通過(guò)智能電網(wǎng)調(diào)節(jié)用電供需平衡的必要性

實(shí)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(yáng)能發(fā)電設(shè)備已經(jīng)超過(guò)2000萬(wàn)千瓦，通過(guò)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(dòng)，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(guò)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(jī)。

在日本，百萬(wàn)瓦級(jí)太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施(大規(guī)模太陽(yáng)能電站)已接連投入運(yùn)轉(zhuǎn)。9月上旬，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省發(fā)布的統(tǒng)計(jì)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(jià)格收購(gòu)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(wàn)千瓦。其中2091萬(wàn)千瓦是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。如果簡(jiǎn)單計(jì)算，其輸出容量之龐大，大約相當(dāng)于20座核電機(jī)組。

也有看法認(rèn)為，在獲得認(rèn)證的太陽(yáng)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(yùn)轉(zhuǎn)的估計(jì)只占一半左右。另外，太陽(yáng)能發(fā)電在日本國(guó)內(nèi)的設(shè)備利用率(實(shí)際發(fā)電量與額定輸出功率滿負(fù)荷運(yùn)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(jiǎn)單進(jìn)行比較。不過(guò)，即便考慮到這些條件，有朝一日，太陽(yáng)能發(fā)電的發(fā)電量終將達(dá)到幾座核電機(jī)組的水平。

在核電站恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)前景不明的情況下，太陽(yáng)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(dòng)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(gè)視點(diǎn)

對(duì)于太陽(yáng)能發(fā)電普及速度的加快，也有看法認(rèn)為，這是固定價(jià)格收購(gòu)制度設(shè)定的優(yōu)厚價(jià)格引發(fā)的暫時(shí)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(huì)有波動(dòng)，但就長(zhǎng)期而言，應(yīng)該不會(huì)出現(xiàn)倒退。

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

第一是發(fā)電站周邊的“安全”。按照過(guò)去的習(xí)慣，這一點(diǎn)不是能源政策討論的范圍。按照以往的3個(gè)視點(diǎn)，核電在各方面都得到了高度評(píng)價(jià)，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(guò)廣泛分散發(fā)電站以降低地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)的必要性。過(guò)去，日本一直是從保障能源安全的視點(diǎn)出發(fā)，通過(guò)發(fā)電方式的“優(yōu)化組合”及增加燃料種類，來(lái)降低采購(gòu)風(fēng)險(xiǎn)。東日本大地震發(fā)生后，電力短缺情況之所以長(zhǎng)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(gè)新視點(diǎn)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(jì)劃的許多重建項(xiàng)目都采用了百萬(wàn)瓦級(jí)太陽(yáng)能和生物質(zhì)發(fā)電等可再生能源，力爭(zhēng)實(shí)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(duì)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(gè)視點(diǎn)，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(jià)值得到了大幅提升。在過(guò)去，可再生能源和熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的價(jià)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(diǎn)、通過(guò)在當(dāng)?shù)厣a(chǎn)并消費(fèi)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(guó)、英國(guó)、北歐及美國(guó)加利福尼亞州的能源政策靠攏。一語(yǔ)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(shí)會(huì)擴(kuò)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(wú)法解決的本質(zhì)問(wèn)題。而可再生能源的課題是高成本，這能夠通過(guò)開發(fā)技術(shù)和改善運(yùn)用加以克服。

各國(guó)目前都在探索經(jīng)濟(jì)社會(huì)對(duì)于擴(kuò)充可再生能源所增加的成本能吸收到何種程度，把強(qiáng)力支持本國(guó)企業(yè)參與可再生能源低成本化競(jìng)爭(zhēng)作為一項(xiàng)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(wú)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(yáng)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(wèn)題。

對(duì)于風(fēng)力與太陽(yáng)能的發(fā)電，有些國(guó)家通過(guò)發(fā)電設(shè)備的量產(chǎn)化和裝機(jī)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(shí)的成本低于購(gòu)買電能的“電網(wǎng)平價(jià)”。但用來(lái)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(yáng)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(huì)越來(lái)越大，在這一領(lǐng)域有可能產(chǎn)生商機(jī)。在這樣的趨勢(shì)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(dòng)

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(shì)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(shí)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(duì)象，對(duì)提高電價(jià)的需求響應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)證。

絕大多數(shù)的家庭需求響應(yīng)實(shí)證實(shí)驗(yàn)是人工操作家電，但在德國(guó)等地，還通過(guò)實(shí)證實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行了向家中設(shè)置的能源控制器發(fā)送指令，自動(dòng)降低冰箱和空調(diào)功耗的嘗試。以這些實(shí)證成果為基礎(chǔ)，歐洲10國(guó)合作，在丹麥啟動(dòng)了根據(jù)一級(jí)市場(chǎng)的價(jià)格變化，實(shí)時(shí)自動(dòng)控制電器工作情況的實(shí)證實(shí)驗(yàn)。美國(guó)把這種以分鐘為單位的快速需求響應(yīng)稱為“高速自動(dòng)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(shí)證實(shí)驗(yàn)。

日本將通過(guò)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(jī)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(shí)證項(xiàng)目的主要驗(yàn)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(guó)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(lái)很有可能超出能源的范疇，創(chuàng)造出眾多商務(wù)模式。

其實(shí)，“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(fèi)和燃料費(fèi)除以發(fā)電量。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省2011年12月發(fā)布的《成本等研究委員會(huì)報(bào)告》對(duì)其進(jìn)行了估算。報(bào)告稱，截至2010年，百萬(wàn)瓦級(jí)太陽(yáng)能的發(fā)電成本為1千瓦時(shí)30.1～45.8日元，風(fēng)力發(fā)電為9.9～17.3日元。

另一個(gè)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(dòng)的太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電所需的成本。日本電氣事業(yè)聯(lián)合會(huì)在2008年表示，如果太陽(yáng)能發(fā)電的建設(shè)容量在1000萬(wàn)千瓦以內(nèi)，現(xiàn)在的電網(wǎng)可以接收。反言之，倘若超過(guò)1000萬(wàn)千瓦，如果不對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行投資，就會(huì)影響到電能質(zhì)量。從目前的認(rèn)證設(shè)備已經(jīng)超過(guò)2000萬(wàn)千瓦的情況來(lái)看，在不久的將來(lái)，日本將需要為接收太陽(yáng)能發(fā)電而追加投資。

全方位進(jìn)行城市建設(shè)

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

例如，以通過(guò)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(shí)現(xiàn)回收利用的零排放型社會(huì)比較吻合。

事實(shí)上，日本已開始開展實(shí)證項(xiàng)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(dòng)汽車(EV)的聯(lián)動(dòng)及看護(hù)老年人等功能，整個(gè)社會(huì)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(shí)證項(xiàng)目中，可最大限度利用太陽(yáng)能發(fā)電的能源管理與新一代交通工具實(shí)現(xiàn)了聯(lián)動(dòng)。

該項(xiàng)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(yáng)能電池板、蓄電池及插電式混合動(dòng)力車(PHV)的住宅中采用住宅能源管理系統(tǒng) (HEMS)，對(duì)將太陽(yáng)能所發(fā)的電力儲(chǔ)存在蓄電池及插電式混合動(dòng)力車中以備使用的機(jī)制進(jìn)行驗(yàn)證。能源信息管理系統(tǒng)承擔(dān)的作用是，通過(guò)對(duì)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(duì)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(guò)“交通信息管理系統(tǒng)”(TDMS)進(jìn)行統(tǒng)一控制?？刂茖?duì)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(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，并且收集消費(fèi)者、交通運(yùn)營(yíng)商及社區(qū)等的信息，通過(guò)組合利用公共交通和汽車，實(shí)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(yùn)輸形態(tài)路徑導(dǎo)航”(Multi Modal Navi)服務(wù)，用戶可使用智能手機(jī)對(duì)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(dòng)汽車進(jìn)行汽車共享實(shí)驗(yàn)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(huì)館，對(duì)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(shuō)，使用者通過(guò)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(yùn)行狀況、汽車共享預(yù)約狀況、天氣信息及集會(huì)活動(dòng)信息等收集到“Ha:mo NAVI中心”，對(duì)交通狀況進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，然后向消費(fèi)者及交通運(yùn)營(yíng)商反饋“最佳行動(dòng)方式”。其最大的目的在于，通過(guò)使汽車需求實(shí)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(dòng)路線建議，但將來(lái)設(shè)想從Ha:mo NAVI中心向電車及巴士的運(yùn)營(yíng)商反饋預(yù)測(cè)結(jié)果。如果能夠預(yù)測(cè)到因暴雨以及集會(huì)活動(dòng)等的影響，乘客會(huì)在短時(shí)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(duì)策。交通信息管理系統(tǒng)將超越針對(duì)消費(fèi)者提供“導(dǎo)航”的范疇，承擔(dān)起對(duì)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)整體交通基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化管理的作用。

豐田市的實(shí)證項(xiàng)目還計(jì)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(dòng)。交通信息管理系統(tǒng)與能源信息管理系統(tǒng)的結(jié)合點(diǎn)是純電動(dòng)汽車(EV)的蓄電池。對(duì)能源信息管理系統(tǒng)而言，蓄電池是一種可儲(chǔ)存太陽(yáng)能發(fā)電的剩余電力，或者可將低電價(jià)時(shí)段的電能預(yù)先儲(chǔ)存起來(lái)，在高電價(jià)時(shí)段釋放電能以獲得經(jīng)濟(jì)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(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，便可從經(jīng)濟(jì)性和方便性的角度，對(duì)應(yīng)該如何利用純電動(dòng)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(shí)間道路會(huì)出現(xiàn)擁堵的地區(qū)，傍晚不乘坐純電動(dòng)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(duì)消費(fèi)者而言既經(jīng)濟(jì)又非常方便。而且這樣做最終也會(huì)使當(dāng)?shù)氐碾娏┬鑼?shí)現(xiàn)平衡，并可緩解交通擁堵現(xiàn)象。豐田市力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)的智慧城市，可以說(shuō)是對(duì)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(dòng)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(lái)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模區(qū)域管理的可能性。在這中間，蘊(yùn)藏著只要有創(chuàng)意就能實(shí)現(xiàn)的多種經(jīng)營(yíng)模式。