(1)構(gòu)建“供需互通”的新一代能源系統(tǒng)
在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，可再生能源是否可以為人類提供足夠的電力需求?
對(duì)于上述問(wèn)題，一個(gè)共識(shí)性的答案是：這在很大程度上取決于需求側(cè)的用電意識(shí)培養(yǎng)及執(zhí)行。換言之，用電意識(shí)不同，其結(jié)果也會(huì)有很大的差異。
就筆者了解，日本的電力公司現(xiàn)行的供給責(zé)任體系基于兩個(gè)前提條件：一是，在經(jīng)濟(jì)高度成長(zhǎng)時(shí)期，按照需求側(cè)的需求量進(jìn)行供給;二是，能源消費(fèi)的主體以大規(guī)模產(chǎn)業(yè)為主——也就是說(shuō)，這種供給責(zé)任體系是從發(fā)展經(jīng)濟(jì)、將需求側(cè)的需求作為至高無(wú)上的目標(biāo)——這樣一種思考模式出發(fā)的。
然而，我們無(wú)法否認(rèn)更無(wú)法回避的一個(gè)事實(shí)是：隨著化石燃料埋藏量逐年減少，現(xiàn)行的能源供給責(zé)任的模式終究會(huì)在未來(lái)某一天無(wú)法持續(xù)。到那個(gè)時(shí)候，人們?nèi)缫３窒蠼裉煲粯拥纳顮顟B(tài)，必然需要付出巨大的代價(jià)。因此，我們的當(dāng)務(wù)之急便是要改變對(duì)能源價(jià)值觀的理解。
筆者所說(shuō)的“能源價(jià)值觀的轉(zhuǎn)變”，指的是在現(xiàn)行能源供給責(zé)任體系無(wú)法繼續(xù)的情景下，從現(xiàn)在的需求側(cè)與供給側(cè)分頭而治的能源系統(tǒng)中脫離出來(lái)。這個(gè)觀點(diǎn)的提出，是基于這樣的考量——以可再生能源為基干的能源系統(tǒng)，其實(shí)質(zhì)是需求側(cè)要兼?zhèn)鋵?duì)應(yīng)供給側(cè)各種變化的靈活性。舉例來(lái)說(shuō)，智能電表的普及，顯著提高大電網(wǎng)送電網(wǎng)絡(luò)的智能化，同時(shí)，這種智能化又讓“需求側(cè)了解供給側(cè)-供給側(cè)理解需求側(cè)”這種理想化的供需互相溝通變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。通過(guò)這樣的實(shí)踐，可以將一般用戶的視點(diǎn)引入至今為止以供給側(cè)和大規(guī)模用戶的互動(dòng)關(guān)系為基礎(chǔ)的“大電網(wǎng)系統(tǒng)”價(jià)值觀之中。
(2)2000年初期日本緣何未能普及分散型能源系統(tǒng)
2000年初期，日本也曾積極推動(dòng)建立分布式能源系統(tǒng)。其背景主要有兩個(gè)。一是，日本自1995年實(shí)施電力自由化以來(lái)，經(jīng)過(guò)數(shù)年的發(fā)展，分布式能源這一新的商機(jī)被市場(chǎng)看好并接納;二是，隨著1997年《京都議定書(shū)》的簽訂，人們對(duì)利用可再生能源的期待大大提高。不過(guò)，在其后的日子里，由于在推行電力自由化和可再生能源普及措施方面有些滯后，市場(chǎng)對(duì)發(fā)展分布式能源系統(tǒng)的期待也隨之降溫。分布式能源系統(tǒng)在日本未能真正普及起來(lái)。
顯然，分布式能源系統(tǒng)未能在日本風(fēng)生水起，說(shuō)到底還是因?yàn)檫@個(gè)新鮮事物本身在當(dāng)時(shí)的條件下還有諸多“缺陷”。與其他積極主張發(fā)展分布式能源系統(tǒng)的擁護(hù)者一樣，筆者認(rèn)為日本當(dāng)時(shí)未能普及分布式能源系統(tǒng)至少有以下幾個(gè)重要理由。
其一，分布式能源系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展未成熟。舉例來(lái)說(shuō)，如今太陽(yáng)能光伏發(fā)電效率已經(jīng)超過(guò)了15%，而在2000年初期，發(fā)電效率只有10%多一點(diǎn)。從太陽(yáng)能光伏的發(fā)電成本看，十幾年前是80日元/kWh，而現(xiàn)在只有40日元/kWh(僅為當(dāng)年的一半)。再例如，十幾年前，聚合物電解質(zhì)型燃料電池(PEFC)的售價(jià)是現(xiàn)今價(jià)格的幾倍，而發(fā)電效率卻比現(xiàn)在還要低10%。還有，三聯(lián)供技術(shù)最近幾年也有顯著提高，這是因?yàn)樽罱細(xì)鈨?nèi)燃機(jī)的發(fā)電效率一直在提升。而在十幾年前，利用三聯(lián)供分布式能源系統(tǒng)的項(xiàng)目，只有在熱能可以充分利用的情況下才有經(jīng)濟(jì)效益。
其二，當(dāng)時(shí)人們對(duì)系統(tǒng)化以及控制功能的重要性缺乏理解。最近的分布式能源系統(tǒng)，大多是將多種技術(shù)進(jìn)行組合，通過(guò)電腦系統(tǒng)來(lái)完成控制。這個(gè)系統(tǒng)除了兼?zhèn)涮峁┕?jié)能服務(wù)的“可視化”功能以及設(shè)備管理功能之外，還可將能源•管理•系統(tǒng)形成一體進(jìn)行整備，供需一體的能源系統(tǒng)正在逐步成為現(xiàn)實(shí)。而在2000年初期，互聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)在人們的日常生活和生產(chǎn)活動(dòng)中也僅僅5年左右的時(shí)間，與今天相比，當(dāng)時(shí)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)控制的理解以及技術(shù)水平還顯得非常稚嫩。
其三，對(duì)于可再生能源的合理使用方法缺乏理解。首先，就太陽(yáng)能光伏發(fā)電來(lái)說(shuō)，在住宅或工廠的屋頂上安裝光伏發(fā)電裝置不需要占用土地，更便于推廣。大概早于日本十年，德國(guó)通過(guò)固定價(jià)格收購(gòu)制度大規(guī)模地普及了太陽(yáng)能光伏發(fā)電。在德國(guó)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電更多采用的是被稱為“屋頂太陽(yáng)能”的方式，即將光伏板等裝置安裝于建筑物的屋頂上，而并非采取占用土地建設(shè)太陽(yáng)能光伏電站的方式。由于太陽(yáng)能光伏發(fā)電發(fā)出的是低壓電，與其將其接入高壓并入大電網(wǎng)，不如將其供給住宅或工廠使用—這個(gè)方式更為合理。
在擁有廣袤農(nóng)田的巴西及美國(guó)等國(guó)家，可以利用甘蔗或者玉米等農(nóng)作物來(lái)制造生物質(zhì)能源。而在日本，由于沒(méi)有多余的土地種植這些農(nóng)作物，將農(nóng)作物轉(zhuǎn)化成能源這一做法不可行。因此，在日本更多的是利用生活垃圾，家畜排泄物，污水處理廠污泥及廢棄的一些材料來(lái)制造生物質(zhì)能源。而這些循環(huán)性資源的處理大多由地方政府掌控，因此，在日本要想做生物質(zhì)能源項(xiàng)目，必須建立起一個(gè)與地方自治體合作的項(xiàng)目模式。
最近三年，筆者參與了中新天津生態(tài)城可再生能源專項(xiàng)計(jì)劃的制定工作，并后續(xù)為一些可再生能源項(xiàng)目落地提供技術(shù)支持。中新天津生態(tài)城是正在建設(shè)中的具有先進(jìn)理念的低碳城市。在制定可再生能源專項(xiàng)計(jì)劃時(shí)，我們?cè)嶙h利用三聯(lián)供技術(shù)構(gòu)筑分布式能源系統(tǒng)。以區(qū)域內(nèi)的下水污泥和廢紙等為原料加工制成沼氣，同時(shí)調(diào)配天然氣以作為沼氣的補(bǔ)充，提供三聯(lián)供系統(tǒng)所需的燃料。根據(jù)我們當(dāng)時(shí)的測(cè)算，生物質(zhì)所產(chǎn)生的能源可以滿足生態(tài)城內(nèi)35萬(wàn)人口所需能源的4-5%。
風(fēng)力發(fā)電是目前世界范圍內(nèi)最為普及的可再生能源。在丹麥，有20%的電力需求依靠風(fēng)力發(fā)電提供，風(fēng)電成為整個(gè)能源供給體系的主干。從整個(gè)世界發(fā)展趨勢(shì)看，大型風(fēng)電場(chǎng)已邁入10萬(wàn)kW級(jí)時(shí)代。中國(guó)也正在建設(shè)設(shè)備容量達(dá)100萬(wàn)kW的集中型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)。但是，考慮到生活在大型風(fēng)車附近的壓抑感，低周波噪音等問(wèn)題，風(fēng)電場(chǎng)只能建立在遠(yuǎn)離居民區(qū)的偏遠(yuǎn)的地方。另外，風(fēng)力發(fā)電的發(fā)電規(guī)模和輸出電量的變動(dòng)較大，不適合以自發(fā)自用的方式利用。出于以上原因，風(fēng)力發(fā)電更適合通過(guò)傳統(tǒng)的輸配電網(wǎng)，與核電、火力發(fā)電形成一體提供電力供應(yīng)。
最近，地?zé)岚l(fā)電在日本的關(guān)注度越來(lái)越高，地?zé)岚l(fā)電在規(guī)模上雖然不及風(fēng)力發(fā)電，但是也應(yīng)屬于較大型發(fā)電系統(tǒng)，同時(shí)建設(shè)地多遠(yuǎn)離于城市集落，與風(fēng)力發(fā)電同樣，應(yīng)以利用輸配電網(wǎng)為基礎(chǔ)進(jìn)行發(fā)展。
如果不考慮各種可再生能源資源發(fā)電方式的特性，盲目地將所有發(fā)電都利用輸配電網(wǎng)進(jìn)行輸送的話，便無(wú)法發(fā)揮各種資源本身所具有的優(yōu)勢(shì)。其結(jié)果，勢(shì)必會(huì)引發(fā)諸如“對(duì)可再生能源的投入是一種經(jīng)濟(jì)上的負(fù)擔(dān)”之類的論調(diào)。
利用可再生能源發(fā)電與至今為止的電力供給不同之處首先體現(xiàn)在：我們必須要先想明白“如何對(duì)其進(jìn)行利用”這一點(diǎn)。在經(jīng)過(guò)十幾年的實(shí)踐以后，分布式能源系統(tǒng)中的個(gè)別技術(shù)和控制系統(tǒng)技術(shù)已有了大幅改善，加之我們對(duì)可再生能源的利用方法的理解也變得根更加全面。可以說(shuō)，充分利用分布式能源的優(yōu)勢(shì)，解決能源供給的各種問(wèn)題的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。
