創(chuàng)新電池技術(shù)：分散電源裝置最新技術(shù)動向（一）

時間：2011-06-24 12:56:54

關(guān)鍵字：電源電池技術(shù) BSP 燃料電池

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[導(dǎo)讀] 　　2011年3月11日，日本宮城縣南三陸町一半以上被巨型海嘯吞噬。約1.76萬人口的鎮(zhèn)上，死亡失蹤人數(shù)逾千，災(zāi)后不久，約1萬人被迫住進(jìn)了避難所。　　在該町生產(chǎn)銷售建設(shè)資材的高野混凝土公司的總部地處遠(yuǎn)離海岸

　　2011年3月11日，日本宮城縣南三陸町一半以上被巨型海嘯吞噬。約1.76萬人口的鎮(zhèn)上，死亡失蹤人數(shù)逾千，災(zāi)后不久，約1萬人被迫住進(jìn)了避難所。

　　在該町生產(chǎn)銷售建設(shè)資材的高野混凝土公司的總部地處遠(yuǎn)離海岸的高地，在海嘯中幸免于難。社長高野剛為了防災(zāi)，平日里一直常備著100張毛毯、夠20人維持1個月的硬面包和小型自主發(fā)電機(jī)等物資。

　　災(zāi)后不久，該公司開放部分工廠，收留了周邊約35位無家可歸的災(zāi)民避難。在4月底之前，這些災(zāi)民分別陸續(xù)轉(zhuǎn)移到了其他地方，“但在當(dāng)時，大家合伙做飯、建造臨時浴池，一同度過了難關(guān)”。

　　在避難所的生活中，最難熬的是寒冷。日本東北的3月依然冬寒料峭。南三陸也時常下雪，有時白天溫度也只有零下5～7度，只能靠小型煤油爐取暖。

　　“暖到骨子里”

　　在這種情況下，NPO（非營利組織）日本森林生物質(zhì)網(wǎng)絡(luò)（Japan Forest Biomass Network）表示可以無償安裝木粒壁爐。高野社長雖然沒用過木粒壁爐，但為了增加一絲暖意，于是答應(yīng)了下來。3月19日，2臺木粒壁爐送到了。

　　放入燃料沒過一會，壁爐就吹出了暖風(fēng)，很快就感覺到了“不一樣的溫暖”。煤油爐就此歇班，直到4月中旬，木粒的火炎一直溫暖著避難所。“因為暖到了骨子里，就算外出也不會輕易受涼”。高野喜歡上了木粒壁爐，決定在總部事務(wù)所全面采用。

　　日本森林生物質(zhì)網(wǎng)絡(luò)在3月，以巖手縣南部到宮城縣北部的避難所為中心，安裝了43臺木粒壁爐。向該組織捐贈木粒壁爐的，是暖爐廠商Saikai產(chǎn)業(yè)公司（新潟市西區(qū)），提供木粒的則是栗駒木材公司（宮城縣栗原市）等。

　　栗駒木材使用木材加工中產(chǎn)生的刨屑等原料生產(chǎn)木粒，一直在與Saikai產(chǎn)業(yè)等合作普及木粒壁爐。日本森林生物質(zhì)網(wǎng)絡(luò)副理事長，也是栗駒木材員工的大場隆博覺得“（這次地震）是讓大家了解木粒壁爐的好機(jī)會”。他與該組織的事務(wù)局長唐澤晉平一同走訪了各個避難所。

　　“什么是木粒壁爐？”雖然起初覺得詫異，但感受過溫暖之后，大家無不欣喜。

　　好評超出預(yù)期，但緊接著，木粒壁爐籌備的難題又出現(xiàn)了。懷著“只要能讓大家感受到優(yōu)點(diǎn)就好”的想法，Saikai產(chǎn)業(yè)的董事開發(fā)隊長古川正司集中該公司庫存，湊到了43臺。

　　“木粒壁爐是能夠激活當(dāng)?shù)啬静漠a(chǎn)業(yè)的自產(chǎn)自消的能源。應(yīng)該可以為東北地區(qū)的復(fù)興做出巨大的貢獻(xiàn)”，古川對未來充滿期待。

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　　利用太陽能給手機(jī)充電

　　志愿為避難所安裝太陽能發(fā)電系統(tǒng)的企業(yè)同樣存在。那就是總部位于長野縣駒根市的Next Energy and Resources公司。該公司是一家回收利用老舊太陽能面板、利用中國制模塊生產(chǎn)太陽能面板、經(jīng)營系統(tǒng)設(shè)計和構(gòu)建等業(yè)務(wù)的風(fēng)險企業(yè)。不依賴電力公司系統(tǒng)電力的獨(dú)立型太陽能發(fā)電系統(tǒng)是主要產(chǎn)品之一。

　　“災(zāi)區(qū)正在受停電的困擾。我們的獨(dú)立型系統(tǒng)肯定能起到作用”。當(dāng)通過報道獲悉災(zāi)區(qū)的現(xiàn)狀后，公司里響起了這種聲音。

　　負(fù)責(zé)該系統(tǒng)的兩名員工進(jìn)入災(zāi)區(qū)，帶去了3組系統(tǒng)，1組（960W）包括8塊120W的太陽能面板。蓄電池則是請求有業(yè)務(wù)往來的廠商低價提供。

　　與此同時，當(dāng)該公司向?qū)m城縣社會福祉協(xié)議會咨詢，說明意圖后，對方發(fā)出了“請務(wù)必幫我們設(shè)置”的請求。3月18日，滿載著太陽能面板和蓄電池的卡車駛離了長野縣。到達(dá)社會福祉協(xié)議會后，當(dāng)?shù)匾呀?jīng)選好了設(shè)置的位置，女川町立女川第二小學(xué)內(nèi)的女川震災(zāi)志愿者中心，以及町立女川第一中學(xué)的體育館前。

　　當(dāng)?shù)氐碾姟⑷細(xì)?、自來水完全中斷?月19日，KDDI的手機(jī)有了信號，但因為停電，手機(jī)沒法充電。引擎發(fā)電機(jī)成了搶手貨。

　　安裝工作就從當(dāng)天開始展開。1組系統(tǒng)重150kg。兩個人抬起安裝非常辛苦。安裝完一處需要花費(fèi)6個小時。

　　幸運(yùn)的是，安裝完成后，天氣依然晴朗，手機(jī)可以用太陽能充電了。如果蓄電池蓄滿，一次可以給10部手機(jī)充電，如果是液晶電視（32英寸）和筆記本電腦，大約可以連續(xù)使用6個小時。

　　“在停電的時候真是幫了大忙。和引擎發(fā)電機(jī)不一樣，既安靜又沒有排氣，這一點(diǎn)也很好”，在女川第二小學(xué)開展救援活動的一位志愿者說道。

　　雖然如今供電已經(jīng)恢復(fù)，但兩所學(xué)校都沒有拆除太陽能電池板，還在繼續(xù)使用。女川第一中學(xué)教務(wù)主任表示，“余震還在持續(xù)，說不定什么時候還會停電。有獨(dú)立型的太陽能系統(tǒng)比較放心”，好評之聲絡(luò)繹不絕。

　　太陽能熱水器活躍在炊事中

　　宮城縣名取市是在海嘯中受災(zāi)規(guī)模較大的地區(qū)，閖上地區(qū)甚至全部毀滅。地震后的4月18日，名取市政廳廳舍和指定為避難所的市內(nèi)高館小學(xué)設(shè)置了太陽能熱水器。

　　設(shè)置的契機(jī)，是企業(yè)和NPO開展的向災(zāi)區(qū)贈送可再生能源相關(guān)設(shè)備的“東日本手拉手送溫暖計劃”。當(dāng)該計劃在地方政府中募集申請者的時候，名取市做出了響應(yīng)。

　　震后，名取市政廳旁的空地成了給災(zāi)民發(fā)放伙食的炊事點(diǎn)。市政府職員全體出動，捏飯團(tuán)，或是用冰冷的水清洗做飯的鍋和餐具。

　　因為自衛(wèi)隊和炊事團(tuán)隊需要進(jìn)出空地，太陽能熱水器設(shè)置在了市政廳二層的屋頂上。與一層的水龍頭連接，提供熱水。名取市建設(shè)部長伊達(dá)睦雄表示，“4月的東北有些日子的溫度還在冰點(diǎn)以下。溫暖的熱水實(shí)在難得”。

　　在作為避難所的高館小學(xué)，該校通過修剪體育館旁水管附近的花木，給太陽能熱水器騰出了設(shè)置空間。提供熱水作為生活用水，用來洗臉洗澡、清洗食材和餐具。

　　設(shè)置的太陽能熱水器都是被稱為自然循環(huán)式的類型，特點(diǎn)是工作無需使用燃料和電力。參與設(shè)置的建設(shè)部系長鄉(xiāng)內(nèi)秀稔說：“太陽能熱水器不需要電力施工和購買燃料，只要在水管旁有2m見方的空間就足夠了。設(shè)置時間也只需要1～2個小時。很適合在受災(zāi)場所使用。”

　　設(shè)置時，體育館里有174位避難者。按照預(yù)定，太陽能熱水器將一直使用到避難者全部離開為止。

　　在生活基礎(chǔ)設(shè)施盡失的極限狀態(tài)下，小型分散式可再生能源的價值可謂一目了然。

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　　雖然用來應(yīng)對電力短缺的自主發(fā)電頗具人氣，但從中期來看，熱電聯(lián)產(chǎn)才是主要對策。日本廠商正在不斷摸索組合使用可再生能源及熱電聯(lián)產(chǎn)的能源自給系統(tǒng)。

　　東日本大地震使日本電力系統(tǒng)中潛藏的2大風(fēng)險浮出水面。一是核電事故后的放射性物質(zhì)泄漏帶來的環(huán)境污染風(fēng)險，另一個是大型發(fā)電站集中選址帶來的災(zāi)害風(fēng)險。

　　東京電力公司3月實(shí)施計劃停電的原因很容易讓人以為是核電站的停運(yùn)，但這樣想并不正確。除了核電外，其原因還在于集中于東北地區(qū)太平洋沿岸的大型火力發(fā)電站因接二連三的海嘯而受到不同程度的損毀。

　　此前日本一直靠鈾、煤炭及天然氣等進(jìn)口資源的分散化來確保穩(wěn)定的電力供應(yīng)。今后，發(fā)電站在地理位置上的分散也將成為一大課題。

　　小規(guī)模分散型發(fā)電包括使用化石燃料的小型引擎發(fā)電機(jī)以及太陽能、風(fēng)力、小水力及生物質(zhì)（生物資源）發(fā)電等分散型可再生能源。

　　不排放二氧化碳的太陽能及風(fēng)力也將變成全球變暖對策的支柱。另一方面，小型引擎發(fā)電機(jī)與大型火力發(fā)電相比，發(fā)電效率較低，如果僅用于自主發(fā)電反而是與全球變暖對策背道而馳。使用把廢熱用于熱水供應(yīng)及空調(diào)的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，可在實(shí)現(xiàn)環(huán)保的同時規(guī)避災(zāi)害風(fēng)險。

　　從長期來看，把全部可再生能源通過智能電網(wǎng)（新一代電網(wǎng)）實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定利用是最理想的。不過，在技術(shù)及經(jīng)濟(jì)方面依然存在很大問題。

　　從中期來看，將同時利用化石燃料及可再生能源。推動可最有效利用化石燃料的熱電聯(lián)產(chǎn)的普及也將成為全球變暖對策的支柱。

　　有關(guān)熱電聯(lián)產(chǎn)的咨詢蜂擁而至

　　從事從熱電聯(lián)產(chǎn)的設(shè)計及構(gòu)筑到運(yùn)用管理業(yè)務(wù)的TESS ENGINEERING（大阪市淀川區(qū)）在日本東北地區(qū)也擁有許多客戶。“我們從大阪進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，并沒有系統(tǒng)因地震而停止運(yùn)轉(zhuǎn)”，石脅秀夫社長回顧道。

　　另外，地震后，“除了新設(shè)置外，還有許多以前設(shè)置過但現(xiàn)在已停止使用的客戶希望再次啟用該系統(tǒng)，相關(guān)咨詢蜂擁而至”，他坦率地說道。

　　在原油價格較低的10年前，曾出現(xiàn)過自主發(fā)電及熱電聯(lián)產(chǎn)熱潮。這是因為，與從電力公司購買電力相比，使用比較便宜的柴油運(yùn)轉(zhuǎn)柴油引擎發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的費(fèi)用更低一些。不過在那之后，原油價格暴漲，導(dǎo)致這一盈利模式瓦解。

　　“以現(xiàn)在的原油價格，如果不連廢熱也充分活用，便無法發(fā)揮自主發(fā)電的成本優(yōu)點(diǎn)。如果再加上環(huán)保性，那么今后分散電源的主流將是以天然氣為燃料的熱電聯(lián)產(chǎn)”，石脅社長斷言。

　　三菱重工發(fā)動機(jī)業(yè)務(wù)部業(yè)務(wù)部長川井光彥也認(rèn)為，“從全球范圍來看，天然氣的價格正處于下降趨勢，分散電源領(lǐng)域的燃?xì)鈾C(jī)將獲得較大發(fā)展”。據(jù)稱除了作為停電對策的緊急電源外，把燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)作為常用電源的事例也日益增多。

　　電力公司是后備

　　除了燃?xì)鈾C(jī)外，作為新一代熱電聯(lián)產(chǎn)電源而備受期待的還有燃料電池。

　　今年2月，靜岡縣三島市低碳型獨(dú)戶分售住宅區(qū)“Eco Life Square 三島KIYOZUMI”完工。由靜岡燃?xì)夤酒髣澆㈤_發(fā)，在全部22棟住宅中設(shè)置了家用燃料電池“ENE-FARM”及太陽能發(fā)電系統(tǒng)。

　　靜岡燃?xì)忾_發(fā)的低碳型住宅區(qū)通過太陽能電池及燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)基本實(shí)現(xiàn)電力及熱的自給自足

　　該系統(tǒng)名為“W發(fā)電”，利用太陽能電池產(chǎn)生電力，另外還使用城市燃?xì)?，通過燃料電池發(fā)電。此外還利用燃料電池的廢熱燒熱水，用于熱水供應(yīng)及地暖。由于優(yōu)先使用燃料電池產(chǎn)生的電力，因此向電力公司出售的太陽能電池的電力量增加，具有賣電收入增加的優(yōu)點(diǎn)。另外，還配備有松下生產(chǎn)的家庭能源管理系統(tǒng)（HEMS），使照明及取暖費(fèi)用實(shí)現(xiàn)“可視化”，提高了節(jié)能積極性。

　　雖然兩種電池均有國家補(bǔ)貼，但初期投資仍高達(dá)幾百萬日元。不過即便如此，還是于去年夏天銷售一空。

　　以1月下旬入住的某個家庭為例，3月的發(fā)電量達(dá)到了用電量的2倍，賣電收入約為1萬日元。據(jù)稱雖然在東日本大地震后經(jīng)歷過3次計劃停電，但都通過把太陽能發(fā)電切換成獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)模式而安然度過。由于燃料電池系統(tǒng)不能獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)，因此停電時不能發(fā)電，但該家庭表示，“這樣做能夠為電力短缺的時代貢獻(xiàn)一點(diǎn)微薄的力量，而且因為能夠自主發(fā)電，所以感到很安心”。

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　　三島KIYOZUMI設(shè)置的燃料電池是名為固體高分子型燃料電池（PEFC）的產(chǎn)品，發(fā)電效率約為36％，包括廢熱回收在內(nèi)的綜合效率約為80％。另外，效率更高的燃料電池將于今年秋季面世。這就是配備了吉坤日礦日石能源公司將實(shí)現(xiàn)商品化的固體氧化物型燃料電池（SOFC）的新款ENE-FARM。發(fā)電效率可達(dá)到45％，包括廢熱回收在內(nèi)的綜合效率可達(dá)到87％。

　　吉坤日礦日石能源新能源統(tǒng)括組經(jīng)理村橋笵昌表示：“PEFC是根據(jù)熱的需求進(jìn)行發(fā)電，而SOFC即使用于發(fā)電主體，效率也很難下降。我們在銷售時也想強(qiáng)調(diào)該產(chǎn)品是發(fā)電機(jī)這一點(diǎn)。”

　　45％的發(fā)電效率已經(jīng)可以與大型火力發(fā)電站相媲美。熱電聯(lián)產(chǎn)以前如果沒有熱水供應(yīng)及暖氣等充分利用廢熱的用途，綜合效率就提不上去，商用方面多用于賓館及公共浴室，家庭用途方面的發(fā)電量有一定限度。而配備SOFC的產(chǎn)品，即使不充分利用廢熱，效率也比較高，因此采用范圍可能會迅速擴(kuò)大。

　　在岐阜進(jìn)行高效型燃料電池實(shí)證試驗

　　岐阜縣與吉坤日礦日石能源合作設(shè)置了安裝有配備SOFC的ENE-FARM的實(shí)證住宅，并開始進(jìn)行運(yùn)用實(shí)驗。

　　岐阜縣新一代能源基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)想的山村示范項目（郡上市）。從左上方開始按順時針方向依次為太陽能發(fā)電（4.2kW）、小水力發(fā)電（0.5kW）、鋰離子電池（約10kWh）及燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)（0.7kW）。

　　在位于郡上市的古民居中，除了SOFC型燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)及太陽能發(fā)電系統(tǒng)外，還設(shè)置有小水力發(fā)電設(shè)備及鋰離子電池。這就是該縣推進(jìn)的新一代能源基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)想5大項目之一的山村示范項目。

　　除了W發(fā)電外，如果有蓄電池，便可存儲太陽能發(fā)電的剩余電力。晚上即使出現(xiàn)僅靠燃料電池?zé)o法滿足的電力需求，也能用蓄電池來繼續(xù)供電?；静灰蕾囯娏镜碾娏?，有可能實(shí)現(xiàn)電力自給。

　　岐阜縣商工勞動部長江崎禎英預(yù)測稱：“如果可再生能源得到充分普及，那么固定價格收購制度將會消失。到那時，以太陽能電池及燃料電池為中心的半獨(dú)立型系統(tǒng)將得到普及。”

　　驪住住宅研究所會長大竹俊夫也表示：“對于以后的住宅來說，能源自給將成為較大的主題。”在該公司于去年9月提出方案的示范住宅中，設(shè)置了太陽能發(fā)電、利用太陽熱的熱水供應(yīng)系統(tǒng)以及木粒壁爐。與岐阜縣的構(gòu)想同樣，力爭實(shí)現(xiàn)能源自給型住宅，但由于燃料電池的價格還比較高，因此“熱”由太陽熱和木粒壁爐來實(shí)現(xiàn)。

　　驪住住宅研究所公布的“超級可持續(xù)發(fā)展示范住宅NEXT+”。該公司迅速提出面向電動汽車的住宅方案等，被公認(rèn)具有預(yù)見性。最新示范住宅以能源自給為主題充分利用了可再生能源

--來源：技術(shù)在線

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