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微电网造福偏远地区照亮10亿人
[ 编辑:admin | 时间:2015-02-23 09:30:35 | 浏览:122次 | 来源:环球科学-科学美国人中文版 | 作者: ]
2015-02-17 15:30:23 

核心提示:

目前,全球超过10亿人都生活在缺电状态中,而微电网技术可能会为偏远地区的人们提供一个新选择。

目前,全球超过10亿人都生活在缺电状态中,而微电网技术可能会为偏远地区的人们提供一个新选择。

微电网造福偏远地区 照亮10亿人

全球有超过10亿人还在依靠蜡烛和煤油照明。

在西半球电气化程度最低的国家——海地,部分居民每月需要花费10美购买蜡烛和煤油,用做家庭照明,这大概是美国普通家庭同类支出的125倍。许多印度居民需要支付额外费用,才能通过汽车电池为充电。在非洲,日光仍然是数百万当地居民的主要照明方式。一些太平洋岛屿为满足电力需求,不得不花费额外费用使用柴油发电机。目前,全球约有13亿人无法获得足够的生活用电,虽然电网也在不断扩展,但与很多人仍相距遥远。

帮助偏远地区获得清洁能源的探索从未停止。结合当地发展与硅谷式创业精神,工程师、科学家和经济学家共同构建了一种独立的微电网概念,微电网可以快速部署,为单独社区提供便宜的电力供应。这种先进的电气化方案的目标是,建立小规模可再生能源系统,构建覆盖发展中国家的照明微电网,帮助偏远地区减少对化石能源的依赖,仿佛黑暗中一个个光明的小岛。

过去,由于补贴不到位和基础设施的缺失,偏远地区的电力供应问题总是难以解决。但现在的环境对企业家来说已经大为改善。新一代光伏电池板和风力涡轮机的价格更便宜,而且可以通过简单的智能电网设备进行管理。在过去10年中,化石燃料价格不断飙升,使得可再生能源更具竞争力。此外,联合国制定了到2030年完成全球电力覆盖的目标,也提供了政治上的推动力。

“我们对此充满信心,而且和几年前相比,经济形势的好转也为我们提供了更好的保障”。联合国基金会负责能源接入的执行理事丽琴达•范莱文(Richenda Van Leeuwen)说。但挑战依然艰巨。国际能源署(IEA)2012年发布的分析报告指出,在现有发展模式下,全球缺电人口比例将从2010年的19%降至2030年的12%,这意味着即使到2030年仍将有近10亿人生活在黑暗中。IEA同时还指出,要实现全球电力覆盖的目标,目前规划的每年140亿美投资远远不够,必须要增加到每年490亿美。而集中式电网也仅能覆盖30%的偏远地区。

通过回顾那些正在进行的项目,从中发现技术和商业模式的创新点,利用这些经验帮助我们“点亮”整个世界。

印度,德姆古哈

(咨询特价)年,印度年轻的企业家贾奈什•潘迪(GyaneshPandey)和拉特奈什•亚达夫(RatneshYadav)采用稻米谷壳作为生物质原料,为一个拥有2000人口的偏远农业小镇德姆古哈供电,帮助当地实现了电气化。最初,他们了解到太阳能光伏板成本太高,同时当地风力资源也很匮乏,但德姆古哈所在的比哈尔邦盛产水稻,具有丰富的生物质原料资源。

潘迪就读于纽约的伦斯勒理工学院,学习电气工程学,他与朋友亚达夫筹划了这个谷壳发电的项目。项目获得了印度新能源和可再生能源部约1.2万美拨款,同时他们又自掏腰包4万美金,购买了气化炉并进行改造,用于将稻壳转化为生物燃料,同时还购置了一台32千瓦的发电机,搭建了覆盖全村的输电线路。

项目运行不到五个月,德姆古哈的居民不但已经拥有了足够的电力为充电,并且每家每户都安装了两盏节能荧光灯,每晚可以照明6-8个小时。潘迪和亚达夫与曾在弗吉尼亚大学学习工商管理的马诺伊•辛哈(ManojSinha)联合成立了谷壳电力系统公司(Husk Power Systems)。目前,该公司已经有80多个微型发电厂,为印度、乌干达和坦桑尼亚的约20万居民提供电力。

德姆古哈的成功经验表明,对于那些每月生活成本支出在15-80美的家庭来说,即使生活贫困,他们也愿意支付100卢比(约1.6美)或更多的金钱来满足最低用电需求。尽管这样的支出比例要高于城市,但由于不用再大量购买煤油,他们整体支出仍然降低了。2007年,作为谷壳电力系统公司总裁的辛哈说,一开始没有人相信谷壳作为生物燃料发电是一种可行的商业模式,“但是,当公司业务扩展到300多个村庄时,人们开始认同这种模式了。”

印度是个巨大的市场。2011年,尽管印度只有约25%的居民缺乏电力供应——远低于一些非洲国家80-90%的比例,但在印度,25%就意味着3亿人口。政府为解决供电问题已经投入了大量的资金和精力,并取得了一定成效,目前尚未接入主干电网的人数不到10年前的一半。印度政府还在继续努力为居民提供足够的电力供应,并力争将最偏远的地区纳入电网覆盖范围。

当然,问题也同样存在。在一些地区,随着主干电网的不断扩展,会与像谷壳电力系统公司这样的小型电力供应商出现重叠覆盖的问题。微电网的优势是提供更加稳定可靠的电力供应,但相对来讲费用也比较高,因为政府通常会优先对基础建设进行补贴。卡门指出,政府应该和企业就微电网监管和融资标准达成共识,使微电网项目可以获得投资——对于某些偏远地区,微电网是唯一可行的电力解决方案。

南太平洋,托克劳

(咨询特价)年6月的托克劳阳光明媚,一艘货轮到达了这个位于南太平洋,由三个小岛组成的国家。轮船上装载了该国有史以来最大一批进口物资,其中包括4000多块太阳能电池板,1000多块储蓄电池,以及数不清的钉子和螺丝。这些货物使得托克劳在遏制全球变暖的战役中占据了道德制高点:托克劳被认为是全球首个利用可再生能源彻底取代化石燃料的国家。

在此之前,和其他小岛屿国家一样,托克劳依靠柴油发电机为其1400名居民提供电力。在光伏发电系统运行的第一年,这套1兆瓦太阳能发电系统就已经满足了托克劳约93%的电力需求。目前,托克劳每年可以节省约80万美的燃油费用,这足以支付托克劳向新西兰政府申请的微电网项目贷款。

(咨询特价)年3月,加勒比岛国阿鲁巴率先承诺,在2020年前放弃使用化石燃料,目前,阿鲁巴的风电可以满足当地居民12%的电力需求。但对于拥有10900居民,日常电力需求约100兆瓦的阿鲁巴来说,其面临的挑战要比托克劳大得多。“就检验可再生能源的能源效率而言,这的确实是一个非常令人关注的试验场”。

美国包括纽约州在内的一些州,正在探索如何将主电网划分成电力“岛屿”。在面对大范围停电事故时,相对分立的“岛屿”可以正常运行。巴的项目,以及那些类似的小岛国家电力项目,将有助于让世人相信,全部使用可再生能源也可以建立可靠的电力系统。

托克劳还没有实现百分之百使用可再生能源的目标。雨季的时候,原有的柴油发电机还会偶尔为电池充电,此外还有很多居民的厨房依赖于进口天然气。政府计划帮助居民采购更高效的电器,或者鼓励人民转而使用电炊具。空调被认为是没有必要的奢侈品,已经禁止供政府使用。如果经济运行良好,托克劳最快将在明年开始生产椰油,以便在日照不足时驱动发电机。

塞内加尔,西内穆萨阿卜杜

为了给充电,西内穆萨阿卜杜的村民曾经需要跋涉数十公里到邻近的村庄,且电价高达每度110美,而美国的平均电价仅为12美分。那些有电视机的居民则要使用汽车电池为其供电。2009年,该村布设了微电网,电力可以被直接输送到住户家中。现在,当地900名居民需要支付的电价仅为每度1.4美。供电公司表示,西内穆萨阿卜杜的电能来自与风力、太阳能和柴油。通电后的那一年,村里的学生首次全部通过了期末考试,因为他们拥有了在夜晚学习条件。

这只是解决撒哈拉以南非洲地区能源问题的众多项目之一,在这一地区,有近6亿人的电力供应不足,超过人口总数的三分之二。西内穆萨阿卜杜的项目引起了多方关注,因为它提供了一个公私合营的创新案例。

西内穆萨阿卜杜的项目由德国Inensus公司和塞内加尔的Matforce公司合作开发,分为两部分:国际援助资金用于该村的电网基础设施建设,电力生产和供应则需自筹资金。Inensus公司用智能电表跟踪记录村民的用电情况,并要求他们提前支付数周的电费。对于那些可以提前六个月预测和承诺用电量的用户,会给予适当的折扣。利用这些信息可以确保风力和太阳能发电系统高效运行,柴油发电机也不会负荷过重,有助于降低运行成本和减少排放量。通过这样的方式,可以总体上减少10-20%的电力需求。

目前,Inensus公司正在将项目扩展至附近的5个村庄,并在坦桑尼亚启动了一个覆盖16个村庄、8.2万人口的更大项目。彼得施米特说,坦桑尼亚政府的微电网政策可能是全世界最先进的,他们对每个电网接入点都给予500美的补贴,这些补贴足以支付前期建设成本。但最大挑战在于,如何说服坦桑尼亚政府放弃固定电价政策,这个阻碍了公司获取利润。他说,“一旦克服了这个困难,将可以加快私营部门能源供应的速度。”卡门指出,充分的商业竞争和有效的监督可以避免价格战,大部分项目都可以提供与柴油发电相当、甚至更低的价格。

华盛顿国际金融公司(IFC)的能源分析师佩普卡耶•巴杜耶(PepukayeBardouille)对微电网进行跟踪研究,她认为,平衡政府招商引资的愿望和最贫困人口对电力的需求之间的关系是最为重要的。她问道:“我们是选择推广有价值的商业模式,还是为获得电力而不惜一切代价?有时这二者是无法并存的。”

微电网造福偏远地区 照亮10亿人

集中式电网只能为偏远地区提供所需电力的30%。

加拿大,阿特林

阿特林位于不列颠哥伦比亚省西北角的老矿区,这个矿业小镇有大约400名居民。多年以来,该镇唯一的电力来源就是柴油发电机。伴随发电机的噪音和排出的废气,大量金钱化为乌有。占全村25%人口的特林吉特人(北美原住民,属于塔库河特林吉特第一国,Taku River Tlingit First Nation)决心找到替代方法。2002年-2003年的冬天,他们试验了风力涡轮机,由于无法克服大风和冰冻带来的问题,他们又修建了一座小型水电站。在投入了1500万美(包括政府补贴、集资和贷款)之后,阿特林水电站项目于2009年4月1日开始发电,发电量为2.1兆瓦。

水电站项目惠及当地,阿特林正逐渐摆脱对化石燃料的依赖,在去年一年中,温室气体排放减少了超过5000吨。此外,由于塔库河特林吉特第一国拥有水电站的所有权,当地居民支付的电费依然会留在阿特林。阿特林特林吉特开发公司(Atlin Tlingit Development Corporation)的总经理斯图尔特•辛普森(Stuart Simpson)说,“我们利用这些钱偿还水电站的贷款,同时还能产生一定的社会效益”。

在加拿大有175个原住民居住地或者北部偏远的社区没有与主干电网连接。他们大都依赖柴油提供电力。塔库河特林吉特第一国的改用自建水电站发电后,其他社区也都希望能步其后尘。

在不列颠哥伦比亚省兴起的这一波小水电开发项目,不但可以实现独立供电,同时也可以并网运行。但其对生态环境有可能产生的潜在影响引起了很大的争议。总部位于温哥华的“荒野委员会”(Wilderness Committee)已经表达了担忧,他们认为小水电项目可能会影响到灰熊栖息地和鲑鱼产卵的河流,但是实际情况很难判定。温哥华的一个环境保护组织——太平洋鲑鱼基金会一月份发布的一份报告显示,并未发现鲑鱼受到影响的确凿证据。

BC可持续能源协会(BC Sustainable Energy Association)的执行主任奈杰尔•普罗特尔(Nigel Protter)说,如果能够很好的设计和运行,现代水力发电项目也可改善当地的生态系统,例如,阿特林水电站就专门建造了一条鱼道,用于鱼类通过堤坝,辛普森说,鱼群的数量已经有所增加。对于这个问题,普罗特尔表示,如果不修建水坝,仅靠河水发电,远远无法满足发达国家中的很多偏远地区的电力需求。“而利用水坝储水发电,往往又会产生额外的环境和社会影响”。

目前来看,阿特林水电站的发电量可以完全满足当地需求,他们甚至考虑扩大项目使之与主干电网连接,以便于将电力输送到育空北部地区。“20年后,我们就可以还清银行贷款,社区每年将会有几百万美的收入”,辛普森说。“这个项目惠及子孙后代。”

本文来源:环球科学-科学美国人中文版 作者:Jeff Tollefson
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