ทาเคชิ มัตสึกิ ผู้จัดการประจำประเทศญี่ปุ่นของสภาพลังงานลมโลก เน้นย้ำความเร่งด่วนของสถานการณ์ว่า:
ญี่ปุ่นมีศักยภาพด้านพลังงานลมนอกชายฝั่งมหาศาล และไม่อาจปล่อยโอกาสที่จะเป็นผู้นำด้านพลังงานลมนอกชายฝั่ง โดยเฉพาะในภูมิภาคเอเชียแปซิฟิก ให้หลุดมือไปได้
เอกสารไวท์เปเปอร์ของสภาพลังงานลมโลก (GWEC) ชื่อ Unlocking Japan's Offshore Wind Potential ระบุประเด็นการปฏิรูปสำคัญสามด้านเพื่อแก้ปัญหาเหล่านี้ กรอบการประมูลสร้างความไม่แน่นอนจากเกณฑ์ประเมินที่เน้นราคา จนผลักดันให้ผู้พัฒนาโครงการเสนอราคาต่ำอย่างไม่สมจริง โครงสร้างรายได้พึ่งพาระบบ Feed-in Premium (FIP) ที่ผูกกับราคาตลาดผันผวน ซึ่งเฉลี่ยอยู่ที่ ¥9-16 ต่อกิโลวัตต์ชั่วโมงในปี 2025 ต่ำกว่าระดับ ¥12-15/kWh ที่จำเป็นต่อการทำให้โครงการลมนอกชายฝั่งระยะแรกคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ
นอกเหนือจากปัญหาเชิงโครงสร้างเหล่านี้ ผู้พัฒนาโครงการยังต้องเผชิญกระบวนการขออนุญาตที่ซับซ้อน ข้อกำหนดการรับรองที่ขาดความโปร่งใส และความเสี่ยงที่ระบบโครงข่ายจะจำกัดการรับซื้อไฟฟ้าในพื้นที่ศักยภาพสูงโดยไม่มีกลไกชดเชย ความท้าทายเหล่านี้ทำให้ผู้พัฒนาโครงการเตือนว่าธุรกิจอาจกำลังถึงจุดที่ไม่อาจดำเนินต่อไปได้
รากฐานทางเทคนิคและนวัตกรรมสนับสนุน
ขณะที่มหาวิทยาลัยคิวชูพัฒนาเทคโนโลยีกำแพงกังหันลม บริษัทญี่ปุ่นรายอื่น ๆ ก็กำลังพัฒนาเทคโนโลยีสนับสนุนที่สำคัญสำหรับการติดตั้งกังหันลมนอกชายฝั่ง บริษัทโอบายาชิพัฒนาโครงสร้างทางทะเลที่เรียกว่า Skirt Suction สำหรับฐานรากและสมอของกังหันลมนอกชายฝั่ง เพื่อแก้หนึ่งในความท้าทายสำคัญที่สุดของการก่อสร้างโครงการลมนอกชายฝั่ง
เทคโนโลยี Skirt Suction ประกอบด้วยแผ่นพื้นด้านบนและผนังทรงกระบอกแนวตั้ง (skirt) ที่ยื่นลงมาจากแผ่นพื้นด้านบน เทคโนโลยีนี้ยึดกังหันลมนอกชายฝั่งให้มั่นคงกว่าฐานรากแบบเดิม โดยให้ skirt เจาะลงไปในฐานพื้นทะเล วิธีติดตั้งนี้ไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องจักรขนาดใหญ่ เช่น เครื่องตอกเสาเข็ม จึงอาจลดต้นทุนการก่อสร้างได้ประมาณ 20% และลดระยะเวลาก่อสร้างได้ประมาณ 40%
การทดลองในพื้นที่ทะเลที่มีดินทรายซึ่งพบได้ทั่วไปในญี่ปุ่นแสดงให้เห็นว่า Skirt Suction มีแรงต้านการถอนขึ้นประมาณสามเท่าของฐานรากแบบเดิม เมื่อนำไปใช้กับสมอของกังหันลมนอกชายฝั่งแบบลอยน้ำ โดยเฉพาะชนิด Tension Leg Platform (TLP) เทคโนโลยีนี้สามารถลดต้นทุนการติดตั้งได้ประมาณ 20% และลดต้นทุนงานฐานรากได้ประมาณ 30%
นวัตกรรมด้านเทคโนโลยีฐานรากเหล่านี้ช่วยเสริมเทคโนโลยีกำแพงกังหันลม โดยแก้ปัญหาคนละด้านของการพัฒนาพลังงานลมนอกชายฝั่ง ขณะที่กำแพงกังหันลมมุ่งเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตพลังงาน เทคโนโลยีอย่าง Skirt Suction ช่วยแก้ความท้าทายด้านการติดตั้งและบำรุงรักษา ซึ่งในอดีตทำให้การผลิตพลังงานลมนอกชายฝั่งมีต้นทุนสูงเกินไปในหลายพื้นที่
ภาพรวมการพัฒนาเทคโนโลยีพลังงานลมนอกชายฝั่งยังครอบคลุมการออกแบบแท่นลอยน้ำหลากหลายแบบ ทั้งแบบกึ่งจุ่มน้ำ (semisubmersible) แบบเสากลาง (spar) และแบบ Tension Leg Platform แต่ละแบบมีข้อได้เปรียบต่างกันตามสภาพทะเลและความลึก โดยภูมิประเทศและกิจกรรมแผ่นดินไหวที่เป็นเอกลักษณ์ของญี่ปุ่นทำให้ต้องใช้โซลูชันที่ออกแบบเฉพาะ
นวัตกรรมพลังงานหมุนเวียนด้านอื่นของญี่ปุ่น
การมุ่งพัฒนาเทคโนโลยีกำแพงกังหันลมเป็นเพียงส่วนหนึ่งของความพยายามในวงกว้างของญี่ปุ่นเพื่อสร้างนวัตกรรมพลังงานหมุนเวียน วิศวกรญี่ปุ่นยังพัฒนาเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์รูปแบบใหม่ที่ท้าทายแนวทางการผลิตพลังงานหมุนเวียนแบบเดิม
บริษัท Kyosemi พัฒนา Sphelar ซึ่งเป็นเซลล์แสงอาทิตย์ทรงกลมขนาดเล็กที่ออกแบบมาเพื่อรับแสงจากหลายทิศทาง โดยทั่วไปเซลล์เหล่านี้มีเส้นผ่านศูนย์กลางหนึ่งถึงสองมิลลิเมตร และเชื่อมต่อกันเป็นโมดูล รูปทรงกลมช่วยให้รับแสงจากมุมต่าง ๆ ได้ตลอดวัน แก้ข้อจำกัดของแผงแบนที่มีประสิทธิภาพเฉพาะเมื่อหันตรงเข้าหาดวงอาทิตย์
การพัฒนาเซลล์ทรงกลมเหล่านี้เริ่มจากข้อสังเกตของชูจิ นากาตะ วิศวกรผู้พบว่าแสงอาทิตย์แทบไม่เดินทางเป็นเส้นตรง ข้อสังเกตนี้นำไปสู่การใช้สภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำพิเศษที่ศูนย์จุลแรงโน้มถ่วงแห่งญี่ปุ่น (JAMIC) เพื่อสร้างเม็ดซิลิคอนทรงกลมเกือบสมบูรณ์ เทคโนโลยีนี้เปิดโอกาสให้ฝังระบบผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ในวัสดุโปร่งใสและพื้นผิวโค้ง จึงเหมาะกับการใช้งานในเขตเมืองหนาแน่น
นวัตกรรมอื่นของญี่ปุ่นยังรวมถึงเทคโนโลยีกักเก็บความร้อนด้วยหิน ซึ่งนำโดยบริษัท Toshiba Energy Systems ร่วมกับบริษัท Chubu Electric Power ระบบนี้ใช้หินดูดซับและปล่อยความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อกักเก็บพลังงานความร้อนที่นำมาใช้ผลิตไฟฟ้าได้ภายหลัง โดยใช้ความร้อนต้มน้ำและขับเคลื่อนกังหัน การกักเก็บความร้อนด้วยหินมีข้อดีหลายประการ ทั้งไม่ต้องใช้โลหะหายากอย่างโคบอลต์และนิกเกิลซึ่งจำเป็นต่อการกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่ มีอายุการใช้งานยาวนาน และมีข้อจำกัดด้านพื้นที่ติดตั้งน้อย
ญี่ปุ่นยังมุ่งขยายการผลิตพลังงานหมุนเวียนภายในประเทศ รวมถึงเซลล์แสงอาทิตย์รุ่นใหม่ที่ติดตั้งบนหลังคาและผนังอาคารได้ ประเทศนี้มีความได้เปรียบเชิงยุทธศาสตร์ในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ เนื่องจากผลิตไอโอดีนซึ่งเป็นวัสดุสำคัญสำหรับเซลล์ชนิดนี้ได้ถึง 30% ของปริมาณทั่วโลก รัฐบาลจัดสรรงบประมาณ 64.8 พันล้านเยนให้โครงการพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์รุ่นใหม่ เพื่อผลักดันให้มีการใช้เซลล์ขั้นสูงเหล่านี้อย่างแพร่หลายภายในปี 2030
ห่วงโซ่อุปทานและโครงสร้างพื้นฐาน
แม้จะมีนวัตกรรมทางเทคโนโลยี แต่ภาคพลังงานลมนอกชายฝั่งของญี่ปุ่นยังเผชิญปัญหาห่วงโซ่อุปทานอย่างหนัก ซึ่งอาจบั่นทอนความคืบหน้า การก่อสร้างกังหันลมต้องใช้วัสดุหลายชนิด ทั้งเหล็ก ไฟเบอร์กลาส และธาตุหายาก ซึ่งล้วนเผชิญความซับซ้อนของตลาดและปัจจัยทางภูมิรัฐศาสตร์
เหล็กเป็นวัสดุหลักของการพัฒนาพลังงานลม โดยมีสัดส่วนสูงถึง 90% ของมวลกังหันลม ห่วงโซ่อุปทานเหล็กทั่วโลกผันผวนอย่างรุนแรง โดยมีพัฒนาการทางภูมิรัฐศาสตร์และความตึงเครียดทางการค้าเป็นปัจจัยซ้ำเติม จีนครองความเป็นผู้นำด้านการผลิตเหล็กและอุปกรณ์ผลิตพลังงานลมทั่วโลก พร้อมกดดันคู่แข่งด้วยสินค้าส่งออกราคาถูกที่ได้รับเงินอุดหนุนจำนวนมาก
มาร์คุส ไซท์เซน ผู้จัดการอาวุโสฝ่ายพัฒนาธุรกิจ ESG ของบริษัทให้บริการด้านพลังงานลม Det Norske Veritas (DNV) เน้นย้ำถึงความจำเป็นในการกระจายแหล่งจัดหาว่า:
การเลือกซัพพลายเออร์สองหรือสามรายจากพื้นที่ต่างกันจะช่วยให้ห่วงโซ่อุปทานของคุณมีความยืดหยุ่นผ่านการแข่งขัน
ธาตุหายากเป็นความท้าทายอีกประการหนึ่ง จากธาตุหายาก 17 ชนิดที่จัดประเภทไว้ มี 4 ชนิดที่ใช้เป็นหลักในกังหันลม ได้แก่ นีโอดิเมียม เพรซีโอดิเมียม ดิสโพรเซียม และเทอร์เบียม ธาตุเหล่านี้จำเป็นต่อการผลิตแม่เหล็กถาวรที่ใช้ผลิตไฟฟ้าและรักษาความสมบูรณ์ของกังหันลม จีนควบคุมการผลิตแร่ธาตุหายากจากเหมืองทั่วโลก 60% และการแปรรูปทั่วโลกราว 90% ทำให้เกิดความเปราะบางอย่างมากในห่วงโซ่อุปทาน
ในเดือนธันวาคม 2023 จีนเริ่มห้ามส่งออกเทคโนโลยีการแยกและสกัดที่ใช้ผลิตแม่เหล็กถาวร ก่อนขยายเป็นมาตรการควบคุมการส่งออกธาตุหายาก 7 ชนิด ความเคลื่อนไหวนี้กระตุ้นให้ทั่วโลกหันมาบริหารความเสี่ยงของห่วงโซ่อุปทานเชิงรุก โดยสหภาพยุโรปลงทุนในนวัตกรรมเพื่อสร้างความมั่นคงในการจัดหาวัตถุดิบสำคัญ
ความท้าทายด้านห่วงโซ่อุปทานส่งผลจริงต่อความเป็นไปได้ของโครงการ ในเดือนธันวาคม 2024 บริษัทพลังงานลม Ørsted ระบุว่าปัญหาคอขวดในห่วงโซ่อุปทานเป็นเหตุผลสำคัญที่ทำให้ถอนตัวจากการประมูลฟาร์มกังหันลมนอกชายฝั่งของเดนมาร์ก ซึ่งไม่มีผู้ยื่นข้อเสนอแม้แต่รายเดียว ในทำนองเดียวกัน เมื่อเดือนกุมภาพันธ์ มิตซูบิชิระงับแผนโครงการลมนอกชายฝั่งในญี่ปุ่น โดยอ้างปัญหาห่วงโซ่อุปทาน
มุมมองระหว่างประเทศและกลยุทธ์การลงทุน
แม้ญี่ปุ่นเผชิญความท้าทายในการพัฒนาพลังงานลมนอกชายฝั่งภายในประเทศ แต่บริษัทญี่ปุ่นกำลังเพิ่มการลงทุนในโครงการพลังงานหมุนเวียนระหว่างประเทศ เพื่อสั่งสมความเชี่ยวชาญและสร้างสถานะในตลาดที่กำลังเติบโต นักลงทุนญี่ปุ่นหันไปลงทุนในยุโรปและนอร์เวย์เป็นพิเศษ เพื่อขยายธุรกิจเชิงยุทธศาสตร์ในภาคพลังงานและความยั่งยืน
นิค วอลล์ หุ้นส่วนของ A&O Shearman ประจำกรุงโตเกียว อธิบายแนวโน้มนี้ว่า:
นอร์เวย์มอบเสถียรภาพที่นักลงทุนญี่ปุ่นกำลังมองหา ทั้งสิทธิในทรัพย์สินที่เข้มแข็ง ระบบกฎหมายที่โปร่งใส และการเข้าถึงตลาดเดียวของสหภาพยุโรปผ่านเขตเศรษฐกิจยุโรป (EEA) ขณะที่ความไม่แน่นอนทางภูมิรัฐศาสตร์และกฎระเบียบในตลาดอย่างสหรัฐฯ และบางส่วนของเอเชียเพิ่มสูงขึ้น เราเห็นนักลงทุนญี่ปุ่นกระจายการลงทุนไปยังเขตอำนาจศาลที่มีเสถียรภาพในยุโรปอย่างนอร์เวย์มากขึ้น เพื่อลดความเสี่ยงทางกฎหมายและการดำเนินงาน
การลงทุนของญี่ปุ่นในนอร์เวย์มีความเคลื่อนไหวในภาคน้ำมันและก๊าซ รวมถึงสาธารณูปโภค ซึ่งรวมกันคิดเป็น 8 จากข้อตกลงทั้งหมด 23 รายการระหว่างปี 2020 ถึง 2025 บริษัทสำรวจและผลิตปิโตรเลียมของญี่ปุ่นมองเห็นศักยภาพการเติบโตสูงในพลังงานลมนอกชายฝั่ง โดยเฉพาะกังหันลอยน้ำ โซลูชันจ่ายไฟฟ้าจากฝั่ง และการดักจับและกักเก็บคาร์บอน (CCS) ในยุโรป
บริษัท INPEX Corp ซึ่งเป็นบริษัทสำรวจและผลิตน้ำมันและก๊าซรายใหญ่ที่สุดของญี่ปุ่น วางยุโรปเป็นพื้นที่ธุรกิจหลักและกำลังแสวงหาโอกาสพัฒนาโครงการในภูมิภาคนี้ โฆษกของ INPEX ระบุว่าบริษัทเข้าร่วมโครงการ Hywind Tampen ซึ่งเป็นหนึ่งในฟาร์มกังหันลมนอกชายฝั่งแบบลอยน้ำที่ใหญ่ที่สุดในโลก (88MW) และจ่ายไฟฟ้าให้กับสถานประกอบการด้านน้ำมันและก๊าซ โครงการนี้ช่วยลดการปล่อย CO2 ได้ประมาณ 200,000 ตันต่อปี
กลยุทธ์การลงทุนระหว่างประเทศนี้ช่วยให้บริษัทญี่ปุ่นได้รับประสบการณ์จากเทคโนโลยีกังหันลมนอกชายฝั่งที่พัฒนาแล้ว พร้อมกับเดินหน้าสร้างนวัตกรรมภายในประเทศอย่างกำแพงกังหันลม ความรู้ที่ได้จากการลงทุนเหล่านี้สามารถนำมาใช้ประกอบการพัฒนาโครงการภายในประเทศในอนาคต ขณะที่ญี่ปุ่นพยายามแก้ปัญหาด้านกฎระเบียบและโครงสร้างพื้นฐาน
รัฐบาลญี่ปุ่นยังเน้นย้ำความร่วมมือกับชุมชนท้องถิ่นผ่านโครงการริเริ่มของกระทรวงเกษตร ป่าไม้ และประมง (MAFF) โดยเชื่อมโยงพลังงานหมุนเวียนเข้ากับอุตสาหกรรมเฉพาะด้าน เช่น ป่าไม้กับพลังงานชีวมวล ประมงกับพลังงานลมนอกชายฝั่ง ปศุสัตว์กับก๊าซชีวภาพ และเกษตรกรรมกับพลังงานแสงอาทิตย์ แนวทางที่ออกแบบให้เหมาะกับแต่ละพื้นที่นี้มุ่งลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ส่งคืนประโยชน์ด้านพลังงานให้ชุมชนท้องถิ่น และป้องกันปัญหาที่อาจเกิดจากผู้พัฒนาภายนอกที่ไม่มีความเชื่อมโยงกับพื้นที่
เส้นทางข้างหน้าสู่การเป็นผู้นำด้านพลังงานหมุนเวียนของญี่ปุ่น
เทคโนโลยีกำแพงกังหันลมของญี่ปุ่นไม่ได้เป็นเพียงการปรับปรุงพลังงานลมทีละเล็กน้อย แต่ยังเป็นสัญลักษณ์ของความมุ่งมั่นที่จะเอาชนะความท้าทายด้านความมั่นคงทางพลังงานด้วยนวัตกรรม อย่างไรก็ตาม ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเพียงอย่างเดียวไม่อาจรับประกันความสำเร็จของการเปลี่ยนผ่านสู่พลังงานหมุนเวียนได้
มาซาทากะ นากางาวะ ผู้จัดการประจำประเทศญี่ปุ่นของ OWC เน้นย้ำว่าจำเป็นต้องปรับเปลี่ยนอย่างครอบคลุม โดยกล่าวว่า:
เพื่อให้การติดตั้งใช้งานมีเสถียรภาพและขยายขนาดได้ ญี่ปุ่นต้องแก้ไขประเด็นสำคัญสามด้าน ได้แก่ กรอบการประมูล กลไกการรับซื้อไฟฟ้า และปัญหาคอขวดอื่น ๆ ของตลาด
โอกาสที่ญี่ปุ่นจะสร้างสถานะผู้นำด้านเทคโนโลยีพลังงานลมนอกชายฝั่งกำลังเหลือน้อยลง ตลาดอื่น ๆ ในเอเชียกำลังเร่งสร้างโครงสร้างพื้นฐานพลังงานสะอาด ขณะที่นักลงทุนระหว่างประเทศสามารถเคลื่อนย้ายเงินทุนได้อย่างคล่องตัว และเลือกลงทุนในตลาดที่มีกรอบการดำเนินงานชัดเจนและมั่นคง พันธมิตรในห่วงโซ่อุปทานต้องเห็นแนวโน้มความต้องการอย่างชัดเจน จึงจะมีเหตุผลเพียงพอสำหรับลงทุนในการผลิตภายในประเทศ
สำหรับประเทศที่บุกเบิกรถยนต์ไฮบริดและเคยเป็นผู้นำด้านการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์ก่อนที่มาตรการรับซื้อไฟฟ้าจะสิ้นสุดลง การไม่คว้าโอกาสจากศักยภาพพลังงานลมนอกชายฝั่งย่อมเป็นมากกว่าการพลาดโอกาสทางอุตสาหกรรม แต่จะเป็นความล้มเหลวเชิงยุทธศาสตร์ในช่วงเวลาที่ความมั่นคงทางพลังงาน ความสามารถในการแข่งขันทางเศรษฐกิจ และความเป็นผู้นำด้านสภาพภูมิอากาศต่างต้องการการลงมืออย่างเด็ดขาด
เทคโนโลยีกำแพงกังหันลมที่พัฒนาโดยมหาวิทยาลัยคิวชูอาจเปิดทางให้ญี่ปุ่นก้าวกระโดดแซงหน้าคู่แข่งและเป็นผู้นำด้านเทคโนโลยีพลังงานลมนอกชายฝั่ง เมื่อผสานกับนวัตกรรมเสริมอย่างฐานราก Skirt Suction และเซลล์แสงอาทิตย์ทรงกลม ญี่ปุ่นได้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพอันโดดเด่นด้านนวัตกรรมพลังงานหมุนเวียน
นวัตกรรมเหล่านี้จะเปลี่ยนเป็นความสำเร็จเชิงพาณิชย์ได้หรือไม่ ขึ้นอยู่กับความสามารถของญี่ปุ่นในการแก้ปัญหาเชิงโครงสร้างของภาคพลังงานลมนอกชายฝั่ง เอกสารไวท์เปเปอร์ของ GWEC เสนอข้อแนะนำในการปฏิรูปไว้อย่างชัดเจน และหน่วยงานภาครัฐแสดงความสนใจอย่างมาก คำถามที่ยังคงอยู่คือญี่ปุ่นจะลงมืออย่างเด็ดขาดและรวดเร็วเพียงพอหรือไม่ เพื่อสร้างเงื่อนไขที่จำเป็นให้นวัตกรรมเหล่านี้เติบโตได้
องค์การพลังงานระหว่างประเทศระบุว่า ขณะที่โลกเร่งมุ่งสู่การลดการปล่อยคาร์บอน พลังงานลมนอกชายฝั่งเพียงอย่างเดียวอาจผลิตไฟฟ้าได้มากกว่าความต้องการใช้ไฟฟ้าทั้งหมดของยุโรป สหรัฐฯ และญี่ปุ่นรวมกันหลายเท่าในทางทฤษฎี กำแพงกังหันลมของญี่ปุ่นอาจมีบทบาทสำคัญในการปลดล็อกศักยภาพนี้ โดยเปิดทางให้เพิ่มการผลิตพลังงานได้อย่างมาก พร้อมแก้ข้อจำกัดด้านพื้นที่และทรัพยากร
ประเด็นสำคัญ
- มหาวิทยาลัยคิวชูพัฒนาเทคโนโลยีกำแพงกังหันลมนวัตกรรมใหม่ ซึ่งอาจเพิ่มกำลังผลิตไฟฟ้าได้เป็นสามเท่าเมื่อเทียบกับกังหันลมนอกชายฝั่งแบบทั่วไป
- ญี่ปุ่นเผชิญความท้าทายด้านพลังงานเร่งด่วน โดยมีอัตราการพึ่งพาตนเองเพียง 15.2% และใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลคิดเป็น 72.8% ของแหล่งพลังงาน
- กำแพงกังหันลมต่อยอดจากเทคโนโลยีกังหันลมลอยน้ำ ซึ่งเข้าถึงทะเลลึกที่มีลมแรงและสม่ำเสมอกว่าได้
- ภาคพลังงานลมนอกชายฝั่งของญี่ปุ่นเผชิญอุปสรรคสำคัญ ทั้งปัญหากรอบการประมูล ความไม่แน่นอนของรายได้ และความท้าทายด้านห่วงโซ่อุปทาน
- นวัตกรรมเสริมจากญี่ปุ่นประกอบด้วยฐานราก Skirt Suction เซลล์แสงอาทิตย์ทรงกลม และเทคโนโลยีกักเก็บความร้อนด้วยหิน
- บริษัทญี่ปุ่นลงทุนในโครงการพลังงานลมนอกชายฝั่งระหว่างประเทศ โดยเฉพาะในยุโรปและนอร์เวย์ เพื่อสั่งสมความเชี่ยวชาญ
- ญี่ปุ่นตั้งเป้าเพิ่มสัดส่วนพลังงานหมุนเวียนจาก 20% เป็น 36-38% ภายในปี 2030 โดยพลังงานลมนอกชายฝั่งมีบทบาทสำคัญ
- รัฐบาลจัดเตรียมพื้นที่นอกชายฝั่งสำหรับการทดสอบสาธิต และลงทุน 123.5 พันล้านเยนผ่านกองทุน Green Innovation Fund
- กำลังการผลิตพลังงานลมลอยน้ำทั่วโลกอยู่ที่ 245 MW ณ เดือนตุลาคม 2024 และมีโครงการในอนาคตที่อยู่ในแผนรวม 266 GW ทั่วโลก
- ยุทธศาสตร์พลังงานของญี่ปุ่นให้ความสำคัญกับความร่วมมือกับชุมชนและการผสานพลังงานหมุนเวียนให้เหมาะกับแต่ละอุตสาหกรรม
