新技术助力能源转型

电力18讯：本报记者 焦旭 《 中国能源报 》（ 2012年08月13日   第 11 版）

　　在德国莱比锡附近，机械手臂正将一块大型光伏板安装在架子上。这里正建造一个太阳能发电站。光伏板大约占6平方米，重120千克。

　　不管出于何种原因，日本和德国已经站在了弃核之路的最前沿。

　　日本是世界上仅次于美国、法国的第三大核能发电国家。从2011年3月起，日本逐步减少核能的发电量，取而代之的是国外进口燃料。随着核反应堆的陆续关停，日本对进口原油、天然气、燃煤的依赖越来越大。

　　日本能源经济研究所预计，如果将全部核反应堆闲置不用，日本今年将比2011年多花600亿美元用于进口原油、天然气和燃煤。与此同时，二氧化碳的排放量将进一步攀升5.5%。

　　而当德国把关闭核电站加入到他们的能源转型计划中时，柏林也将自身置于一场将在整个欧洲引发巨大反响的能源试验中。德国必须在降低能耗的同时，付出巨大而难以估量的代价，以前所未有的规模来开发和应用可再生能源技术。

　　为了取代核能，能源巨头们竞相在远离海岸的地方建设巨大的风电场；并且正在计划建造新的输电设施。与此同时，电力供应商们正在寻找让工厂在风能和太阳能出现断档时保持正常运作的方法。他们正在寻找廉价、大规模的储能形式，并且希望计算机可以智能协调多达数百万的分布式电源。

　　

　　1　“兆瓦级”光伏电站

　　日本已于7月开始实施可再生能源固定价格收购制度（FIT）。这让那些早就在谋划大规模光伏电站――兆瓦级太阳能发电的能源巨头们加快了行动步伐。

　　按照FIT规定，通过光伏发电所产生的电力以平均42日元/千瓦时的价格，由电力公司负责收购20年。日本于6月开设的分散型绿色卖电市场，使得特定规模的新电力公司买卖兆瓦级太阳能所发的电力成为可能，这些利好政策将推动日本太阳能市场迅速进入发展高峰期。

　　早在4月10日就宣布将在日本西南部鹿儿岛设立日本最大规模太阳能发电厂的京瓷公司，在7月10日正式成立了 “鹿儿岛兆瓦级太阳能发电站”公司，资产达43亿日元，总部设在鹿儿岛市的九电工鹿儿岛分公司内。发电站预定今年9月开工建设，2013年秋季完工，面积约127万平方公尺；将采用京瓷生产的太阳能电池模块，京瓷太阳能公司、九电工及竹中建筑负责建设施工，京瓷负责公司的运营业务。

　　“鹿儿岛兆瓦级太阳能发电站”的装机量为7000万瓦，预计年发电量大约为7880万千瓦时，相当于2.2万户普通家庭的用电量，每年大约可削减2.5万吨二氧化碳排放；所发电力将销售给九州电力。

　　与此同时，软银能源也计划在北海道苫小牧市东部设立太阳能发电站，发电功率预估至少20亿瓦。软银太阳能布局规模庞大，数量多达十多座。

　　2　虚拟发电站的前沿研究

　　德国四大电力公司之一的德国莱茵集团（RWE）在埃森市西边的杜伊斯堡进行了一项关键技术的研究。

　　在这种技术中，软件智能控制着海量的小型电源以协调它们的电力输出，并在能源市场上出售。其目标是把数千个单独供电时都存在不可靠性的可再生能源发电装置，转换成可以信赖的电网的一部分。

　　RWE的研究人员对十几个设计用来热电联供的燃气锅炉和燃料电池进行测试。理论上，电力公司可以征集成千上万个家庭用机组，以及为公寓和写字楼供能的大型机组，制造额外的电力提供给电网。德国全国用电量差不多有5%可以通过这种方式获得，其发电量大约相当于新的离岸风电场所提供的。

　　个人用户和企业需要逐渐替换已有的燃气锅炉，基础设施也必须落实到位才能同步成千上万个电源，要达到这一步需要花费数十年。而工程师们正在测试一种全新的网络，其作用相当于120个小型发电站的通讯枢纽，这些电站依靠可再生能源发电，总发电能力为160兆瓦。软件把气象预报纳入考虑，收集大量来自风能和太阳能的可再生电力，通过切换生物质发电厂的开启和关闭来平衡电力输出的波动，从而制造出稳定的电力。

　　在未来，这种系统也会包括需求管理，电力公司会给愿意在电力需求高峰期自动削减用电量的用户提供折扣。有朝一日，系统也可以从停靠的电动汽车中提取电力，或是把电能储存在它们当中，以补偿风能的变动。

　　通用电气和其他公司也正在追求这样的理念。通用电气的莱梅特说：“今天我们所知的是能源市场将会分散化，将会成为一个碎片化的市场，而过去，我们有4家电力公司，现在我们有350家发电公司，今后还会增加到1000家，如果你把每个屋顶有太阳能电池板的人计算在内的话，这个数字会增加到上百万。所以我们看到的一个趋势是：需要强调的不再是发电，而是电力的管理。”

　　3　安装太阳能电池板的机器人

　　目前，太阳能在全球总发电量中的占比不足2％，这是因为传统太阳能电池板每平方米产生的电力约为145瓦，仅能点亮两三个灯泡。这就意味着，要想让太阳能发电的效益和一个大型化石燃料电厂的峰值容量媲美，就要把太阳能电池板覆盖在面积相当于5到6个华盛顿国家广场那么大的地方。而更重要的是，这么多的电池板，现在每一个都是人工安装的。

　　德国的一些企业正在研发能够不分日夜、在各种天气条件下自动安装地面装配型太阳能电池板的移动机器人。其中，PV Kraftwerker公司所设计的机器人Momo预计能够组装发电厂级的太阳能电池板，这种电池板的大小是家庭屋顶电池板的四倍大。

　　研发这种机器人的主要目的是为了节省劳动力成本，因为随着电池板价格的日益降低，劳动力成本在太阳能发电中所占的比重就会随之增大。据了解，使用机器人后以前需要35个工人才能完成的安装工作，现在只需要3个，耗费的时间也只有原来的1/8。对于一个发电能级为14兆瓦的太阳能发电厂，人工安装电池板的成本大约要200万美元。这个工作如果是由机器人代劳，成本可以减少将近一半。

　　德国能源转型计划提出，在8年内实现全国1/3电力来自可再生能源，到2050年增至80％。这种机器人的出现或许将更有利于这些目标的实现。2011年，德国的太阳能装机量在世界上处于领先地位，当年共安装了足以产生约7500兆瓦电力的电池板，覆盖了差不多50平方公里的地面和屋顶。

　　PV Kraftwerker打造的机器人，用的是来自日本的现成组件。它的机械手臂架设在一部有着类似坦克履带的全地形车上。在吸盘抓住电池板的玻璃面后，机械手臂根据相机提供的现场三维视图指导，将电池板摆放到正确的位置上。

　　依据太阳能电站详细设计处理软件程序，组件安装过程可重复10万次，机器人每次安装可以覆盖到70公里。据了解，Momo可以在任何天气条件下工作，安置超过6平方米的组件，可携带140公斤的有效载荷。

　　但完全自动化安装过程是一件非常困难的工作。德国的大部分太阳能电力都来自屋顶的太阳能电池板阵列，屋顶的形状和方向有太多的变化，给机器人的安装工作增加了难度。

　　弗劳恩霍夫可持续能源系统中心的科学总监认为，机器人的作用会很有限。但对于大型的、架设在地面的安装工程，随着安装规模的增大，对机器人的使用就不可避免了。

　　这些机器人可以在恶劣的环境中提供电力。日本政府已经委托PV Kraftwerker公司开发一种适合本国的机器安装工人。它们将能够独立在福岛核电厂灾害现场附近受辐射的地区安装一个太阳能电厂。