新技術(shù)助力能源轉(zhuǎn)型

　　不管出于何種原因，日本和德國已經(jīng)站在了棄核之路的最前沿。

　　日本是世界上僅次于美國、法國的第三大核能發(fā)電國家。從2011年3月起，日本逐步減少核能的發(fā)電量，取而代之的是國外進口燃料。隨著核反應(yīng)堆的陸續(xù)關(guān)停，日本對進口原油、天然氣、燃煤的依賴越來越大。

　　日本能源經(jīng)濟研究所預計，如果將全部核反應(yīng)堆閑置不用，日本今年將比2011年多花600億美元用于進口原油、天然氣和燃煤。與此同時，二氧化碳的排放量將進一步攀升5.5%。

　　而當?shù)聡�把關(guān)閉核電站加入到他們的能源轉(zhuǎn)型計劃中時，柏林也將自身置于一場將在整個歐洲引發(fā)巨大反響的能源試驗中。德國必須在降低能耗的同時，付出巨大而難以估量的代價，以前所未有的規(guī)模來開發(fā)和應(yīng)用可再生能源技術(shù)。

　　為了取代核能，能源巨頭們競相在遠離海岸的地方建設(shè)巨大的風電場；并且正在計劃建造新的輸電設(shè)施。與此同時，電力供應(yīng)商們正在尋找讓工廠在風能和太陽能出現(xiàn)斷檔時保持正常運作的方法。他們正在尋找廉價、大規(guī)模的儲能形式，并且希望計算機可以智能協(xié)調(diào)多達數(shù)百萬的分布式電源。

　　1 “兆瓦級”光伏電站

　　日本已于7月開始實施可再生能源固定價格收購制度(FIT)。這讓那些早就在謀劃大規(guī)模光伏電站——兆瓦級太陽能發(fā)電的能源巨頭們加快了行動步伐。

　　按照FIT規(guī)定，通過光伏發(fā)電所產(chǎn)生的電力以平均42日元/千瓦時的價格，由電力公司負責收購20年。日本于6月開設(shè)的分散型綠色賣電市場，使得特定規(guī)模的新電力公司買賣兆瓦級太陽能所發(fā)的電力成為可能，這些利好政策將推動日本太陽能市場迅速進入發(fā)展高峰期。

　　早在4月10日就宣布將在日本西南部鹿兒島設(shè)立日本最大規(guī)模太陽能發(fā)電廠的京瓷公司，在7月10日正式成立了“鹿兒島兆瓦級太陽能發(fā)電站”公司，資產(chǎn)達43億日元，總部設(shè)在鹿兒島市的九電工鹿兒島分公司內(nèi)。發(fā)電站預定今年9月開工建設(shè)，2013年秋季完工，面積約127萬平方公尺；將采用京瓷生產(chǎn)的太陽能電池模塊，京瓷太陽能公司、九電工及竹中建筑負責建設(shè)施工，京瓷負責公司的運營業(yè)務(wù)。

　　“鹿兒島兆瓦級太陽能發(fā)電站”的裝機量為7000萬瓦，預計年發(fā)電量大約為7880萬千瓦時，相當于2.2萬戶普通家庭的用電量，每年大約可削減2.5萬噸二氧化碳排放；所發(fā)電力將銷售給九州電力。

　　與此同時，軟銀能源也計劃在北海道苫小牧市東部設(shè)立太陽能發(fā)電站，發(fā)電功率預估至少20億瓦。軟銀太陽能布局規(guī)模龐大，數(shù)量多達十多座。

　　2 虛擬發(fā)電站的前沿研究

　　德國四大電力公司之一的德國萊茵集團(RWE)在埃森市西邊的杜伊斯堡進行了一項關(guān)鍵技術(shù)的研究。

　　在這種技術(shù)中，軟件智能控制著海量的小型電源以協(xié)調(diào)它們的電力輸出，并在能源市場上出售。其目標是把數(shù)千個單獨供電時都存在不可靠性的可再生能源發(fā)電裝置，轉(zhuǎn)換成可以信賴的電網(wǎng)的一部分。

　　RWE的研究人員對十幾個設(shè)計用來熱電聯(lián)供的燃氣鍋爐和燃料電池進行測試。理論上，電力公司可以征集成千上萬個家庭用機組，以及為公寓和寫字樓供能的大型機組，制造額外的電力提供給電網(wǎng)。德國全國用電量差不多有5%可以通過這種方式獲得，其發(fā)電量大約相當于新的離岸風電場所提供的。

　　個人用戶和企業(yè)需要逐漸替換已有的燃氣鍋爐，基礎(chǔ)設(shè)施也必須落實到位才能同步成千上萬個電源，要達到這一步需要花費數(shù)十年。而工程師們正在測試一種全新的網(wǎng)絡(luò)，其作用相當于120個小型發(fā)電站的通訊樞紐，這些電站依靠可再生能源發(fā)電，總發(fā)電能力為160兆瓦。軟件把氣象預報納入考慮，收集大量來自風能和太陽能的可再生電力，通過切換生物質(zhì)發(fā)電廠的開啟和關(guān)閉來平衡電力輸出的波動，從而制造出穩(wěn)定的電力。

　　在未來，這種系統(tǒng)也會包括需求管理，電力公司會給愿意在電力需求高峰期自動削減用電量的用戶提供折扣。有朝一日，系統(tǒng)也可以從�？康碾妱悠�車中提取電力，或是把電能儲存在它們當中，以補償風能的變動。

　　通用電氣和其他公司也正在追求這樣的理念。通用電氣的萊梅特說：“今天我們所知的是能源市場將會分散化，將會成為一個碎片化的市場，而過去，我們有4家電力公司，現(xiàn)在我們有350家發(fā)電公司，今后還會增加到1000家，如果你把每個屋頂有太陽能電池板的人計算在內(nèi)的話，這個數(shù)字會增加到上百萬。所以我們看到的一個趨勢是：需要強調(diào)的不再是發(fā)電，而是電力的管理�！�

　　3 安裝太陽能電池板的機器人

　　目前，太陽能在全球總發(fā)電量中的占比不足2%，這是因為傳統(tǒng)太陽能電池板每平方米產(chǎn)生的電力約為145瓦，僅能點亮兩三個燈泡。這就意味著，要想讓太陽能發(fā)電的效益和一個大型化石燃料電廠的峰值容量媲美，就要把太陽能電池板覆蓋在面積相當于5到6個華盛頓國家廣場那么大的地方。而更重要的是，這么多的電池板，現(xiàn)在每一個都是人工安裝的。

　　德國的一些企業(yè)正在研發(fā)能夠不分日夜、在各種天氣條件下自動安裝地面裝配型太陽能電池板的移動機器人。其中，PVKraftwerker公司所設(shè)計的機器人Momo預計能夠組裝發(fā)電廠級的太陽能電池板，這種電池板的大小是家庭屋頂電池板的四倍大。

　　研發(fā)這種機器人的主要目的是為了節(jié)省勞動力成本，因為隨著電池板價格的日益降低，勞動力成本在太陽能發(fā)電中所占的比重就會隨之增大。據(jù)了解，使用機器人后以前需要35個工人才能完成的安裝工作，現(xiàn)在只需要3個，耗費的時間也只有原來的1/8。對于一個發(fā)電能級為14兆瓦的太陽能發(fā)電廠，人工安裝電池板的成本大約要200萬美元。這個工作如果是由機器人代勞，成本可以減少將近一半。

　　德國能源轉(zhuǎn)型計劃提出，在8年內(nèi)實現(xiàn)全國1/3電力來自可再生能源，到2050年增至80%。這種機器人的出現(xiàn)或許將更有利于這些目標的實現(xiàn)。2011年，德國的太陽能裝機量在世界上處于領(lǐng)先地位，當年共安裝了足以產(chǎn)生約7500兆瓦電力的電池板，覆蓋了差不多50平方公里的地面和屋頂。

　　PVKraftwerker打造的機器人，用的是來自日本的現(xiàn)成組件。它的機械手臂架設(shè)在一部有著類似坦克履帶的全地形車上。在吸盤抓住電池板的玻璃面后，機械手臂根據(jù)相機提供的現(xiàn)場三維視圖指導，將電池板擺放到正確的位置上。

　　依據(jù)太陽能電站詳細設(shè)計處理軟件程序，組件安裝過程可重復10萬次，機器人每次安裝可以覆蓋到70公里。據(jù)了解，Momo可以在任何天氣條件下工作，安置超過6平方米的組件，可攜帶140公斤的有效載荷。但完全自動化安裝過程是一件非常困難的工作。德國的大部分太陽能電力都來自屋頂?shù)奶�陽能電池板陣列，屋頂�(shù)男螤詈头较蛴刑�多的變化，給機器人的安裝工作增加了難度。

　　弗勞恩霍夫可持續(xù)能源系統(tǒng)中心的科學總監(jiān)認為，機器人的作用會很有限。但對于大型的、架設(shè)在地面的安裝工程，隨著安裝規(guī)模的增大，對機器人的使用就不可避免了。

　　這些機器人可以在惡劣的環(huán)境中提供電力。日本政府已經(jīng)委托PVKraftwerker公司開發(fā)一種適合本國的機器安裝工人。它們將能夠獨立在福島核電廠災(zāi)害現(xiàn)場附近受輻射的地區(qū)安裝一個太陽能電廠。