太阳能的价格在过去的四十年间急剧下跌。这项奇妙的发明使人们能够在家中安装太阳能板来供能,这样拥有家用太阳能的人们就能避免公共供电设备可能带来的电费上涨。另外,这还使得用户能够更好地控制、减少他们的温室气体足迹。

 Falling solar photovoltaic prices.
太阳能光伏发电价格的下降。
Image: Bloomberg New Energy Finance

而电池因为受规模经济和可充电锂电池的技术发展驱动,价格也在下降。锂电池的应用无处不在,包括笔记本电脑和智能手机等。有了这么多的电池,用户也可以将太阳能电池板在白天产生的额外电能储存起来,夜间进行利用。在未来,电力汽车的广泛使用同样会使我们家中电池的容量扩大。所有这些措施都使人们能够使用更多的太阳能而减少对输电网的利用。

独立于电力网络之外很难实现

然而,风能和太阳能供应量存在季节性的差异。例如,在冬天即使是白天阳光也会比较弱,云会遮挡住天空而电池板可能被冰雪所覆盖住。这种不利的状况可能会持续几个月。

目前的电池技术还不能非常节约地储存能够使用几个星期的电,更不用说几个月了。大多数太阳能电池板用户仍然需要接入电力网络,因为太阳能并不能全时段地进行利用,电池的性能也有限。完全独立于电力网络之外仍然很难实现。

公用事业设备也对此进行推动。许多公用事业主张每个人都应该为电网基础设施的运行和升级而承担经济负担,甚至那些自行供能的家庭也应该如此。一些人正在为其中需要接入电力网络的家庭提供入口。

但是新的技术会打破这种局面吗?

使发电厂规模缩小

在上个世纪,全球超过80%的电力是由中央发电厂产生的,而现在依然如此。这些发电厂体量巨大,有些发电厂能为周围将近一百万户住宅供电。但是一座发电厂就要耗费几十亿美元。它们烧煤炭、天然气、油或者核燃料来产生热量,带动机械涡轮和交流发电机来产生电能。这样产生的电力需要通过几百英里才能输送到用户,需要昂贵的输送设施,效率也会降低。此外,使用化石燃料的发电厂会加剧气候变化。

但这些传统发电厂确实有一个重要的优点。不同于新型的可再生能源,它们可以在任何时间都提供电能,这种按需生产的能力能够对太阳能发电进行补充。

那些希望独立于电力网络之外的人也需要在家用太阳能电池板之外有补充的来源,所以是否有可能将发电厂的规模缩小至一户住宅内呢?

高效的小型发电机进入视野

许多住宅中都已经具有相当于半个小型发电厂的电力了,电力只是日常生活中能源消耗的一部分,我们还需要暖气来帮助我们保温,我们需要热能使住宅变得温暖,同时加热食物和水。在美国,超过六千万家庭通过天然气供暖,而欧洲家庭中则有一亿的燃气设备使用量。

现在,技术使得另外的半个小型发电厂也可以实现了。这种方式被称之为微型热电联产,在一户住宅的规模之内既产生电能又产生热能,热能可以用于室内供暖和提供热水,而电能则为各种家电提供能源。

它是怎样进行工作的呢?我们先来关注其现状。现在,锅炉正以接近两千摄氏度的高温燃烧天然气,然而你只需要达到五十摄氏度的热水和暖气。同时,燃气锅炉使大量热量散失、冷却,丢弃了大部分可用的能量。而相比之下,在微型热电联产方式中,巨大的温度差被用于产生电能。

微型热电联产通过同时产生所需的电能和热能,总效率可以达到90%,并且产生是周围的设施非常需要并且有价值的能源。相比之下中央发电厂 的效率仅为35%,在这类发电厂中多余的热量通常会被排放丢弃,因为热能无法被传送到几百英里外用户需要的地方。微型热电联产的高效率可以帮助用户的能源账目节约30%并且减少他们的碳足迹。

一些微型热电联产会使用机械引擎如内燃机或斯特林发动机,它们在规模较大时都达到很高的效率,所以更适合于大型的公寓楼或商用建筑。

现在,燃料电池、热离子能量转换器等更新的技术甚至在一套住宅这样的规模中都能够达到高效率,这使得微型热电联产可以为个人消费者和家庭用户所使用。此外,这些新技术没有运动部件,因此运行要求较低,也没有噪声污染,适合在住宅中使用。最终这种结构使得个人用户能够选择按需产能,从而对家用太阳能进行补充。

分布式发电的未来

太阳能、电池和高效的小型发电机组成的系统所带来的好处不仅是更加环保、能够节约开支。例如,在美国具有340万人口的波多黎各遭受飓风袭击的一个月后,80%的地区仍然没有供电。这样的悲剧告诉人们传统的中央发电和输送方式的脆弱性。

未来将会有所不同。通过使电力来源与用户保持紧密联系,电力便不容易受到像树把输电线压断这种意外事故的影响。太阳能、电池和小型发电机能够组成一个微型电网,从而提升能源系统的韧性。

能够从小处着手,而这些技术协同起来便形成了分布式的发电方式,甚至在个人住宅这样的规模下都能够运行。这对于发展中的世界非常重要,因为仍然有几十亿人不能获取稳定的电力。有了这些技术,社会便可以跨越花费数万亿美元建立中央发电厂进行发电的要求,帮助我们更快地把电力传输到每一个人身边。

作者:Tony Pan,Modern Electron公司首席执行官

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翻译:达沃斯博客翻译小组·徐嘉莹

责编:景嘉伊

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