通过智能电网调节用电供需平衡的必要性.doc

通过智能电网调节用电供需平衡的必要性
“最大限度利用可再生能源”已经成为了能源政策的主流。在日本，得到认证的太阳能发电设备已经超过2000万千瓦，通过智能电网调节供需平衡的必要性已经显现。智能电网的信息通信技术(ICT)基础拥有超越能源领域范畴，与交通等系统联动，优化管理整座城市的可能性。
实现可再生能源利用最大化
“最大限度利用可再生能源”已经成为了能源政策的主流。在日本，得到认证的太阳能发电设备已经超过2000万千瓦，通过智能电网调节供需平衡的必要性已经显现。智能电网的信息通信技术(ICT)基础拥有超越能源领域范畴，与交通等系统联动，优化管理整座城市的可能性。能源政策的模式转变通过结合地区特色，在各种构思下将创造众多跨领域的商机。
在日本，百万瓦级太阳能发电设施(大规模太阳能电站)已接连投入运转。9月上旬，日本经济产业省发布的统计数据显示，截至2013年5月底，已取得可再生能源发电固定价格收购制度(Feed-in-Tariff)认证的可再生能源发电设备达到了2237万千瓦。其中2091万千瓦是太阳能发电系统。如果简单计算，其输出容量之庞大，大约相当于20座核电机组。
也有看法认为，在获得认证的太阳能发电设备中，不少尚未敲定土地利用事宜，真正投入运转的估计只占一半左右。另外，太阳能发电在日本国内的设备利用率(实际发电量与额定输出功率满负荷运转之比)约为12%，与利用率达到70%(东日本大地震前)的核电站不能简单进行比较。不过，即便考虑到这些条件，有朝一日，太阳能发电的发电量终将达到几座核电机组的水平。
在核电站恢复运转前景不明的情况下，太阳能电站的激增象征着能源业务的变化。而且，大量采用可再生能源不单是推动可再生能源业务的发展，还有可能提高智能电网的必要性，以信息通信技术为基础创造出超越能源范畴的新业务。
对于太阳能发电普及速度的加快，也有看法认为，这是固定价格收购制度设定的优厚价格引发的暂时性热潮。但是，能源政策如今已经开始发生模式转变，在今后，需求虽然会有波动，但就长期而言，应该不会出现倒退。
过去能源政策基本上重视“安全”、“经济效益”及“环境性”这3个视点。在经历了东日本大地震造成的核电站事故以及长期停电后，日本在此基础上，又新增了3个重要视点。
第一是发电站周边的“安全”。按照过去的习惯，这一点不是能源政策讨论的范围。按照以往的3个视点，核电在各方面都得到了高度评价，但福岛第一核电站事故发生后，其最基本的“安全”受到了严重质疑，如今正处在能否继续作为基础电源之一得以保留的紧要关头。
第二是在“安全”的概念中，增加了通过广泛分散发电站以降低地区风险的必要性。过去，日本一直是从保障能源安全的视点出发，通过发电方式的“优化组合”及增加燃料种类，来降低采购风险。东日本大地震发生后，电力短缺情况之所以长期化，最大的原因在于，大型火电站集中在受灾的太平洋沿岸，在地震中悉数因海啸而停产。在这种情况下，东京六本木新城依靠自行设置的天然气热电联产系统，成功避免了停电。
第三个新视点是，不仅把能源业务视为支撑生活和产业的基础设施，还将其定位为创造新就业的新产业。
现在，日本东北地区计划的许多重建项目都采用了百万瓦级太阳能和生物质发电等可再生能源，力争实现能源的“地产地消”。其目的不仅在于推进气候变暖对策，还在于培育新产业和创造就业。
借助新增的3个视点，分布式电源、其是有助于改善气候变暖的可再生能源和热电联产系统的价值得到了大幅提升。在过去，可再生能源和热电联产系统的价值是以二氧化碳排放量少这一环保性为主，现在，在此基础之上，回弹性大于集中型电力系统的优点、通过在当地生产并消费能源创造就业的效果也开始受到关注。
这样的发展方向已经在向欧洲，特别是德国、英国、北欧及美国加利福尼亚州的能源政策靠拢。一语概之，就是“可再生能源利用的最大化”。
核电存在“发生事故时会扩散放射性物质”、化石燃料存在“依赖海外和排放二氧化碳”等无法解决的本质问题。而可再生能源的课题是高成本，这能够通过开发技术和改善运用加以克服。
各国目前都在探索经济社会对于扩充可再生能源所增加的成本能吸收到何种程度，把强力支持本国企业参与可再生能源低成本化竞争作为一项产业政策。
虚拟电厂成为关键
水力、地热和生物质发电等可以调节输出功率的可再生能源无需这样的追加成本，但可新开发的资源有限。在今后建设余地巨大的太阳能和风力发电则需要解决稳定系统所需成本的问题。
对于风力与太阳能的发电，有些国家通过发电设备的量产化和装机容量的大规模化提高了效率，从而大幅降低了成本，甚至接近了1千瓦时的成本低于购买电能的“电网平价”。但用来稳定功率变化的系统稳定化技术尚处于开发阶段。以低成本缓和风力和太阳能发电的功率变化、减轻基础电网负荷，这种技术需求会越来越大，在这一领域有可能产生商机。在这样的趋势下，作为新一代电网备受期待的“智能电网”开始受到关注。
可与社区智能交通管理联动
利用信息通信技术精密控制需求

智能电网的一大优势是能够利用信息通信技术精密控制需求。在欧美，要求用电大户在高峰用电时段减少需求的“需求响应”(DR)已经普及，随着智能电网的推广，需求响应将有望走入普通家庭。日本横滨市和北九州市也已经开始以普通家庭为对象，对提高电价的需求响应进行验证。
绝大多数的家庭需求响应实证实验是人工操作家电，但在德国等地，还通过实证实验，进行了向家中设置的能源控制器发送指令，自动降低冰箱和空调功耗的尝试。以这些实证成果为基础，欧洲10国合作，在丹麦启动了根据一级市场的价格变化，实时自动控制电器工作情况的实证实验。美国把这种以分钟为单位的快速需求响应称为“高速自动需求响应”，已经开始着手为家电的远程控制制定通信标准。
另一方面，在热电联产领域，住宅燃料电池热电联产系统在日本已经开始普及，欧美也在推进实证实验。
日本将通过智能电网综合控制地区内的分布式电源、蓄电池及需求响应的机制称为“地区能源管理系统”(CEMS)，这在如今已经是各地实证项目的主要验证课题。
欧洲也在加紧开发与地区能源管理系统相似、以分布式电源为主体的智能电网关键技术，也就是“虚拟电厂”。随着大量采用可再生能源，地区能源管理系统和虚拟电厂技术在各国的需求也在增大。
今后，符合地区特色的许多方法或许都将得到尝试。而且，以信息通信技术为基础，将来很有可能超出能源的范畴，创造出众多商务模式。
其实，“可再生能源成本高”包含双重含义。首先是发电本身的成本，主要是设备费和燃料费除以发电量。日本经济产业省2011年12月发布的《成本等研究委员会报告》对其进行了估算。报告称，截至2010年，百万瓦级太阳能的发电成本为1千瓦时30.1～45.8日元，风力发电为9.9～17.3日元。
另一个成本是在维持电网电能质量不变的前提下，稳定地使用总是在变动的太阳能和风力发电所需的成本。日本电气事业联合会在2008年表示，如果太阳能发电的建设容量在1000万千瓦以内，现在的电网可以接收。反言之，倘若超过1000万千瓦，如果不对电网进行投资，就会影响到电能质量。从目前的认证设备已经超过2000万千瓦的情况来看，在不久的将来，日本将需要为接收太阳能发电而追加投资。
全方位进行城市建设
有观点认为，在欧洲构筑智慧城市采用“整体分析”(Holistic Approach)很重要。
整体分析是指同时考虑能源、交通工具及废弃物问题，并同时予以解决的方法。斯德哥尔摩近郊的Hammarby Waterfront被认为是一个成功例子。在欧洲有观点认为，智能电网的信息通信技术将是实现整体分析的有力工具。
例如，以通过虚拟电厂进行控制的分布式电源为主体的城市建设，与以公共交通工具为轴心的紧凑型城市及彻底实现回收利用的零排放型社会比较吻合。
事实上，日本已开始开展实证项目的社区能源管理系统(CEMS)也是不仅用于能源管理，还具备与纯电动汽车(EV)的联动及看护老年人等功能，整个社会日渐成为其应用领域，因而具有整体分析的一面。例如，在爱知县丰田市的实证项目中，可最大限度利用太阳能发电的能源管理与新一代交通工具实现了联动。
该项目将能源管理系统称为“能源信息管理系统”(EDMS)。在装备了太阳能电池板、蓄电池及插电式混合动力车(PHV)的住宅中采用住宅能源管理系统 (HEMS)，对将太阳能所发的电力储存在蓄电池及插电式混合动力车中以备使用的机制进行验证。能源信息管理系统承担的作用是，通过对多所住宅的住宅能源管理系统进行监视及统一控制，对城市整体的电力供需进行优化等。
另一方面，新一代交通工具则是通过“交通信息管理系统”(TDMS)进行统一控制。控制对象不仅限于环保车及汽车的利用形态。还要使公共交通与私家车、汽车共享实现联动，并且收集消费者、交通运营商及社区等的信息，通过组合利用公共交通和汽车，实现地区整体的优化利用。
丰田公司于2012年10月开始提供名为“Ha:mo NAVI”的“多运输形态路径导航”(Multi Modal Navi)服务，用户可使用智能手机对汽车与公共交通配套路线进行搜索和引导。该服务结合了指引驾驶路线的汽车导航系统，和指引电车及地铁换乘路线的互联网搜索网站。
例如，从丰田利用超小型纯电动汽车进行汽车共享实验的日本中京大学丰田校园，到拥有汽车相关参观及展示设施的丰田会馆，对其间交通路线进行搜索，那么显示出的最佳路线是，利用汽车共享到最近的贝津车站，然后坐电气列车到三河丰田车站，再换乘巴士。也就是说，使用者通过1次搜索就可获得利用汽车共享、电车及巴士的换乘路线信息。
统一控制能源及交通工具
Multi Modal Navi将成为丰田正在构筑的交通信息管理系统的核心。其具体原理是，将道路拥堵信息、公共交通运行状况、汽车共享预约状况、天气信息及集会活动信息等收集到“Ha:mo NAVI中心”，对交通状况进行分析和预测，然后向消费者及交通运营商反馈“最佳行动方式”。其最大的目的在于，通过使汽车需求实现合理化，消除交通拥堵以及抑制二氧化碳的产生。
目前，只能向普通汽车用户提供最佳行动路线建议，但将来设想从Ha:mo NAVI中心向电车及巴士的运营商反馈预测结果。如果能够预测到因暴雨以及集会活动等的影响，乘客会在短时间内向公共交通系统集中，那么便可采取事先增加车次等对策。交通信息管理系统将超越针对消费者提供“导航”的范畴，承担起对当地社会整体交通基础设施进行优化管理的作用。
丰田市的实证项目还计划自2014年度起，使交通信息管理系统与能源信息管理系统联动。交通信息管理系统与能源信息管理系统的结合点是纯电动汽车(EV)的蓄电池。对能源信息管理系统而言，蓄电池是一种可储存太阳能发电的剩余电力，或者可将低电价时段的电能预先储存起来，在高电价时段释放电能以获得经济利益的重要设备。如果能源信息管理系统与交通信息管理系统实现联动，便可从经济性和方便性的角度，对应该如何利用纯电动汽车进行比较。
例如，在住宅电力需求达到高峰、傍晚下班时间道路会出现拥堵的地区，傍晚不乘坐纯电动汽车，而是让其在家中释放电力以供使用或是向电网售电，乘坐巴士及电车上下班，这样做对消费者而言既经济又非常方便。而且这样做最终也会使当地的电力供需实现平衡，并可缓解交通拥堵现象。丰田市力争实现的智慧城市，可以说是对能源和交通工具进行统一管理的整体分析事例之一。
能源政策的模式转变推动了可再生能源的大量采用和智能电网的发展，并具有在将来实现大规模区域管理的可能性。在这中间，蕴藏着只要有创意就能实现的多种经营模式。