中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：鹿兒島百萬(wàn)瓦級(jí)太陽(yáng)能發(fā)電站效果圖
虛擬發(fā)電廠將眾多小型發(fā)電廠聯(lián)網(wǎng)，形成一個(gè)龐大的智能電網(wǎng)。
在德國(guó)萊比錫附近，機(jī)械手臂正將一塊大型光伏板安裝在架子上。這里正建造一個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電站。光伏板大約占6平方米，重120千克。
不管出于何種原因，日本和德國(guó)已經(jīng)站在了棄核之路的最前沿。
日本是世界上僅次于美國(guó)、法國(guó)的第三大核能發(fā)電國(guó)家。從2011年3月起，日本逐步減少核能的發(fā)電量，取而代之的是國(guó)外進(jìn)口燃料。隨著核反應(yīng)堆的陸續(xù)關(guān)停，日本對(duì)進(jìn)口原油、天然氣、燃煤的依賴越來(lái)越大。
日本能源經(jīng)濟(jì)研究所預(yù)計(jì)，如果將全部核反應(yīng)堆閑置不用，日本今年將比2011年多花600億美元用于進(jìn)口原油、天然氣和燃煤。與此同時(shí)，二氧化碳的排放量將進(jìn)一步攀升5.5%。
而當(dāng)?shù)聡?guó)把關(guān)閉核電站加入到他們的能源轉(zhuǎn)型計(jì)劃中時(shí)，柏林也將自身置于一場(chǎng)將在整個(gè)歐洲引發(fā)巨大反響的能源試驗(yàn)中。德國(guó)必須在降低能耗的同時(shí)，付出巨大而難以估量的代價(jià)，以前所未有的規(guī)模來(lái)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用可再生能源技術(shù)。
為了取代核能，能源巨頭們競(jìng)相在遠(yuǎn)離海岸的地方建設(shè)巨大的風(fēng)電場(chǎng)；并且正在計(jì)劃建造新的輸電設(shè)施。與此同時(shí)，電力供應(yīng)商們正在尋找讓工廠在風(fēng)能和太陽(yáng)能出現(xiàn)斷檔時(shí)保持正常運(yùn)作的方法。他們正在尋找廉價(jià)、大規(guī)模的儲(chǔ)能形式，并且希望計(jì)算機(jī)可以智能協(xié)調(diào)多達(dá)數(shù)百萬(wàn)的分布式電源。
1 “兆瓦級(jí)”光伏電站
日本已于7月開(kāi)始實(shí)施可再生能源固定價(jià)格收購(gòu)制度（FIT）。這讓那些早就在謀劃大規(guī)模光伏電站——兆瓦級(jí)太陽(yáng)能發(fā)電的能源巨頭們加快了行動(dòng)步伐。
按照FIT規(guī)定，通過(guò)光伏發(fā)電所產(chǎn)生的電力以平均42日元/千瓦時(shí)的價(jià)格，由電力公司負(fù)責(zé)收購(gòu)20年。日本于6月開(kāi)設(shè)的分散型綠色賣(mài)電市場(chǎng)，使得特定規(guī)模的新電力公司買(mǎi)賣(mài)兆瓦級(jí)太陽(yáng)能所發(fā)的電力成為可能，這些利好政策將推動(dòng)日本太陽(yáng)能市場(chǎng)迅速進(jìn)入發(fā)展高峰期。
早在4月10日就宣布將在日本西南部鹿兒島設(shè)立日本最大規(guī)模太陽(yáng)能發(fā)電廠的京瓷公司，在7月10日正式成立了 “鹿兒島兆瓦級(jí)太陽(yáng)能發(fā)電站”公司，資產(chǎn)達(dá)43億日元，總部設(shè)在鹿兒島市的九電工鹿兒島分公司內(nèi)。發(fā)電站預(yù)定今年9月開(kāi)工建設(shè)，2013年秋季完工，面積約127萬(wàn)平方公尺；將采用京瓷生產(chǎn)的太陽(yáng)能電池模塊，京瓷太陽(yáng)能公司、九電工及竹中建筑負(fù)責(zé)建設(shè)施工，京瓷負(fù)責(zé)公司的運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)。
“鹿兒島兆瓦級(jí)太陽(yáng)能發(fā)電站”的裝機(jī)量為7000萬(wàn)瓦，預(yù)計(jì)年發(fā)電量大約為7880萬(wàn)千瓦時(shí)，相當(dāng)于2.2萬(wàn)戶普通家庭的用電量，每年大約可削減2.5萬(wàn)噸二氧化碳排放；所發(fā)電力將銷(xiāo)售給九州電力。
與此同時(shí)，軟銀能源也計(jì)劃在北海道苫小牧市東部設(shè)立太陽(yáng)能發(fā)電站，發(fā)電功率預(yù)估至少20億瓦。軟銀太陽(yáng)能布局規(guī)模龐大，數(shù)量多達(dá)十多座。
2 虛擬發(fā)電站的前沿研究
德國(guó)四大電力公司之一的德國(guó)萊茵集團(tuán)（RWE）在埃森市西邊的杜伊斯堡進(jìn)行了一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的研究。
在這種技術(shù)中，軟件智能控制著海量的小型電源以協(xié)調(diào)它們的電力輸出，并在能源市場(chǎng)上出售。其目標(biāo)是把數(shù)千個(gè)單獨(dú)供電時(shí)都存在不可靠性的可再生能源發(fā)電裝置，轉(zhuǎn)換成可以信賴的電網(wǎng)的一部分。
RWE的研究人員對(duì)十幾個(gè)設(shè)計(jì)用來(lái)熱電聯(lián)供的燃?xì)忮仩t和燃料電池進(jìn)行測(cè)試。理論上，電力公司可以征集成千上萬(wàn)個(gè)家庭用機(jī)組，以及為公寓和寫(xiě)字樓供能的大型機(jī)組，制造額外的電力提供給電網(wǎng)。德國(guó)全國(guó)用電量差不多有5%可以通過(guò)這種方式獲得，其發(fā)電量大約相當(dāng)于新的離岸風(fēng)電場(chǎng)所提供的。
個(gè)人用戶和企業(yè)需要逐漸替換已有的燃?xì)忮仩t，基礎(chǔ)設(shè)施也必須落實(shí)到位才能同步成千上萬(wàn)個(gè)電源，要達(dá)到這一步需要花費(fèi)數(shù)十年。而工程師們正在測(cè)試一種全新的網(wǎng)絡(luò)，其作用相當(dāng)于120個(gè)小型發(fā)電站的通訊樞紐，這些電站依靠可再生能源發(fā)電，總發(fā)電能力為160兆瓦。軟件把氣象預(yù)報(bào)納入考慮，收集大量來(lái)自風(fēng)能和太陽(yáng)能的可再生電力，通過(guò)切換生物質(zhì)發(fā)電廠的開(kāi)啟和關(guān)閉來(lái)平衡電力輸出的波動(dòng)，從而制造出穩(wěn)定的電力。
在未來(lái)，這種系統(tǒng)也會(huì)包括需求管理，電力公司會(huì)給愿意在電力需求高峰期自動(dòng)削減用電量的用戶提供折扣。有朝一日，系統(tǒng)也可以從停靠的電動(dòng)汽車(chē)中提取電力，或是把電能儲(chǔ)存在它們當(dāng)中，以補(bǔ)償風(fēng)能的變動(dòng)。
通用電氣和其他公司也正在追求這樣的理念。通用電氣的萊梅特說(shuō)：“今天我們所知的是能源市場(chǎng)將會(huì)分散化，將會(huì)成為一個(gè)碎片化的市場(chǎng)，而過(guò)去，我們有4家電力公司，現(xiàn)在我們有350家發(fā)電公司，今后還會(huì)增加到1000家，如果你把每個(gè)屋頂有太陽(yáng)能電池板的人計(jì)算在內(nèi)的話，這個(gè)數(shù)字會(huì)增加到上百萬(wàn)。所以我們看到的一個(gè)趨勢(shì)是：需要強(qiáng)調(diào)的不再是發(fā)電，而是電力的管理。”
3 安裝太陽(yáng)能電池板的機(jī)器人
目前，太陽(yáng)能在全球總發(fā)電量中的占比不足2％，這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)太陽(yáng)能電池板每平方米產(chǎn)生的電力約為145瓦，僅能點(diǎn)亮兩三個(gè)燈泡。這就意味著，要想讓太陽(yáng)能發(fā)電的效益和一個(gè)大型化石燃料電廠的峰值容量媲美，就要把太陽(yáng)能電池板覆蓋在面積相當(dāng)于5到6個(gè)華盛頓國(guó)家廣場(chǎng)那么大的地方。而更重要的是，這么多的電池板，現(xiàn)在每一個(gè)都是人工安裝的。
德國(guó)的一些企業(yè)正在研發(fā)能夠不分日夜、在各種天氣條件下自動(dòng)安裝地面裝配型太陽(yáng)能電池板的移動(dòng)機(jī)器人。其中，PV Kraftwerker公司所設(shè)計(jì)的機(jī)器人Momo預(yù)計(jì)能夠組裝發(fā)電廠級(jí)的太陽(yáng)能電池板，這種電池板的大小是家庭屋頂電池板的四倍大。
研發(fā)這種機(jī)器人的主要目的是為了節(jié)省勞動(dòng)力成本，因?yàn)殡S著電池板價(jià)格的日益降低，勞動(dòng)力成本在太陽(yáng)能發(fā)電中所占的比重就會(huì)隨之增大。據(jù)了解，使用機(jī)器人后以前需要35個(gè)工人才能完成的安裝工作，現(xiàn)在只需要3個(gè)，耗費(fèi)的時(shí)間也只有原來(lái)的1/8。對(duì)于一個(gè)發(fā)電能級(jí)為14兆瓦的太陽(yáng)能發(fā)電廠，人工安裝電池板的成本大約要200萬(wàn)美元。這個(gè)工作如果是由機(jī)器人代勞，成本可以減少將近一半。
德國(guó)能源轉(zhuǎn)型計(jì)劃提出，在8年內(nèi)實(shí)現(xiàn)全國(guó)1/3電力來(lái)自可再生能源，到2050年增至80％。這種機(jī)器人的出現(xiàn)或許將更有利于這些目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。2011年，德國(guó)的太陽(yáng)能裝機(jī)量在世界上處于領(lǐng)先地位，當(dāng)年共安裝了足以產(chǎn)生約7500兆瓦電力的電池板，覆蓋了差不多50平方公里的地面和屋頂。
PV Kraftwerker打造的機(jī)器人，用的是來(lái)自日本的現(xiàn)成組件。它的機(jī)械手臂架設(shè)在一部有著類(lèi)似坦克履帶的全地形車(chē)上。在吸盤(pán)抓住電池板的玻璃面后，機(jī)械手臂根據(jù)相機(jī)提供的現(xiàn)場(chǎng)三維視圖指導(dǎo)，將電池板擺放到正確的位置上。
依據(jù)太陽(yáng)能電站詳細(xì)設(shè)計(jì)處理軟件程序，組件安裝過(guò)程可重復(fù)10萬(wàn)次，機(jī)器人每次安裝可以覆蓋到70公里。據(jù)了解，Momo可以在任何天氣條件下工作，安置超過(guò)6平方米的組件，可攜帶140公斤的有效載荷。
但完全自動(dòng)化安裝過(guò)程是一件非常困難的工作。德國(guó)的大部分太陽(yáng)能電力都來(lái)自屋頂?shù)奶?yáng)能電池板陣列，屋頂?shù)男螤詈头较蛴刑嗟淖兓o機(jī)器人的安裝工作增加了難度。
弗勞恩霍夫可持續(xù)能源系統(tǒng)中心的科學(xué)總監(jiān)認(rèn)為，機(jī)器人的作用會(huì)很有限。但對(duì)于大型的、架設(shè)在地面的安裝工程，隨著安裝規(guī)模的增大，對(duì)機(jī)器人的使用就不可避免了。
這些機(jī)器人可以在惡劣的環(huán)境中提供電力。日本政府已經(jīng)委托PV Kraftwerker公司開(kāi)發(fā)一種適合本國(guó)的機(jī)器安裝工人。它們將能夠獨(dú)立在福島核電廠災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)附近受輻射的地區(qū)安裝一個(gè)太陽(yáng)能電廠。
