未來，在家里建一座“發電站”

Tony+Pan

太陽能的價格在過去的四十年間急劇下跌。這項奇妙的發明使人們能夠在家中安裝太陽能板來供能，這樣擁有家用太陽能的人們就能避免公共供電設備可能帶來的電費上漲。另外，這還使得用戶能夠更好地控制、減少他們的溫室氣體足跡。

而電池因為受規模經濟和可充電鋰電池的技術發展驅動，價格也在下降。鋰電池的應用無處不在，包括筆記本電腦和智能手機等。有了這么多的電池，用戶也可以將太陽能電池板在白天產生的額外電能儲存起來，夜間進行利用。在未來，電動汽車的廣泛使用同樣會使我們家中電池的容量擴大。所有這些措施都使人們能夠使用更多的太陽能而減少對輸電網的利用。

獨立于電力網絡之外仍難實現

然而，風能和太陽能供應量存在季節性的差異。例如，在冬天即使是白天陽光也會比較弱，云會遮擋住天空而電池板可能被冰雪覆蓋。這種不利的狀況可能會持續幾個月。

目前的電池技術還不能非常節約地儲存能夠使用幾個星期的電，更不用說幾個月了。大多數太陽能電池板用戶仍然需要接入電力網絡，因為太陽能并不能全時段地進行利用，電池的性能也有限。完全獨立于電力網絡之外仍然很難實現。

公用事業設備也對此進行推動。許多公用事業企業主張每個人都應該為電網基礎設施的運行和升級而承擔經濟負擔，甚至那些自行供能的家庭也應該如此。一些人正在為其中需要接入電力網絡的家庭提供入口。

但是新的技術會打破這種局面嗎？

使發電廠規模縮小

在上個世紀，全球超過80%的電力是由中央發電廠產生的，而現在依然如此。這些發電廠體量巨大，有些發電廠能為周圍將近一百萬戶住宅供電。但是一座發電廠就要耗費幾十億美元。它們燒煤炭、天然氣、油或者核燃料來產生熱量，帶動機械渦輪和交流發電機來產生電能。這樣產生的電力需要通過幾百英里才能輸送到用戶，需要昂貴的輸送設施，效率也會降低。此外，使用化石燃料的發電廠會加劇氣候變化。

但這些傳統發電廠確實有一個重要的優點。不同于新型的可再生能源，它們可以在任何時間提供電能，這種按需生產的能力能夠對太陽能發電進行補充。

那些希望獨立于電力網絡之外的人也需要在家用太陽能電池板之外有補充的來源，所以是否有可能將發電廠的規模縮小至一戶住宅內呢？

高效的小型發電機進入視野

許多住宅中都已經具有相當于半個小型發電廠的電力了，電力只是日常生活中能源消耗的一部分，我們還需要暖氣來幫助保溫，需要熱能使住宅變得溫暖，同時加熱食物和水。在美國，超過六千萬家庭通過天然氣供暖，而歐洲家庭中則有一億的燃氣設備使用量。

現在，技術使得另外的半個小型發電廠也可以實現了。這種方式被稱之為微型熱電聯產，在一戶住宅的規模之內既產生電能又產生熱能，熱能可以用于室內供暖和提供熱水，而電能則為各種家電提供能源。

它是怎樣進行工作的呢？我們先來關注其現狀。現在，鍋爐正以接近兩千攝氏度的高溫燃燒天然氣，然而你只需要達到五十攝氏度的熱水和暖氣。同時，燃氣鍋爐使大量熱量散失、冷卻，丟棄了大部分可用的能量。而相比之下，在微型熱電聯產方式中，巨大的溫度差被用于產生電能。

微型熱電聯產通過同時產生所需的電能和熱能，總效率可以達到90%，并且產生的是周圍設施非常需要并且有價值的能源。相比之下中央發電廠的效率僅為35%，在這類發電廠中多余的熱量通常會被排放丟棄，因為熱能無法被傳送到幾百英里外用戶需要的地方。微型熱電聯產的高效率可以幫助用戶的能源賬目節約30%并且減少他們的碳足跡。

一些微型熱電聯產會使用機械引擎如內燃機或斯特林發動機，它們在規模較大時都達到很高的效率，所以更適合于大型的公寓樓或商用建筑。

現在，燃料電池、熱離子能量轉換器等更新的技術甚至在一套住宅這樣的規模中都能夠達到高效率，這使得微型熱電聯產可以為個人消費者和家庭用戶所使用。此外，這些新技術沒有運動部件，因此運行要求較低，也沒有噪聲污染，適合在住宅中使用。最終這種結構使得個人用戶能夠選擇按需產能，從而對家用太陽能進行補充。

分布式發電的未來

太陽能、電池和高效的小型發電機組成的系統所帶來的好處不僅是更加環保、能夠節約開支。例如，在美國具有340萬人口的波多黎各遭受颶風襲擊的一個月后，80%的地區仍然沒有供電。這樣的悲劇告訴人們傳統的中央發電和輸送方式的脆弱性。

未來將會有所不同。通過使電力來源與用戶保持緊密聯系，電力便不容易受到諸如樹把輸電線壓斷這種意外事故的影響。太陽能、電池和小型發電機能夠組成一個微型電網，從而提升能源系統的韌性。

能夠從小處著手，而這些技術協同起來便形成了分布式的發電方式，甚至在個人住宅這樣的規模下都能夠運行。這對于發展中的世界非常重要，因為仍然有幾十億人不能獲取穩定的電力。有了這些技術，社會便可以跨越花費數萬億美元建立中央發電廠進行發電的要求，幫助我們更快地把電力傳輸到每一個人身邊。endprint