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【智能電網的可能性】(上)實現可再生能源利用最大化

2013年10月30日09:17    

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“最大限度利用可再生能源”已經成為了能源政策的主流。在日本,得到認証的太陽能發電設備已經超過2000萬千瓦,通過智能電網調節供需平衡的必要性已經顯現。智能電網的信息通信技術(ICT)基礎擁有超越能源領域范疇,與交通等系統聯動,優化管理整座城市的可能性。能源政策的模式轉變通過結合地區特色,在各種構思下將創造眾多跨領域的商機。

在日本,百萬瓦級太陽能發電設施(大規模太陽能電站)已接連投入運轉。9月上旬,日本經濟產業省發布的統計數據顯示,截至2013年5月底,已取得可再生能源發電固定價格收購制度(Feed-in-Tariff)認証的可再生能源發電設備達到了2237萬千瓦。其中2091萬千瓦是太陽能發電系統。如果簡單計算,其輸出容量之龐大,大約相當於20座核電機組。

背靠火電站,已經投入運轉的百萬瓦級太陽能設施(大分縣)。

注:太陽能發電一欄,住宅為低於10千瓦,非住宅為高於10千瓦。

出處:日經BP清潔技術研究所根據日本經濟產業省的資料制作

也有看法認為,在獲得認証的太陽能發電設備中,不少尚未敲定土地利用事宜,真正投入運轉的估計隻佔一半左右。另外,太陽能發電在日本國內的設備利用率(實際發電量與額定輸出功率滿負荷運轉之比)約為12%,與利用率達到70%(東日本大地震前)的核電站不能簡單進行比較。不過,即便考慮到這些條件,有朝一日,太陽能發電的發電量終將達到幾座核電機組的水平。

在核電站恢復運轉前景不明的情況下,太陽能電站的激增象征著能源業務的變化。而且,大量採用可再生能源不單是推動可再生能源業務的發展,還有可能提高智能電網的必要性,以信息通信技術為基礎創造出超越能源范疇的新業務。

 

3•11大地震后新增的3個視點

對於太陽能發電普及速度的加快,也有看法認為,這是固定價格收購制度設定的優厚價格引發的暫時性熱潮。但是,能源政策如今已經開始發生模式轉變,在今后,需求雖然會有波動,但就長期而言,應該不會出現倒退。

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

第一是發電站周邊的“安全”。按照過去的習慣,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生后,其最基本的“安全”受到了嚴重質疑,如今正處在能否繼續作為基礎電源之一得以保留的緊要關頭。

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

第三個新視點是,不僅把能源業務視為支撐生活和產業的基礎設施,還將其定位為創造新就業的新產業。

現在,日本東北地區計劃的許多重建項目都採用了百萬瓦級太陽能和生物質發電等可再生能源,力爭實現能源的“地產地消”。其目的不僅在於推進氣候變暖對策,還在於培育新產業和創造就業。

借助新增的3個視點,分布式電源、其是有助於改善氣候變暖的可再生能源和熱電聯產系統的價值得到了大幅提升。在過去,可再生能源和熱電聯產系統的價值是以二氧化碳排放量少這一環保性為主,現在,在此基礎之上,回彈性大於集中型電力系統的優點、通過在當地生產並消費能源創造就業的效果也開始受到關注。

這樣的發展方向已經在向歐洲,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“發生事故時會擴散放射性物質”、化石燃料存在“依賴海外和排放二氧化碳”等無法解決的本質問題。而可再生能源的課題是高成本,這能夠通過開發技術和改善運用加以克服。

各國目前都在探索經濟社會對於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參與可再生能源低成本化競爭作為一項產業政策。

虛擬電廠成為關鍵

其實,“可再生能源成本高”包含雙重含義。首先是發電本身的成本,主要是設備費和燃料費除以發電量。日本經濟產業省2011年12月發布的《成本等研究委員會報告》對其進行了估算。報告稱,截至2010年,百萬瓦級太陽能的發電成本為1千瓦時30.1∼45.8日元,風力發電為9.9∼17.3日元。

另一個成本是在維持電網電能質量不變的前提下,穩定地使用總是在變動的太陽能和風力發電所需的成本。日本電氣事業聯合會在2008年表示,如果太陽能發電的建設容量在1000萬千瓦以內,現在的電網可以接收。反言之,倘若超過1000萬千瓦,如果不對電網進行投資,就會影響到電能質量。從目前的認証設備已經超過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電而追加投資。

水力、地熱和生物質發電等可以調節輸出功率的可再生能源無需這樣的追加成本,但可新開發的資源有限。在今后建設余地巨大的太陽能和風力發電則需要解決穩定系統所需成本的問題。

對於風力與太陽能的發電,有些國家通過發電設備的量產化和裝機容量的大規模化提高了效率,從而大幅降低了成本,甚至接近了1千瓦時的成本低於購買電能的“電網平價”。但用來穩定功率變化的系統穩定化技術尚處於開發階段。以低成本緩和風力和太陽能發電的功率變化、減輕基礎電網負荷,這種技術需求會越來越大,在這一領域有可能產生商機。在這樣的趨勢下,作為新一代電網備受期待的“智能電網”開始受到關注。(作者:金子憲治,日經能源環境網 供稿) 

(責編:值班編輯、庄紅韜)

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