日本數字電網計劃

鄧雪梅/編譯

●日本財團打算把中央電網轉變成相互連接的獨立數字電網。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，以便最終其功能就像互聯網、路由器等一樣。

在未來20到30年的時間里，日本逐步淘汰500億瓦核電產能的計劃已經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以便最終它就像互聯網、路由器等一樣。但是，由風能、太陽能來取代核能也會導致能源供應的主要中斷，因為再生能源在2011年福島危機之前僅產生日本電力的30%。在電力行業工作30年后來到學術界的東京大學阿部力也教授說，問題是日本電網——以及許多發達國家的電網——都是集中控制的。相應的公共設備不得不通過維持發電和用電需求之間微妙的平衡來調節電網的頻率和電壓。

數字電網

“目前的同步系統使我們獲益良多，”阿部說，“但當你引入各種可再生能源的來源時，它們肯定會增加系統中的波動，直到在某種情況下它們變得難以處理。”我們需要的“是一個從中央控制到分散控制的轉變，這種分散控制是廣泛分布的分段發電。”

答案就是他聲稱的“數字電網”，它的架構是建立在互聯網的基礎之上——想法是逐漸把目前的同步電網細分成異步、自主但相互聯系的不同大小電網。這些電網把相應的IP地址分配給發電機、電源轉換器、風力發電場、存儲系統、屋頂太陽能電池以及其他電網基礎結構。

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

為了讓事情有所進展，2011年9月，阿部成立了一個由他領導的數字電網財團。財團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工廠。同月，阿部說，該財團成功地展示了一個關鍵支持技術——馬克一號，一個兩千瓦、三條腿的“數字電網路由器”（DGR）。DGR將通過提供異步連接、協調內部以及不同電網來管理和規范用電需求。通過使用絕緣柵雙極型晶體管和其他動力電子設備，多支路的DGR由固態AC/DC/AC變換器組成——能夠根據不同需求并隨著電網頻率的變化適時提示或降低電壓。今年早些時候，這個財團計劃在諾克斯維爾的電力科學研究院測試設備并呈現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、內存、數據存儲和網絡通訊組成的數字電網，通過DGR把跟蹤器（相應的IP地址）分配給各種生成或存儲資源的獨立數據包，接受器同時提取來自于電網的同樣功率。為了說明這是如何實現的，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網的市場機制（類似于在股票交易系統中買賣證卷一樣），經紀人能夠接收定位一個太陽能農場的訂單，并生成合同。“如果這個訂單不匹配的話，那么就沒有交易發生，”他說，“這保持了電網中的平衡。”

阿部把這個過程比作銀行系統。如果有個人把錢匯寄給另一個人，那么這筆錢不需要經歷實際交易過程。在數字電網中，實際通訊主要是通過互聯網完成的，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服務商自動記錄和收集，系統服務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等額外的屬性。”

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字電網變成一個可行的現實，并爭取電力公用事業和主要電氣設備制造商的支持。目前這些電力公用事業和主要電氣設備制造商拒絕加入該財團。“我們仍然繼續與他們以及日本經濟產業省進行溝通，”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鍵角色，那么他們需要開始改變目前的商業模式。”

斯卡利斯是即將出版的關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達國家遲早要處理輸電和配電電網的問題。”在此期間，數字電網財團將不斷完善DGR并且已經開始在欠發達國家中尋求引入相關技術的機會（這些欠發達國家還不存在全國電網系統）。“在這些國家中……從長遠來看，他們甚至可能不需要一個傳統電網系統，”阿部說。