東京車站的發電地板：JR東日本如何將通勤族的腳步變成電力

在2000年代的幾個冬天裡，東京車站的地面有著第二份工作。

東日本旅客鐵道（多數人熟知的JR東日本）將壓電元件埋設於車站閘門口的地磚下方並加以配線連接，藉此測試尖峰時段的人潮光靠上下班通勤究竟能產生多少電力。這項計畫出現在JR東日本2008年1月發布的新聞稿中，該技術是由JR東日本與日本新能源產業技術總合開發機構（NEDO）以及JR東日本Consultants公司共同開發。

發電地板的運作原理

擠壓特定陶瓷會使其釋放出一股電壓脈衝，這就是壓電效應，與瓦斯烤肉爐的點火器原理相同，且該效應是雙向的：對陶瓷施加電壓會使其彎曲變形。

JR東日本使用的是35毫米的圓盤，與喇叭內部的元件相同，以每平方公尺約600個的密度排列，這項數據由Japan for Sustainability記錄。喇叭的作用是將電訊號轉換為振動，而發電地板則反向運作，將數千名每日通勤族的腳步轉化為電流並儲存至蓄電裝置中。該試驗的既定目標是最終能部分承擔閘門及電子看板的用電負荷，而非在試驗期間直接驅動這些設備。

閘門口的試驗數據

實際發電量究竟有多少？首次試驗於2006年10月16日至12月8日間在丸之內北口進行，涵蓋6平方公尺的閘門區域，單日發電量巔峰達到1萬瓦秒。以家庭用語來說，相當於一顆100瓦的燈泡點亮100秒。

2008年的版本規模擴大為原先的15倍，在八重洲北口的閘門、大廳及階梯鋪設了90平方公尺的發電地板，目標設定為每日50萬瓦秒，亦即同一顆燈泡可持續點亮80分鐘。每位經過的旅客預計可貢獻超過1瓦秒的電力。

第三次試驗接續於2008年12月10日至2009年2月初進行，此次地點位於八重洲北口，依產業刊物Floor Daily的報導，該次試驗在7個閘門與7個階梯踏面安裝了壓電元件，覆蓋面積約25平方公尺，並將前次試驗使用的橡膠表面更換為車站其他區域所使用的石質地磚，JR東日本表示此項變更是為了改善腳踏時的「行走舒適度」。發電目標再次上調至每日140萬瓦秒，相當於同一顆燈泡可點亮近4個小時。

耐久性是最棘手的難題

2008年的文件中藏著首次試驗最不光彩的細節。2006年試驗進入第3週時，在約80萬人踩踏過後，發電量開始下滑，原因是地板已逐漸磨損。東京的尖峰時段對材料是一項嚴酷的考驗，脆性陶瓷承受人潮踐踏註定難以持久。

JR東日本以工程手段加以因應：為元件加裝支撐結構、鋪設保護性橡膠墊、提升元件排列密度，並重新設計儲電電路。

腳步發電技術的其他發展

壓電技術最終並未成為廣泛商業化的機制。英國公司Pavegen的地磚出現在購物中心及機場中，該公司採用的是電磁感應原理。每踩一步，地磚下沉10毫米並帶動發電機運轉，根據該公司「運作原理」頁面的說明，每位成人每步可產生3至5瓦秒的電力。

實驗室研究持續推升壓電技術的上限。一篇發表於《Sensors and Actuators A》期刊的論文測試的一款地磚，單步可在開路狀態下產生約80伏特電壓，在最佳匹配負載下可輸出35毫瓦特，作者認為該發電量足以在繁忙的走廊中驅動一個無線感測器。不過這僅是單一研究中單一地磚的表現，並非地磚發電量的穩定基準。

整體人潮的發電潛力

根據nippon.com引述的JR東日本數據，東京車站在2024財政年度每日處理434,564人次的上車旅客，該數字尚未計入下車旅客。實際進行的試驗無論在規模或時間長度上都遠不及此數字，但作為粗略示意：即便以2008年設定的每位旅客1瓦秒為基準，這樣的人數每日約可產生0.1千瓦時的電力，當然這是基於每位旅客都會踩過發電地磚區段的不切實際假設。這樣的發電量雖不足以驅動一座電扶梯，但用於點亮一個顯示自身發電量的告示牌則綽綽有餘。

這大致就是該技術目前的定位。腳步發電地磚如今販售的與其說是電力，不如說是關注度：即時顯示的發電數據、發光步道、學校走廊裡讓孩子來回奔跑看著數字攀升的裝置。八重洲北口的通勤族所驅動的是一場展示，而展示本身已發展出屬於自己的市場。