2013年03月05日10:17 来源：人民网-财经频道
【相关新闻】
【政策回顾】日本地方政府纷纷出台自主条例，推动汽车尾气污染防治
“仅提高足球运动员的个人能力，是无法在世界杯中取胜的。要取得胜利，必须量才任用及进行团队合作。这个道理同样适用于能源系统领域。”
东京工业大学研究生院理工学研究科化学专业副教授伊原学这样说道。他曾担任2012年2月完工的Green Hills1号馆“环境能源创新楼”建设项目负责人。
 |
| 4570枚太阳能电池板覆盖研究楼屋顶、南面及西面所有墙壁。 |
东工大以“环境能源创新楼”申报了日本文部科学省与国土交通省推进的旨在实现学校设施创能及节能的“学校零能源化”项目，并得以入选，于2009年1月开始建设。自去年2月完工以来，来自日本国内、欧美、中东及亚洲等的考察者络绎不绝。
之所以如此受到关注，是因为该研究楼虽然建有研发所需无尘室等需要大量电力的设施，但二氧化碳排放量比东工大原有的研究楼削减了60％以上，而且拥有可使楼内消费电力基本实现自给自足的能源系统，那么，这是怎样实现的？大家都想亲眼进行确认。
打破常识的设置方法
首先让前来参观环境能源创新楼的人感到震撼的是覆盖在研究楼屋顶、南面及西面所有墙面上的太阳能电池板，其数量多达4570枚。总发电容量约为650千瓦。
仔细观看可以发现，其中使用了多种太阳能电池板。包括单晶硅、多晶硅、薄膜硅、非晶／结晶硅、CIGS薄膜及有机薄膜在内，根据各种电池的发电效率、形状及强度（风压负载）等，设置在了最合适的场所。东工大这样做的思路是，从国立大学的中立角度出发，尽量冷静、客观地评估各种太阳能电池板的性能。因此，直接使用了已经投入实用的所有市售产品。
环境能源创新楼西面。可以看出，使用了各种太阳能电池板。
伊原副教授介绍道，“参观者都会提出同一个问题，那就是‘真的可以这样设置太阳能电池板吗？’出现这种想法也可以理解。不过，这是根据计算机模拟结果计算出的最佳设置方法。实际上，目前基本实现了预期发电量”，言语之间充满了自信。
“真的可以采用这种设置方法？”
参观者们所说的“这种设置方法”，指的是将太阳能电池板像遮阳板一样倾斜地重叠设置，设置密度较高。
在南面研究室楼层外侧，将太阳能电池板像遮阳板一样高密度地倾斜设置。
环境能源创新楼为地上7层、地下2层的建筑，研究室楼层与实验室楼层交错设置。需要遮光的实验室楼层，太阳能电池板顺着墙壁形状设置。而研究室楼层，则是保持一定间隔地倾斜重叠设置。
而且，该研究楼旁边就是东京急行电铁公司的目黑线和大井町线。假如太阳能电池因台风或地震脱落，掉到铁路轨道上，很有可能发生惨剧。因此，用钩子固定住太阳能电池板的两端，确保了高度的安全性。不过，从发电效率考虑，钩子会在太阳能电池板上形成阴影，影响发电效率，这一点也不容忽视。这种设置方法在能源尤其是太阳能电池专家来看，是非常不符合常识的。
用钩子固定太阳能电池板两端。
伊原副教授说：“以前在设置太阳能电池板时，优先考虑的是性价比。不过，我们采用这种高密度设置方法，是为了使全年发电量实现最大化。换句话说，就是为了实现本项目的最大使命，即实现二氧化碳排放量最小化。”
具体而言，就是以“冬至时太阳能电池板上不会形成阴影”为标准，计算出研究室楼层外侧设置的太阳能电池板的倾斜角度及电池板之间的间隔。
顺便一提，关于日本全年日照变化及气象条件，公共机构经长年观测已积累了数据，并已经建立起数据库。以该数据库为基础，只是输入想查询场所的纬度及经度，即可简单地进行计算机模拟。
夏季遮挡直射日光，冬季保暖
研究楼与安装太阳能电池板的钢架之间的半外部空间看上去像大教堂。
伊原副教授等还对研究室楼层全年亮度变化进行了计算机模拟。结果证实，通过设定为冬至时太阳能电池板不会产生阴影的角度及间隔，可大幅削减空调设备及照明器具所需的电力能源。
夏季由于太阳能电池板可遮挡日光的直接照射，因此可抑制研究室内的温度上升，冬季，日光可照进房间内部，提高室内温度。而且，由于太阳能电池板反射的间接光线可照亮室内，因此仅使用少量照明器具即可。
另外还有其他优点。通过将太阳能电池板安装在钢架上，包覆住整栋研究楼，风可从电池板与电池板之间吹过，因此还可抑制因表面温度上升而导致的发电效率下降。
伊原副教授回顾说：“采用这种设置方法，与通常情况相比确实会花费较多成本。不过，我们没有因为资金不足而妥协，而是努力实现最初设定的二氧化碳排放量削减60％以上的目标。为此也给提供合助的各个企业出了许多难题。要感谢他们的协助。”
有效利用燃料电池的废热
不过，仅靠太阳能电池，是无法满足全部电力需求的。为了弥补短缺的电力，环境能源创新楼还采用了磷酸燃料电池（PAFC），发电容量约为100千瓦。该数值也是伊原副教授等针对约650千瓦的太阳能电池计算得出的最佳比例。
顺便一提，目前在日本，作为家用用途，虽然在700～1000℃下运转的固体氧化物燃料电池（SOFC）已经实现实用化，但尚未出现100千瓦级的产品。选择磷酸燃料电池的原因就在于此。
伊原副教授透露：“实际上，对于设想利用燃料电池废热的我们来说，磷酸燃料电池运转温度仅为200℃左右是一个难题。不过，幸运的是，这个温度恰好处于可利用废热的限度范围内，因此决定加以采用。”今后，如果有更合适的燃料电池实现实用化，将陆续加以采用。
设置在屋顶的100千瓦磷酸燃料电池
伊原副教授计划将燃料电池的废热用于干燥剂空调。这种空调指的是使用干燥剂进行除湿的空调系统。在室温相同的情况下，湿度较低时舒适性较高。并且，干燥的空气在制冷时所需能源也较少。因此制冷时，在温度相同的情况下，控制湿度是非常重要的。
不过，以往的空调系统为了降低湿度采用的方法是，先对空气进行过度冷却，去除空气中的水蒸气，然后再将其加热到设定温度。而除湿空调是利用干燥剂直接去除空气中的水蒸气，因此无需因进行过度冷却及再次加热而浪费能源，更为环保，因此近年来关注度日益提高。
设置于屋顶的干燥剂空调
干燥剂空调需要使用热量以蒸发干燥剂吸收的水分，使干燥剂再生。因此，伊原副教授等计划，通过采用干燥剂空调实现空调节能，同时将燃料电池的废热用作干燥剂再生热源。
伊原副教授等还决定采用浅层地热泵。就是在地下设置用于换热的管道，将浅层地热用于制冷及供暖。
组合利用浅层地热泵及辐射冷暖气设备
以往的空调在夏季会将室内热量排放到室外。这已经成为导致热岛现象的原因之一。并且，外部空气与室内空气之间的温差越大，冷暖气设备所需的能量就越多。
休息区及讨论区设置不使用风扇的节能型辐射冷暖气设备。
相反，地下温度从全年来看基本没有变化。因此，采用浅层地热泵有助于实现大幅节能。而且，由于废热排放到地下，因此还有望缓解热岛现象。
实际上，在日本，浅层地热泵由于铺设用于换热的管道所需费用较高，以及知名度较低等原因，与欧美相比普及较慢。不过，2012年5月开业的东京晴空塔采用了利用浅层地热能的“地区冷暖气系统”，这在日本国内尚属首次。据称年能源消费量与以往相比，大约可削减43％，因此立即受到关注。
伊原副教授说：“此次在地下100深处设置了4根换热管道。因此设置成本较大，但从验证其有效性的角度来看，这次尝试非常有意义。而且，通过组合利用不使用风扇的辐射冷暖气设备及浅层地热泵，可进一步实现节能。”
通过进行各种尝试及不断改进，伊原副教授等实现了开始建设环境能源创新楼时设定的二氧化碳减排目标。
该项目今后的目标是建立“校园智能电网”，并命名为“Green Hills构想”。作为第一阶段，首先将致力于使大冈山校园内所有研究楼的用电量实现可视化，之后逐步构建智能电网。
伊原副教授说：“大冈山校园中既有古旧建筑，也有新建筑，建设年代不一而同。如果能在此构建起智能电网，从中取得相关经验及知识，今后在情况相同的城市构筑智能电网时便可加以应用。”
实现最佳系统化非常重要
伊原副教授目前的研究主题是研发能够提高太阳能电池及燃料电池等的能源转换效率的材料。不过，他原本的专业是化工，比较擅长化工设备设计及优化。针对在环境能源创新楼中构筑的能源系统的意义及优势，伊原副教授做了如下阐述：
“日本在太阳能电池及燃料电池等新能源领域拥有较高的技术实力。不过，今后要防止全球变暖，进一步实现节能及大幅二氧化碳减排，仅靠提高各领域的核心技术水平是不够的。将这些技术进行最佳组合，实现系统化，将变得非常重要。就像足球运动中的人尽其才与团队合作。我们此次能够实现目标的原因也在于此。我认为，实现系统化才是日本最大的优势所在。”
化工成套设备是这样，火力发电站联合循环系统及热电联产系统也是如此。实际上，实现核心技术的系统化可以说是日本最擅长的领域。
“希望今后能把通过环境能源创新楼建设项目获得的相关知识及经验推广到全日本乃至全球其他国家，在全球范围内为改善环境做贡献”，伊原副教授又提出了新目标。（日经能源环境网 供稿）
