日本數(shù)字電網(wǎng)計劃

鄧雪梅/編譯

●日本財團(tuán)打算把中央電網(wǎng)轉(zhuǎn)變成相互連接的獨立數(shù)字電網(wǎng)。不同的大型日本公司正開始尋求一個解決方案——逐步重組國家電力系統(tǒng)，以便最終其功能就像互聯(lián)網(wǎng)、路由器等一樣。

在未來20到30年的時間里，日本逐步淘汰500億瓦核電產(chǎn)能的計劃已經(jīng)開啟了再生能源的窗口。不同的大型日本公司正開始尋求一個解決方案——逐步重組國家電力系統(tǒng)以便最終它就像互聯(lián)網(wǎng)、路由器等一樣。但是，由風(fēng)能、太陽能來取代核能也會導(dǎo)致能源供應(yīng)的主要中斷，因為再生能源在2011年福島危機(jī)之前僅產(chǎn)生日本電力的30%。在電力行業(yè)工作30年后來到學(xué)術(shù)界的東京大學(xué)阿部力也教授說，問題是日本電網(wǎng)——以及許多發(fā)達(dá)國家的電網(wǎng)——都是集中控制的。相應(yīng)的公共設(shè)備不得不通過維持發(fā)電和用電需求之間微妙的平衡來調(diào)節(jié)電網(wǎng)的頻率和電壓。

數(shù)字電網(wǎng)

“目前的同步系統(tǒng)使我們獲益良多，”阿部說，“但當(dāng)你引入各種可再生能源的來源時，它們肯定會增加系統(tǒng)中的波動，直到在某種情況下它們變得難以處理?！蔽覀冃枰摹笆且粋€從中央控制到分散控制的轉(zhuǎn)變，這種分散控制是廣泛分布的分段發(fā)電?！?/p>

答案就是他聲稱的“數(shù)字電網(wǎng)”，它的架構(gòu)是建立在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)之上——想法是逐漸把目前的同步電網(wǎng)細(xì)分成異步、自主但相互聯(lián)系的不同大小電網(wǎng)。這些電網(wǎng)把相應(yīng)的IP地址分配給發(fā)電機(jī)、電源轉(zhuǎn)換器、風(fēng)力發(fā)電場、存儲系統(tǒng)、屋頂太陽能電池以及其他電網(wǎng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。

前能源分析師、現(xiàn)坦普爾大學(xué)日本分校和東京大學(xué)的研究員保羅·斯卡利斯（Paul Scalise）認(rèn)為，理論上它是合理的，技術(shù)上也是可行的，并且它有著處理可再生能源問題的額外收益?！耙虼诉@是一個能夠支配全世界公用事業(yè)公司的想法。問題是，誰會給該項目付錢呢？”

為了讓事情有所進(jìn)展，2011年9月，阿部成立了一個由他領(lǐng)導(dǎo)的數(shù)字電網(wǎng)財團(tuán)。財團(tuán)成員包括日立橫濱研究實驗室、兼松電子有限公司、日本國家儀器公司、日本電氣公司、歐力士綜合金融公司以及積水化學(xué)工廠。同月，阿部說，該財團(tuán)成功地展示了一個關(guān)鍵支持技術(shù)——馬克一號，一個兩千瓦、三條腿的“數(shù)字電網(wǎng)路由器”（DGR）。DGR將通過提供異步連接、協(xié)調(diào)內(nèi)部以及不同電網(wǎng)來管理和規(guī)范用電需求。通過使用絕緣柵雙極型晶體管和其他動力電子設(shè)備，多支路的DGR由固態(tài)AC/DC/AC變換器組成——能夠根據(jù)不同需求并隨著電網(wǎng)頻率的變化適時提示或降低電壓。今年早些時候，這個財團(tuán)計劃在諾克斯維爾的電力科學(xué)研究院測試設(shè)備并呈現(xiàn)一起攜同工作的兩個或更多路由器。

合作住宅

一個由中央處理器、內(nèi)存、數(shù)據(jù)存儲和網(wǎng)絡(luò)通訊組成的數(shù)字電網(wǎng)，通過DGR把跟蹤器（相應(yīng)的IP地址）分配給各種生成或存儲資源的獨立數(shù)據(jù)包，接受器同時提取來自于電網(wǎng)的同樣功率。為了說明這是如何實現(xiàn)的，阿部舉了一個合作住宅的例子，即以一個特定成本把可再生能源放在一個訂單上，通過使用一個基于互聯(lián)網(wǎng)的市場機(jī)制（類似于在股票交易系統(tǒng)中買賣證卷一樣），經(jīng)紀(jì)人能夠接收定位一個太陽能農(nóng)場的訂單，并生成合同?！叭绻@個訂單不匹配的話，那么就沒有交易發(fā)生，”他說，“這保持了電網(wǎng)中的平衡?！?/p>

阿部把這個過程比作銀行系統(tǒng)。如果有個人把錢匯寄給另一個人，那么這筆錢不需要經(jīng)歷實際交易過程。在數(shù)字電網(wǎng)中，實際通訊主要是通過互聯(lián)網(wǎng)完成的，或者視電源的情況添加高頻信號完成。他說：“每項電能交易將通過系統(tǒng)服務(wù)商自動記錄和收集，系統(tǒng)服務(wù)商則具有隨著諸如位置、時間、生成源等對價格和二氧化碳排放權(quán)等額外的屬性?！?/p>

自從2011年福島地震以后，阿部說他感受到一個概念上的興趣在升級，他夢想著在日本把數(shù)字電網(wǎng)變成一個可行的現(xiàn)實，并爭取電力公用事業(yè)和主要電氣設(shè)備制造商的支持。目前這些電力公用事業(yè)和主要電氣設(shè)備制造商拒絕加入該財團(tuán)?！拔覀?nèi)匀焕^續(xù)與他們以及日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省進(jìn)行溝通，”他說，“最終，他們一定會接受可再生能源的想法。如果他們要在未來可再生能源時代中保持關(guān)鍵角色，那么他們需要開始改變目前的商業(yè)模式。”

斯卡利斯是即將出版的關(guān)于日本能源重建努力方面書籍的作者，他也表示贊成：“任何一個邁向可再生能源組合的發(fā)達(dá)國家遲早要處理輸電和配電電網(wǎng)的問題?！痹诖似陂g，數(shù)字電網(wǎng)財團(tuán)將不斷完善DGR并且已經(jīng)開始在欠發(fā)達(dá)國家中尋求引入相關(guān)技術(shù)的機(jī)會（這些欠發(fā)達(dá)國家還不存在全國電網(wǎng)系統(tǒng)）?！霸谶@些國家中……從長遠(yuǎn)來看，他們甚至可能不需要一個傳統(tǒng)電網(wǎng)系統(tǒng)，”阿部說。