實現(xiàn)可再生能源利用最大化

“最大限度利用可再生能源”已經(jīng)成為了能源政策的主流。在日本，得到認(rèn)證的太陽能發(fā)電設(shè)備已經(jīng)超過2000萬千瓦，通過智能電網(wǎng)調(diào)節(jié)供需平衡的必要性已經(jīng)顯現(xiàn)。智能電網(wǎng)的信息通信技術(shù)(ICT)基礎(chǔ)擁有超越能源領(lǐng)域范疇，與交通等系統(tǒng)聯(lián)動，優(yōu)化管理整座城市的可能性。能源政策的模式轉(zhuǎn)變通過結(jié)合地區(qū)特色，在各種構(gòu)思下將創(chuàng)造眾多跨領(lǐng)域的商機。

在日本，百萬瓦級太陽能發(fā)電設(shè)施(大規(guī)模太陽能電站)已接連投入運轉(zhuǎn)。9月上旬，日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省發(fā)布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截至2013年5月底，已取得可再生能源發(fā)電固定價格收購制度(Feed-in-Tariff)認(rèn)證的可再生能源發(fā)電設(shè)備達(dá)到了2237萬千瓦。其中2091萬千瓦是太陽能發(fā)電系統(tǒng)。如果簡單計算，其輸出容量之龐大，大約相當(dāng)于20座核電機組。

也有看法認(rèn)為，在獲得認(rèn)證的太陽能發(fā)電設(shè)備中，不少尚未敲定土地利用事宜，真正投入運轉(zhuǎn)的估計只占一半左右。另外，太陽能發(fā)電在日本國內(nèi)的設(shè)備利用率(實際發(fā)電量與額定輸出功率滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)之比)約為12%，與利用率達(dá)到70%(東日本大地震前)的核電站不能簡單進(jìn)行比較。不過，即便考慮到這些條件，有朝一日，太陽能發(fā)電的發(fā)電量終將達(dá)到幾座核電機組的水平。

在核電站恢復(fù)運轉(zhuǎn)前景不明的情況下，太陽能電站的激增象征著能源業(yè)務(wù)的變化。而且，大量采用可再生能源不單是推動可再生能源業(yè)務(wù)的發(fā)展，還有可能提高智能電網(wǎng)的必要性，以信息通信技術(shù)為基礎(chǔ)創(chuàng)造出超越能源范疇的新業(yè)務(wù)。

3•11大地震后新增的3個視點

對于太陽能發(fā)電普及速度的加快，也有看法認(rèn)為，這是固定價格收購制度設(shè)定的優(yōu)厚價格引發(fā)的暫時性熱潮。但是，能源政策如今已經(jīng)開始發(fā)生模式轉(zhuǎn)變，在今后，需求雖然會有波動，但就長期而言，應(yīng)該不會出現(xiàn)倒退。

過去能源政策基本上重視“安全”、“經(jīng)濟效益”及“環(huán)境性”這3個視點。在經(jīng)歷了東日本大地震造成的核電站事故以及長期停電后，日本在此基礎(chǔ)上，又新增了3個重要視點。

第一是發(fā)電站周邊的“安全”。按照過去的習(xí)慣，這一點不是能源政策討論的范圍。按照以往的3個視點，核電在各方面都得到了高度評價，但福島第一核電站事故發(fā)生后，其最基本的“安全”受到了嚴(yán)重質(zhì)疑，如今正處在能否繼續(xù)作為基礎(chǔ)電源之一得以保留的緊要關(guān)頭。

第二是在“安全”的概念中，增加了通過廣泛分散發(fā)電站以降低地區(qū)風(fēng)險的必要性。過去，日本一直是從保障能源安全的視點出發(fā)，通過發(fā)電方式的“優(yōu)化組合”及增加燃料種類，來降低采購風(fēng)險。東日本大地震發(fā)生后，電力短缺情況之所以長期化，最大的原因在于，大型火電站集中在受災(zāi)的太平洋沿岸，在地震中悉數(shù)因海嘯而停產(chǎn)。在這種情況下，東京六本木新城依靠自行設(shè)置的天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，成功避免了停電。

第三個新視點是，不僅把能源業(yè)務(wù)視為支撐生活和產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施，還將其定位為創(chuàng)造新就業(yè)的新產(chǎn)業(yè)。

現(xiàn)在，日本東北地區(qū)計劃的許多重建項目都采用了百萬瓦級太陽能和生物質(zhì)發(fā)電等可再生能源，力爭實現(xiàn)能源的“地產(chǎn)地消”。其目的不僅在于推進(jìn)氣候變暖對策，還在于培育新產(chǎn)業(yè)和創(chuàng)造就業(yè)。

借助新增的3個視點，分布式電源、其是有助于改善氣候變暖的可再生能源和熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的價值得到了大幅提升。在過去，可再生能源和熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的價值是以二氧化碳排放量少這一環(huán)保性為主，現(xiàn)在，在此基礎(chǔ)之上，回彈性大于集中型電力系統(tǒng)的優(yōu)點、通過在當(dāng)?shù)厣a(chǎn)并消費能源創(chuàng)造就業(yè)的效果也開始受到關(guān)注。

這樣的發(fā)展方向已經(jīng)在向歐洲，特別是德國、英國、北歐及美國加利福尼亞州的能源政策靠攏。一語概之，就是“可再生能源利用的最大化”。

核電存在“發(fā)生事故時會擴散放射性物質(zhì)”、化石燃料存在“依賴海外和排放二氧化碳”等無法解決的本質(zhì)問題。而可再生能源的課題是高成本，這能夠通過開發(fā)技術(shù)和改善運用加以克服。

各國目前都在探索經(jīng)濟社會對于擴充可再生能源所增加的成本能吸收到何種程度，把強力支持本國企業(yè)參與可再生能源低成本化競爭作為一項產(chǎn)業(yè)政策。

虛擬電廠成為關(guān)鍵

水力、地?zé)岷蜕镔|(zhì)發(fā)電等可以調(diào)節(jié)輸出功率的可再生能源無需這樣的追加成本，但可新開發(fā)的資源有限。在今后建設(shè)余地巨大的太陽能和風(fēng)力發(fā)電則需要解決穩(wěn)定系統(tǒng)所需成本的問題。

對于風(fēng)力與太陽能的發(fā)電，有些國家通過發(fā)電設(shè)備的量產(chǎn)化和裝機容量的大規(guī)?；岣吡诵剩瑥亩蠓档土顺杀?，甚至接近了1千瓦時的成本低于購買電能的“電網(wǎng)平價”。但用來穩(wěn)定功率變化的系統(tǒng)穩(wěn)定化技術(shù)尚處于開發(fā)階段。以低成本緩和風(fēng)力和太陽能發(fā)電的功率變化、減輕基礎(chǔ)電網(wǎng)負(fù)荷，這種技術(shù)需求會越來越大，在這一領(lǐng)域有可能產(chǎn)生商機。在這樣的趨勢下，作為新一代電網(wǎng)備受期待的“智能電網(wǎng)”開始受到關(guān)注。

可與社區(qū)智能交通管理聯(lián)動

利用信息通信技術(shù)精密控制需求

智能電網(wǎng)的一大優(yōu)勢是能夠利用信息通信技術(shù)精密控制需求。在歐美，要求用電大戶在高峰用電時段減少需求的“需求響應(yīng)”(DR)已經(jīng)普及，隨著智能電網(wǎng)的推廣，需求響應(yīng)將有望走入普通家庭。日本橫濱市和北九州市也已經(jīng)開始以普通家庭為對象，對提高電價的需求響應(yīng)進(jìn)行驗證。

絕大多數(shù)的家庭需求響應(yīng)實證實驗是人工操作家電，但在德國等地，還通過實證實驗，進(jìn)行了向家中設(shè)置的能源控制器發(fā)送指令，自動降低冰箱和空調(diào)功耗的嘗試。以這些實證成果為基礎(chǔ)，歐洲10國合作，在丹麥啟動了根據(jù)一級市場的價格變化，實時自動控制電器工作情況的實證實驗。美國把這種以分鐘為單位的快速需求響應(yīng)稱為“高速自動需求響應(yīng)”，已經(jīng)開始著手為家電的遠(yuǎn)程控制制定通信標(biāo)準(zhǔn)。

另一方面，在熱電聯(lián)產(chǎn)領(lǐng)域，住宅燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)在日本已經(jīng)開始普及，歐美也在推進(jìn)實證實驗。

日本將通過智能電網(wǎng)綜合控制地區(qū)內(nèi)的分布式電源、蓄電池及需求響應(yīng)的機制稱為“地區(qū)能源管理系統(tǒng)”(CEMS)，這在如今已經(jīng)是各地實證項目的主要驗證課題。

歐洲也在加緊開發(fā)與地區(qū)能源管理系統(tǒng)相似、以分布式電源為主體的智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，也就是“虛擬電廠”。隨著大量采用可再生能源，地區(qū)能源管理系統(tǒng)和虛擬電廠技術(shù)在各國的需求也在增大。

今后，符合地區(qū)特色的許多方法或許都將得到嘗試。而且，以信息通信技術(shù)為基礎(chǔ)，將來很有可能超出能源的范疇，創(chuàng)造出眾多商務(wù)模式。

其實，“可再生能源成本高”包含雙重含義。首先是發(fā)電本身的成本，主要是設(shè)備費和燃料費除以發(fā)電量。日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省2011年12月發(fā)布的《成本等研究委員會報告》對其進(jìn)行了估算。報告稱，截至2010年，百萬瓦級太陽能的發(fā)電成本為1千瓦時30.1～45.8日元，風(fēng)力發(fā)電為9.9～17.3日元。

另一個成本是在維持電網(wǎng)電能質(zhì)量不變的前提下，穩(wěn)定地使用總是在變動的太陽能和風(fēng)力發(fā)電所需的成本。日本電氣事業(yè)聯(lián)合會在2008年表示，如果太陽能發(fā)電的建設(shè)容量在1000萬千瓦以內(nèi)，現(xiàn)在的電網(wǎng)可以接收。反言之，倘若超過1000萬千瓦，如果不對電網(wǎng)進(jìn)行投資，就會影響到電能質(zhì)量。從目前的認(rèn)證設(shè)備已經(jīng)超過2000萬千瓦的情況來看，在不久的將來，日本將需要為接收太陽能發(fā)電而追加投資。

全方位進(jìn)行城市建設(shè)

有觀點認(rèn)為，在歐洲構(gòu)筑智慧城市采用“整體分析”(Holistic Approach)很重要。

整體分析是指同時考慮能源、交通工具及廢棄物問題，并同時予以解決的方法。斯德哥爾摩近郊的Hammarby Waterfront被認(rèn)為是一個成功例子。在歐洲有觀點認(rèn)為，智能電網(wǎng)的信息通信技術(shù)將是實現(xiàn)整體分析的有力工具。

例如，以通過虛擬電廠進(jìn)行控制的分布式電源為主體的城市建設(shè)，與以公共交通工具為軸心的緊湊型城市及徹底實現(xiàn)回收利用的零排放型社會比較吻合。

事實上，日本已開始開展實證項目的社區(qū)能源管理系統(tǒng)(CEMS)也是不僅用于能源管理，還具備與純電動汽車(EV)的聯(lián)動及看護(hù)老年人等功能，整個社會日漸成為其應(yīng)用領(lǐng)域，因而具有整體分析的一面。例如，在愛知縣豐田市的實證項目中，可最大限度利用太陽能發(fā)電的能源管理與新一代交通工具實現(xiàn)了聯(lián)動。

該項目將能源管理系統(tǒng)稱為“能源信息管理系統(tǒng)”(EDMS)。在裝備了太陽能電池板、蓄電池及插電式混合動力車(PHV)的住宅中采用住宅能源管理系統(tǒng) (HEMS)，對將太陽能所發(fā)的電力儲存在蓄電池及插電式混合動力車中以備使用的機制進(jìn)行驗證。能源信息管理系統(tǒng)承擔(dān)的作用是，通過對多所住宅的住宅能源管理系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視及統(tǒng)一控制，對城市整體的電力供需進(jìn)行優(yōu)化等。

另一方面，新一代交通工具則是通過“交通信息管理系統(tǒng)”(TDMS)進(jìn)行統(tǒng)一控制。控制對象不僅限于環(huán)保車及汽車的利用形態(tài)。還要使公共交通與私家車、汽車共享實現(xiàn)聯(lián)動，并且收集消費者、交通運營商及社區(qū)等的信息，通過組合利用公共交通和汽車，實現(xiàn)地區(qū)整體的優(yōu)化利用。

豐田公司于2012年10月開始提供名為“Ha:mo NAVI”的“多運輸形態(tài)路徑導(dǎo)航”(Multi Modal Navi)服務(wù)，用戶可使用智能手機對汽車與公共交通配套路線進(jìn)行搜索和引導(dǎo)。該服務(wù)結(jié)合了指引駕駛路線的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)，和指引電車及地鐵換乘路線的互聯(lián)網(wǎng)搜索網(wǎng)站。

例如，從豐田利用超小型純電動汽車進(jìn)行汽車共享實驗的日本中京大學(xué)豐田校園，到擁有汽車相關(guān)參觀及展示設(shè)施的豐田會館，對其間交通路線進(jìn)行搜索，那么顯示出的最佳路線是，利用汽車共享到最近的貝津車站，然后坐電氣列車到三河豐田車站，再換乘巴士。也就是說，使用者通過1次搜索就可獲得利用汽車共享、電車及巴士的換乘路線信息。

統(tǒng)一控制能源及交通工具

Multi Modal Navi將成為豐田正在構(gòu)筑的交通信息管理系統(tǒng)的核心。其具體原理是，將道路擁堵信息、公共交通運行狀況、汽車共享預(yù)約狀況、天氣信息及集會活動信息等收集到“Ha:mo NAVI中心”，對交通狀況進(jìn)行分析和預(yù)測，然后向消費者及交通運營商反饋“最佳行動方式”。其最大的目的在于，通過使汽車需求實現(xiàn)合理化，消除交通擁堵以及抑制二氧化碳的產(chǎn)生。

目前，只能向普通汽車用戶提供最佳行動路線建議，但將來設(shè)想從Ha:mo NAVI中心向電車及巴士的運營商反饋預(yù)測結(jié)果。如果能夠預(yù)測到因暴雨以及集會活動等的影響，乘客會在短時間內(nèi)向公共交通系統(tǒng)集中，那么便可采取事先增加車次等對策。交通信息管理系統(tǒng)將超越針對消費者提供“導(dǎo)航”的范疇，承擔(dān)起對當(dāng)?shù)厣鐣w交通基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化管理的作用。

豐田市的實證項目還計劃自2014年度起，使交通信息管理系統(tǒng)與能源信息管理系統(tǒng)聯(lián)動。交通信息管理系統(tǒng)與能源信息管理系統(tǒng)的結(jié)合點是純電動汽車(EV)的蓄電池。對能源信息管理系統(tǒng)而言，蓄電池是一種可儲存太陽能發(fā)電的剩余電力，或者可將低電價時段的電能預(yù)先儲存起來，在高電價時段釋放電能以獲得經(jīng)濟利益的重要設(shè)備。如果能源信息管理系統(tǒng)與交通信息管理系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)動，便可從經(jīng)濟性和方便性的角度，對應(yīng)該如何利用純電動汽車進(jìn)行比較。

例如，在住宅電力需求達(dá)到高峰、傍晚下班時間道路會出現(xiàn)擁堵的地區(qū)，傍晚不乘坐純電動汽車，而是讓其在家中釋放電力以供使用或是向電網(wǎng)售電，乘坐巴士及電車上下班，這樣做對消費者而言既經(jīng)濟又非常方便。而且這樣做最終也會使當(dāng)?shù)氐碾娏┬鑼崿F(xiàn)平衡，并可緩解交通擁堵現(xiàn)象。豐田市力爭實現(xiàn)的智慧城市，可以說是對能源和交通工具進(jìn)行統(tǒng)一管理的整體分析事例之一。

能源政策的模式轉(zhuǎn)變推動了可再生能源的大量采用和智能電網(wǎng)的發(fā)展，并具有在將來實現(xiàn)大規(guī)模區(qū)域管理的可能性。在這中間，蘊藏著只要有創(chuàng)意就能實現(xiàn)的多種經(jīng)營模式。