目前，全球超過 10億人都生活在缺電狀態(tài)中，而微電網(wǎng)技術(shù)可能會為偏遠(yuǎn)地區(qū)的人們提供一個新選擇

　　雖然電網(wǎng)在不斷擴(kuò)展，但與很多人仍相距遙遠(yuǎn)。幫助偏遠(yuǎn)地區(qū)獲得清潔能源的探索從未停止。工程師、科學(xué)家和經(jīng)濟(jì)學(xué)家共同提出了微電網(wǎng)( microgrid)概念——可快速部署，以較低成本為單個社區(qū)提供電力。其目標(biāo)是，在發(fā)展中國家的各個地方分別建立小規(guī)模的可再生能源系統(tǒng)，幫助偏遠(yuǎn)地區(qū)減少對化石能源的依賴。

　　過去，由于補貼不到位和基礎(chǔ)設(shè)施缺失，偏遠(yuǎn)地區(qū)的電力供應(yīng)問題總是難以解決。但現(xiàn)在的環(huán)境對企業(yè)家來說已大為改善。新一代光伏電池板和風(fēng)力渦輪機(jī)的價格更便宜，而且可以通過簡單的智能電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行管理。過去 10年中，化石燃料價格不斷飆升，使可再生能源更具競爭力。此外，聯(lián)合國制定了一個目標(biāo)，即到 2030年，讓全球所有人口都接入電網(wǎng)，這也為可再生能源的發(fā)展提供了政治上的推動力。

　　那些正在進(jìn)行的微電網(wǎng)項目可以讓我們在技術(shù)和商業(yè)模式上獲得一些經(jīng)驗，這有助于幫助更多偏遠(yuǎn)地區(qū)驅(qū)走黑暗。

　　印度德姆古哈稻谷殼發(fā)電

　　2007年，印度年輕企業(yè)家賈奈什 ·潘迪( Gyanesh Pandey)和拉特奈什 ·亞達(dá)夫(Ratnesh Yadav)采用稻谷殼作為生物質(zhì)原料，幫助擁有 2000人口的偏遠(yuǎn)農(nóng)業(yè)小鎮(zhèn)德姆古哈實現(xiàn)了電氣化。

　　該項目獲得了印度新能源和可再生能源部約 1.2萬美元撥款，同時他們又自籌 4萬美元，購買了氣化爐并加以改造，用于將稻谷殼轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)燃料。他們還購置了一臺 32千瓦的發(fā)電機(jī)，并搭建了覆蓋全村的輸電線路。項目運行不到 5個月，德姆古哈的居民不但已經(jīng)擁有了足夠的電力為手機(jī)充電，并且每家每戶都安裝了兩盞節(jié)能熒光燈，每晚可以照明 6至8個小時。兩人與曾在弗吉尼亞大學(xué)學(xué)習(xí)工商管理的馬諾伊 ·辛哈(Manoj Sinha)聯(lián)合成立了谷殼電力系統(tǒng)公司(Husk Power Systems)。目前，該公司已經(jīng)擁有 80多個微型發(fā)電廠，為印度、烏干達(dá)和坦桑尼亞約 20萬居民提供電力。

　　德姆古哈的成功經(jīng)驗表明，即使是每月生活支出只有 15至80美元的貧困家庭，也愿意支付 100盧比(約 1.6美元)或更多的金錢來滿足最低用電需求。2007年，作為公司總裁的辛哈說，最初沒人相信用谷殼作為生物質(zhì)原料來發(fā)電是可行的，“但當(dāng)公司業(yè)務(wù)擴(kuò)展到 300多個村莊時，人們開始認(rèn)同這種商業(yè)模式了”。

　　目前，谷殼電力系統(tǒng)公司已經(jīng)成長為全球最大的微電網(wǎng)開發(fā)商之一。他們計劃在 5年內(nèi)為印度和東非 500多萬用戶提供電力。隨著太陽能光伏板成本下降，該公司正在建設(shè)太陽能微電網(wǎng)和與之匹配的蓄電池裝置，太陽能-生物質(zhì)能混合電站也正在進(jìn)行試驗，旨在提供 24小時不間斷的電力。

　　當(dāng)然，問題也同樣存在。在一些地區(qū)，主干電網(wǎng)的不斷擴(kuò)展，會與微電網(wǎng)供應(yīng)商的服務(wù)區(qū)域發(fā)生重疊。微電網(wǎng)的優(yōu)勢是穩(wěn)定、可靠，但費用也較高，因為公司往往會把錢投入基礎(chǔ)設(shè)施，而不是讓電價更低。加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的能源專家丹尼爾·卡門( Daniel Kammen)認(rèn)為，政府和企業(yè)應(yīng)該就微電網(wǎng)的監(jiān)管和融資標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成共識，這樣就可以鼓勵，而非阻礙微電網(wǎng)的發(fā)展——對于某些偏遠(yuǎn)地區(qū)，微電網(wǎng)是唯一可行的電力解決方案。

　　托克勞的光伏模式

　　托克勞被認(rèn)為是全球首個利用可再生能源徹底取代化石燃料的國家。此前，和其他島嶼國家一樣，托克勞依靠柴油發(fā)電機(jī)為 1400名居民提供電力。在光伏發(fā)電系統(tǒng)運行的第一年，這套 1兆瓦的太陽能發(fā)電系統(tǒng)就已經(jīng)滿足了托克勞約 93%的電力需求。目前，托克勞每年可以節(jié)省約 80萬美元的燃油費用，這足以支付托克勞向新西蘭政府申請的微電網(wǎng)項目貸款。

　　在“碳作戰(zhàn)室 ”(Carbon War Room)等組織的幫助下，一些加勒比島國已經(jīng)參與到了遏制全球變暖的行動中來。 “就檢驗可再生能源的能效而言，這的確是一個非常令人關(guān)注的試驗場，”美國落基山研究所( Rocky Mountain Institute)的埃默里 ·洛文斯( Amory Lovins)說。他指出，從微電網(wǎng)中獲得的經(jīng)驗，也有助于更好地管理陸上能源。美國包括紐約州在內(nèi)的一些地區(qū)，正在探索如何將主電網(wǎng)劃分成電力“島嶼”。在面對大范圍停電事故時，相對獨立的“島嶼”可以正常運行。此外，洛文斯還表示，那些類似的小島國家的電力項目，有助于讓世人相信，全部使用可再生能源也可以建立可靠的電力系統(tǒng)。

　　托克勞還沒有實現(xiàn)完全使用可再生能源的目標(biāo)。雨季，原有的柴油發(fā)電機(jī)還會為電池充電，也有很多居民的廚房依賴于進(jìn)口天然氣。政府計劃幫助居民采購更高效的電器，或者鼓勵人們轉(zhuǎn)而使用電力炊具。如果經(jīng)濟(jì)運行良好，托克勞最快將在明年開始生產(chǎn)椰油，以便在日照不足時驅(qū)動發(fā)電機(jī)。托克勞能源部長福阿·托洛阿( Foua Toloa)說，“托克勞已經(jīng)儲備了大量用于生產(chǎn)椰油的原料”。

　　西內(nèi)穆薩阿卜杜的創(chuàng)新商業(yè)

　　西內(nèi)穆薩阿卜杜的村民曾需跋涉數(shù)十千米，到鄰近村莊給手機(jī)充電，且電價高達(dá)每度 110美元。2009年，該村布設(shè)了微電網(wǎng)，電力可以直接輸送到家中。現(xiàn)在，當(dāng)?shù)?900名居民需要支付的電價僅為每度 1.4美元。供電公司表示，西內(nèi)穆薩阿卜杜的電能來自風(fēng)力、太陽能和柴油。

　　這只是解決撒哈拉以南非洲地區(qū)能源問題的眾多項目之一。該地區(qū)有近 6億人面臨電力供應(yīng)不足，超過人口總數(shù)的三分之二。西內(nèi)穆薩阿卜杜項目引起了多方關(guān)注，因為它提供了一個公私合營的創(chuàng)新案例。

　　西內(nèi)穆薩阿卜杜的項目由德國 Inensus公司和塞內(nèi)加爾 Matforce公司合作運行，國際援助資金用于建設(shè)電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，電力生產(chǎn)和供應(yīng)則需自籌資金。Inensus公司用智能電表跟蹤記錄村民的用電情況，并要求他們提前支付數(shù)周的電費。對于那些可以提前 6個月預(yù)測和承諾用電量的用戶，會給予適當(dāng)?shù)恼劭邸＠眠@些信息，可以確保風(fēng)力和太陽能發(fā)電系統(tǒng)高效運行，柴油發(fā)電機(jī)也不會過載，有助于降低運行成本和減少排放量。通過這樣的方式，可以總體上減少10%～20%的電力需求。

　　盡管西內(nèi)穆薩阿卜杜村民的電費是城市居民的 3倍多，但這種商業(yè)模式的目的在于探索電力供應(yīng)的可持續(xù)性和靈活性。 Inensus公司的運營主管尼科 ·彼得施米特(Nico Peterschmidt)說，未來可以由當(dāng)?shù)毓窘ㄔO(shè)電網(wǎng)，并將發(fā)電業(yè)務(wù)外包，不但可以增強(qiáng)競爭力，還能讓用電企業(yè)和居民自由選擇電力供應(yīng)商。

　　目前， Inensus公司正在將項目擴(kuò)展至附近的 5個村莊，并在坦桑尼亞啟動了一個覆蓋 16個村莊、 8.2萬人的大項目。彼得施米特說，坦桑尼亞政府的微電網(wǎng)政策可能是全世界最先進(jìn)的，他們對每個電網(wǎng)接入點都補貼500美元，這些補貼足以支付前期建設(shè)成本。但最大的挑戰(zhàn)在于，如何說服坦桑尼亞政府放棄固定電價政策，這阻礙了公司獲取利潤。他說：“一旦克服這個困難，將提高私營部門供應(yīng)能源的效率”。卡門指出，充分的商業(yè)競爭和有效的監(jiān)督可以避免價格戰(zhàn)，大部分項目都可以提供與柴油發(fā)電相當(dāng)，甚至更低的價格。

　　華盛頓國際金融公司(IFC)的能 源分析師佩普卡耶·巴杜耶(Pepukaye Bardouille)對微電網(wǎng)進(jìn)行了跟蹤研究，她認(rèn)為，在政府招商引資的訴求與為貧困人口提供電力的愿望之間做出恰當(dāng)?shù)倪x擇，是最重要的。她問道：“我們是想推廣可行的商業(yè)模式，還是不計代價地為人們提供電力?有時，這兩者是無法并存的。”

　　聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)的能源金融專家迪安·庫珀(Dean Cooper)表示，UNEP正在不同的國家推動微電網(wǎng)示范工程，以確定最佳的政策和模式。巴杜耶說，“所有的商業(yè)模式都可以說得天花亂墜，但實際操作起來往往難度很大”。

　　(譯者劉維剛是中國科學(xué)院廣州能源研究所的助理研究員。文字及圖片均由《科學(xué)美國人》中文版授權(quán)刊登，本報編輯有刪減。更多內(nèi)容請看《環(huán)球科學(xué)》2014年第5期)