创新电池技术：分散电源装置最新技术动向（一）
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2011年3月11日，日本宫城县南三陆町一半以上被巨型海啸吞噬。约1.76万人口的镇上，死亡失踪人数逾千，灾后不久，约1万人被迫住进了避难所。
在该町生产销售建设资材的高野混凝土公司的总部地处远离海岸的高地，在海啸中幸免于难。社长高野刚为了防灾，平日里一直常备着100张毛毯、够20人维持1个月的硬面包和小型自主发电机等物资。
灾后不久，该公司开放部分工厂，收留了周边约35位无家可归的灾民避难。在4月底之前，这些灾民分别陆续转移到了其他地方，“但在当时，大家合伙做饭、建造临时浴池，一同度过了难关”。
在避难所的生活中，最难熬的是寒冷。日本东北的3月依然冬寒料峭。南三陆也时常下雪，有时白天温度也只有零下5～7度，只能靠小型煤油炉取暖。
“暖到骨子里”
在这种情况下，NPO（非营利组织）日本森林生物质网络（Japan Forest Biomass Network）表示可以无偿安装木粒壁炉。高野社长虽然没用过木粒壁炉，但为了增加一丝暖意，于是答应了下来。3月19日，2台木粒壁炉送到了。
放入燃料没过一会，壁炉就吹出了暖风，很快就感觉到了“不一样的温暖”。煤油炉就此歇班，直到4月中旬，木粒的火炎一直温暖着避难所。“因为暖到了骨子里，就算外出也不会轻易受凉”。高野喜欢上了木粒壁炉，决定在总部事务所全面采用。
日本森林生物质网络在3月，以岩手县南部到宫城县北部的避难所为中心，安装了43台木粒壁炉。向该组织捐赠木粒壁炉的，是暖炉厂商Saikai产业公司（新潟市西区），提供木粒的则是栗驹木材公司（宫城县栗原市）等。
栗驹木材使用木材加工中产生的刨屑等原料生产木粒，一直在与Saikai产业等合作普及木粒壁炉。日本森林生物质网络副理事长，也是栗驹木材员工的大场隆博觉得“（这次地震）是让大家了解木粒壁炉的好机会”。他与该组织的事务局长唐泽晋平一同走访了各个避难所。
“什么是木粒壁炉？”虽然起初觉得诧异，但感受过温暖之后，大家无不欣喜。
好评超出预期，但紧接着，木粒壁炉筹备的难题又出现了。怀着“只要能让大家感受到优点就好”的想法，Saikai产业的董事开发队长古川正司集中该公司库存，凑到了43台。
“木粒壁炉是能够激活当地木材产业的自产自消的能源。应该可以为东北地区的复兴做出巨大的贡献”，古川对未来充满期待。
利用太阳能给手机充电
志愿为避难所安装太阳能发电系统的企业同样存在。那就是总部位于长野县驹根市的Next Energy and Resources公司。该公司是一家回收利用老旧太阳能面板、利用中国制模块生产太阳能面板、经营系统设计和构建等业务的风险企业。不依赖电力公司系统电力的独立型太阳能发电系统是主要产品之一。
“灾区正在受停电的困扰。我们的独立型系统肯定能起到作用”。当通过报道获悉灾区的现状后，公司里响起了这种声音。
负责该系统的两名员工进入灾区，带去了3组系统，1组（960W）包括8块120W的太阳能面板。蓄电池则是请求有业务往来的厂商低价提供。
与此同时，当该公司向宫城县社会福祉协议会咨询，说明意图后，对方发出了“请务必帮我们设置”的请求。3月18日，满载着太阳能面板和蓄电池的卡车驶离了长野县。到达社会福祉协议会后，当地已经选好了设置的位置，女川町立女川第二小学内的女川震灾志愿者中心，以及町立女川第一中学的体育馆前。
当地的电、燃气、自来水完全中断。3月19日，KDDI的手机有了信号，但因为停电，手机没法充电。引擎发电机成了抢手货。
安装工作就从当天开始展开。1组系统重150kg。两个人抬起安装非常辛苦。安装完一处需要花费6个小时。
幸运的是，安装完成后，天气依然晴朗，手机可以用太阳能充电了。如果蓄电池蓄满，一次可以给10部手机充电，如果是液晶电视（32英寸）和笔记本电脑，大约可以连续使用6个小时。
“在停电的时候真是帮了大忙。和引擎发电机不一样，既安静又没有排气，这一点也很好”，在女川第二小学开展救援活动的一位志愿者说道。
虽然如今供电已经恢复，但两所学校都没有拆除太阳能电池板，还在继续使用。女川第一中学教务主任表示，“余震还在持续，说不定什么时候还会停电。有独立型的太阳能系统比较放心”，好评之声络绎不绝。
太阳能热水器活跃在炊事中
宫城县名取市是在海啸中受灾规模较大的地区，閖上地区甚至全部毁灭。地震后的4月18日，名取市政厅厅舍和指定为避难所的市内高馆小学设置了太阳能热水器。
设置的契机，是企业和NPO开展的向灾区赠送可再生能源相关设备的“东日本手拉手送温暖计划”。当该计划在地方政府中募集申请者的时候，名取市做出了响应。
震后，名取市政厅旁的空地成了给灾民发放伙食的炊事点。市政府职员全体出动，捏饭团，或是用冰冷的水清洗做饭的锅和餐具。
因为自卫队和炊事团队需要进出空地，太阳能热水器设置在了市政厅二层的屋顶上。与一层的水龙头连接，提供热水。名取市建设部长伊达睦雄表示，“4月的东北有些日子的温度还在冰点以下。温暖的热水实在难得”。
在作为避难所的高馆小学，该校通过修剪体育馆旁水管附近的花木，给太阳能热水器腾出了设置空间。提供热水作为生活用水，用来洗脸洗澡、清洗食材和餐具。
设置的太阳能热水器都是被称为自然循环式的类型，特点是工作无需使用燃料和电力。参与设置的建设部系长乡内秀稔说：“太阳能热水器不需要电力施工和购买燃料，只要在水管旁有2m见方的空间就足够了。设置时间也只需要1～2个小时。很适合在受灾场所使用。”
设置时，体育馆里有174位避难者。按照预定，太阳能热水器将一直使用到避难者全部离开为止。
在生活基础设施尽失的极限状态下，小型分散式可再生能源的价值可谓一目了然。
虽然用来应对电力短缺的自主发电颇具人气，但从中期来看，热电联产才是主要对策。日本厂商正在不断摸索组合使用可再生能源及热电联产的能源自给系统。
东日本大地震使日本电力系统中潜藏的2大风险浮出水面。一是核电事故后的放射性物质泄漏带来的环境污染风险，另一个是大型发电站集中选址带来的灾害风险。
东京电力公司3月实施计划停电的原因很容易让人以为是核电站的停运，但这样想并不正确。除了核电外，其原因还在于集中于东北地区太平洋沿岸的大型火力发电站因接二连三的海啸而受到不同程度的损毁。
此前日本一直靠铀、煤炭及天然气等进口资源的分散化来确保稳定的电力供应。今后，发电站在地理位置上的分散也将成为一大课题。
小规模分散型发电包括使用化石燃料的小型引擎发电机以及太阳能、风力、小水力及生物质（生物资源）发电等分散型可再生能源。
不排放二氧化碳的太阳能及风力也将变成全球变暖对策的支柱。另一方面，小型引擎发电机与大型火力发电相比，发电效率较低，如果仅用于自主发电反而是与全球变暖对策背道而驰。使用把废热用于热水供应及空调的热电联产系统，可在实现环保的同时规避灾害风险。
从长期来看，把全部可再生能源通过智能电网（新一代电网）实现稳定利用是最理想的。不过，在技术及经济方面依然存在很大问题。
从中期来看，将同时利用化石燃料及可再生能源。推动可最有效利用化石燃料的热电联产的普及也将成为全球变暖对策的支柱。
有关热电联产的咨询蜂拥而至
从事从热电联产的设计及构筑到运用管理业务的TESS ENGINEERING（大阪市淀川区）在日本东北地区也拥有许多客户。“我们从大阪进行远程监控，并没有系统因地震而停止运转”，石胁秀夫社长回顾道。
另外，地震后，“除了新设置外，还有许多以前设置过但现在已停止使用的客户希望再次启用该系统，相关咨询蜂拥而至”，他坦率地说道。
在原油价格较低的10年前，曾出现过自主发电及热电联产热潮。这是因为，与从电力公司购买电力相比，使用比较便宜的柴油运转柴油引擎发电机所产生的费用更低一些。不过在那之后，原油价格暴涨，导致这一盈利模式瓦解。
“以现在的原油价格，如果不连废热也充分活用，便无法发挥自主发电的成本优点。如果再加上环保性，那么今后分散电源的主流将是以天然气为燃料的热电联产”，石胁社长断言。
三菱重工发动机业务部业务部长川井光彦也认为，“从全球范围来看，天然气的价格正处于下降趋势，分散电源领域的燃气机将获得较大发展”。据称除了作为停电对策的紧急电源外，把燃气热电联产作为常用电源的事例也日益增多。
电力公司是后备
除了燃气机外，作为新一代热电联产电源而备受期待的还有燃料电池。
今年2月，静冈县三岛市低碳型独户分售住宅区“Eco Life Square 三岛KIYOZUMI”完工。由静冈燃气公司企划并开发，在全部22栋住宅中设置了家用燃料电池“ENE-FARM”及太阳能发电系统。
静冈燃气开发的低碳型住宅区通过太阳能电池及燃料电池热电联产基本实现电力及热的自给自足
该系统名为“W发电”，利用太阳能电池产生电力，另外还使用城市燃气，通过燃料电池发电。此外还利用燃料电池的废热烧热水，用于热水供应及地暖。由于优先使用燃料电池产生的电力，因此向电力公司出售的太阳能电池的电力量增加，具有卖电收入增加的优点。另外，还配备有松下生产的家庭能源管理系统（HEMS），使照明及取暖费用实现“可视化”，提高了节能积极性。
虽然两种电池均有国家补贴，但初期投资仍高达几百万日元。不过即便如此，还是于去年夏天销售一空。
以1月下旬入住的某个家庭为例，3月的发电量达到了用电量的2倍，卖电收入约为1万日元。据称虽然在东日本大地震后经历过3次计划停电，但都通过把太阳能发电切换成独立运转模式而安然度过。由于燃料电池系统不能独立运转，因此停电时不能发电，但该家庭表示，“这样做能够为电力短缺的時代贡献一点微薄的力量，而且因为能够自主发电，所以感到很安心”。
三岛KIYOZUMI设置的燃料电池是名为固体高分子型燃料电池（PEFC）的产品，发电效率约为36％，包括废热回收在内的综合效率约为80％。另外，效率更高的燃料电池将于今年秋季面世。这就是配备了吉坤日矿日石能源公司将实现商品化的固体氧化物型燃料电池（SOFC）的新款ENE-FARM。发电效率可达到45％，包括废热回收在内的综合效率可达到87％。
吉坤日矿日石能源新能源统括组经理村桥笵昌表示：“PEFC是根据热的需求进行发电，而SOFC即使用于发电主体，效率也很难下降。我们在销售时也想强调该产品是发电机这一点。”
45％的发电效率已经可以与大型火力发电站相媲美。热电联产以前如果没有热水供应及暖气等充分利用废热的用途，综合效率就提不上去，商用方面多用于宾馆及公共浴室，家庭用途方面的发电量有一定限度。而配备SOFC的产品，即使不充分利用废热，效率也比较高，因此采用范围可能会迅速扩大。
在岐阜进行高效型燃料电池实证试验
岐阜县与吉坤日矿日石能源合作设置了安装有配备SOFC的ENE-FARM的实证住宅，并开始进行运用实验。
岐阜县新一代能源基础设施构想的山村示范项目（郡上市）。从左上方开始按顺时针方向依次为太阳能发电（4.2kW）、小水力发电（0.5kW）、锂离子电池（约10kWh）及燃料电池热电联产（0.7kW）。
在位于郡上市的古民居中，除了SOFC型燃料电池热电联产及太阳能发电系统外，还设置有小水力发电设备及锂离子电池。这就是该县推进的新一代能源基础设施构想5大项目之一的山村示范项目。
除了W发电外，如果有蓄电池，便可存储太阳能发电的剩余电力。晚上即使出现仅靠燃料电池无法满足的电力需求，也能用蓄电池来继续供电。基本不依赖电力公司的电力，有可能实现电力自给。
岐阜县商工劳动部长江崎祯英预测称：“如果可再生能源得到充分普及，那么固定价格收购制度将会消失。到那时，以太阳能电池及燃料电池为中心的半独立型系统将得到普及。”
骊住住宅研究所会长大竹俊夫也表示：“对于以后的住宅来说，能源自给将成为较大的主题。”在该公司于去年9月提出方案的示范住宅中，设置了太阳能发电、利用太阳热的热水供应系统以及木粒壁炉。与岐阜县的构想同样，力争实现能源自给型住宅，但由于燃料电池的价格还比较高，因此“热”由太阳热和木粒壁炉来实现。
骊住住宅研究所公布的“超级可持续发展示范住宅NEXT+”。该公司迅速提出面向电动汽车的住宅方案等，被公认具有预见性。最新示范住宅以能源自给为主题充分利用了可再生能源
--来源：技术在线
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