風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電等可再生能源的最大課題是發(fā)電量不穩(wěn)定。不過(guò)，許多國(guó)家打算以可再生能源發(fā)電來(lái)提供所需全部能源量的20～30％。今后，如果這種能源大量接入電網(wǎng)，直接利用現(xiàn)有電網(wǎng)，可能會(huì)導(dǎo)致停電或者電力質(zhì)量降低。

        為此，東京工業(yè)大學(xué)綜合研究院解決方案研究機(jī)構(gòu)特聘教授黑川浩助的研發(fā)小組和新日本石油公司正在進(jìn)行研究和實(shí)證實(shí)驗(yàn)，探討不會(huì)給現(xiàn)有電網(wǎng)造成影響的“自律度提高型光伏發(fā)電系統(tǒng)”。

        日本的電網(wǎng)很少停電，由電氣設(shè)備工作不正常及故障所引發(fā)的頻率波動(dòng)也較小，其可靠性在全球?qū)儆谧罡咚健２贿^(guò)，目前日本的電網(wǎng)正面臨很有可能對(duì)其可靠性造成威脅的情況。這就是可再生能源的大量采用。日本政府在這方面制定的目標(biāo)是，到2020年，使光伏發(fā)電采用量達(dá)到28吉瓦，相當(dāng)于2005年的約20倍，到2030年提高到53吉瓦，達(dá)到2005年的40倍左右。

以“社區(qū)”為單位進(jìn)行裝置共享

        風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的最大課題，在于發(fā)電量不穩(wěn)定。這是因?yàn)槠浒l(fā)電量會(huì)因天氣條件的變化而受到很大影響。因此，當(dāng)這些電力接入電網(wǎng)之后，住宅通過(guò)電網(wǎng)賣掉剩余電力的情況會(huì)頻繁發(fā)生，從而給電網(wǎng)電壓及頻率的穩(wěn)定性帶來(lái)影響。

        為了解決這個(gè)問(wèn)題，東京工業(yè)大學(xué)綜合研究院解決方案研究機(jī)構(gòu)特聘教授黑川浩助的研發(fā)小組和新日本石油正在積極推進(jìn)研究和實(shí)證實(shí)驗(yàn)，探討不會(huì)對(duì)現(xiàn)有電網(wǎng)產(chǎn)生影響的光伏發(fā)電系統(tǒng)“自律度提高型光伏發(fā)電系統(tǒng)”。

        該系統(tǒng)設(shè)想用于幾乎所有住宅及辦公樓都采用了光伏發(fā)電系統(tǒng)的地區(qū)。首先將在地區(qū)內(nèi)自動(dòng)進(jìn)行電力融通。之后如果地區(qū)電力依然短缺，便從電網(wǎng)購(gòu)買電力，若有剩余再輸送入電網(wǎng)進(jìn)行銷售。與各個(gè)住宅直接接入電網(wǎng)相比，該方式更易于保持穩(wěn)定性。

        日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）從2004年度到2005年度一直從事該系統(tǒng)的研究。為了確認(rèn)其成果，2008年度東京工業(yè)大學(xué)和新日本石油受日本國(guó)土交通省委托進(jìn)行實(shí)證實(shí)驗(yàn)。目前已經(jīng)在位于東京目黑區(qū)的東京工業(yè)大學(xué)蔵前會(huì)館屋頂上設(shè)置了太陽(yáng)能電池板，作為實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所。

東京工業(yè)大學(xué)蔵前會(huì)館屋頂上設(shè)置的太陽(yáng)能電池板

 
      現(xiàn)在，設(shè)置有光伏電池板的住宅大多是每棟設(shè)置1臺(tái)蓄電池和電源調(diào)節(jié)器。電源調(diào)節(jié)器是將光伏發(fā)電產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成用于普通家庭的交流電的裝置。

        而自律度提高型光伏發(fā)電系統(tǒng)是在稱為“社區(qū)”的整個(gè)地區(qū)共享一臺(tái)蓄電池和電源調(diào)節(jié)器。將把利用各個(gè)住宅及樓宇的太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的電力儲(chǔ)存于此，然后進(jìn)行再分配。

通過(guò)頻率了解充電狀況

東京工業(yè)大學(xué)解決方案研究機(jī)構(gòu)特聘助教伊藤雅一

        并且，新系統(tǒng)使用名為電力路由器的裝置，連接多個(gè)社區(qū)。這是因?yàn)椋ハ嗳谕娏Φ姆秶酱?，越易于吸收發(fā)電量變動(dòng)等帶來(lái)的影響。

        新系統(tǒng)的關(guān)鍵，在于這個(gè)電力路由器技術(shù)。

        電力路由器通過(guò)連接著的電源調(diào)節(jié)器，根據(jù)交流電的頻率了解各個(gè)社區(qū)蓄電池的充電狀況。然后對(duì)其進(jìn)行比較并自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使電力從較多處流向較少處。

        黑川浩助特聘教授研發(fā)小組的特聘助教伊藤雅一自信地表示：“該系統(tǒng)最大的特點(diǎn)在于僅利用頻率即可控制電力融通。這是通過(guò)我們開(kāi)發(fā)的電力路由器控制系統(tǒng)才得以實(shí)現(xiàn)的功能。”

        日本需要這種功能，有其特定因素。

        美國(guó)打算對(duì)已經(jīng)相當(dāng)老化且質(zhì)量顯著降低的電網(wǎng)進(jìn)行全面更新，構(gòu)建可應(yīng)對(duì)大量采用可再生能源的新一代電網(wǎng)——智能電網(wǎng)。

        然而，日本已經(jīng)鋪設(shè)了具備通信功能、電壓及頻率穩(wěn)定性較高的電網(wǎng)。因此，擁有電網(wǎng)的電力公司等不贊成將不穩(wěn)定的可再生能源大量接入該電網(wǎng)。因此便想出了這個(gè)自律度提高型光伏發(fā)電系統(tǒng)。


蒙古“10萬(wàn)座太陽(yáng)能蒙古包計(jì)劃”

        黑川浩助特聘教授等組成的研發(fā)小組進(jìn)一步對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了改良。使電源調(diào)節(jié)器具備電力路由器的功能，可在不使用電網(wǎng)的情況下融通電力。該系統(tǒng)應(yīng)用于發(fā)展中國(guó)家等應(yīng)該也非常有效。這是因?yàn)?，即使在沒(méi)有鋪設(shè)電網(wǎng)的地區(qū)，也能在相鄰的居民之間融通利用太陽(yáng)能電池板所發(fā)的電力。

        比如應(yīng)用于蒙古政府從1999年開(kāi)始推進(jìn)的“10萬(wàn)座太陽(yáng)能蒙古包計(jì)劃”。該計(jì)劃的主要內(nèi)容是，在10萬(wàn)座蒙古民族移動(dòng)式住宅蒙古包中，設(shè)置太陽(yáng)能電池板和用于汽車的電池，使居民能夠利用照明器具、收音機(jī)及電視。據(jù)稱這5年內(nèi)已經(jīng)在3萬(wàn)頂蒙古包中進(jìn)行了設(shè)置。

在蒙古，在作為移動(dòng)住居的蒙古包中設(shè)置太陽(yáng)能電池板和用于汽車的電池。利用這些電力，可使用照明器具、收音機(jī)及電視。（點(diǎn)擊放大）

        伊藤特聘助教說(shuō)：“如果將此處使用的汽車電池與我們開(kāi)發(fā)的電源調(diào)節(jié)器相連，便可在蒙古包之間相互融通電力。我們想在下次去蒙古時(shí)提出建議方案，并進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。”

在沙漠進(jìn)行農(nóng)作物栽培

        伊藤特聘助教開(kāi)始研究光伏發(fā)電系統(tǒng)的契機(jī)可以追溯到2000年。當(dāng)他還是東京農(nóng)工大學(xué)大四學(xué)生時(shí)，就對(duì)當(dāng)時(shí)任東京農(nóng)工大學(xué)特聘教授的黑川浩助在蒙古沙漠中設(shè)置太陽(yáng)能電池板進(jìn)行發(fā)電的研究產(chǎn)生了很大的興趣。之后在碩士課程、博士課程學(xué)習(xí)期間，他與黑川教授一同致力于光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究。曾去過(guò)蒙古三次。

在蒙古沙漠中設(shè)置太陽(yáng)能電池板進(jìn)行發(fā)電的研究。這是2003年時(shí)的照片。

        并且，伊藤特聘助教還與黑川教授一起，使用人造衛(wèi)星調(diào)查把光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置于地球何處發(fā)電效率最高。設(shè)置太陽(yáng)能電池板的場(chǎng)所最好是植物難以生存的沙漠地帶。

        不過(guò)，也不是任何沙漠都適合。如果是沙丘的話，由于沙子會(huì)被風(fēng)吹散或者移動(dòng)，因此很難設(shè)置太陽(yáng)能電池板。同樣是沙漠，地面較硬的礫漠最為適合。他們腳踏實(shí)地繼續(xù)進(jìn)行著這樣的調(diào)查，現(xiàn)已制作完成設(shè)置光伏發(fā)電系統(tǒng)最佳場(chǎng)所的世界地圖。

        目前，伊藤助教考慮的是使在蒙古所發(fā)的電力也能為當(dāng)?shù)鼐用癯浞掷?，正在與東京農(nóng)工大學(xué)的研究人員推進(jìn)相關(guān)研究。

        伊藤特聘助教說(shuō)：“如果有電，便可容易地進(jìn)行室內(nèi)溫度管理等，因此便可在沙漠穩(wěn)定地栽培農(nóng)作物。今后我們將以光伏發(fā)電為基礎(chǔ)，繼續(xù)進(jìn)行能夠?yàn)樯鐣?huì)做貢獻(xiàn)的研究。”（《日經(jīng)商務(wù)在線》特約撰稿人：山田久美）