日本数字电网计划

邓雪梅/编译

●日本财团打算把中央电网转变成相互连接的独立数字电网。不同的大型日本公司正开始寻求一个解决方案——逐步重组国家电力系统，以便最终其功能就像互联网、路由器等一样。

在未来20到30年的时间里，日本逐步淘汰500亿瓦核电产能的计划已经开启了再生能源的窗口。不同的大型日本公司正开始寻求一个解决方案——逐步重组国家电力系统以便最终它就像互联网、路由器等一样。但是，由风能、太阳能来取代核能也会导致能源供应的主要中断，因为再生能源在2011年福岛危机之前仅产生日本电力的30%。在电力行业工作30年后来到学术界的东京大学阿部力也教授说，问题是日本电网——以及许多发达国家的电网——都是集中控制的。相应的公共设备不得不通过维持发电和用电需求之间微妙的平衡来调节电网的频率和电压。

数字电网

“目前的同步系统使我们获益良多，”阿部说，“但当你引入各种可再生能源的来源时，它们肯定会增加系统中的波动，直到在某种情况下它们变得难以处理。”我们需要的“是一个从中央控制到分散控制的转变，这种分散控制是广泛分布的分段发电。”

答案就是他声称的“数字电网”，它的架构是建立在互联网的基础之上——想法是逐渐把目前的同步电网细分成异步、自主但相互联系的不同大小电网。这些电网把相应的IP地址分配给发电机、电源转换器、风力发电场、存储系统、屋顶太阳能电池以及其他电网基础结构。

前能源分析师、现坦普尔大学日本分校和东京大学的研究员保罗·斯卡利斯（Paul Scalise）认为，理论上它是合理的，技术上也是可行的，并且它有着处理可再生能源问题的额外收益。“因此这是一个能够支配全世界公用事业公司的想法。问题是，谁会给该项目付钱呢？”

为了让事情有所进展，2011年9月，阿部成立了一个由他领导的数字电网财团。财团成员包括日立横滨研究实验室、兼松电子有限公司、日本国家仪器公司、日本电气公司、欧力士综合金融公司以及积水化学工厂。同月，阿部说，该财团成功地展示了一个关键支持技术——马克一号，一个两千瓦、三条腿的“数字电网路由器”（DGR）。DGR将通过提供异步连接、协调内部以及不同电网来管理和规范用电需求。通过使用绝缘栅双极型晶体管和其他动力电子设备，多支路的DGR由固态AC/DC/AC变换器组成——能够根据不同需求并随着电网频率的变化适时提示或降低电压。今年早些时候，这个财团计划在诺克斯维尔的电力科学研究院测试设备并呈现一起携同工作的两个或更多路由器。

合作住宅

一个由中央处理器、内存、数据存储和网络通讯组成的数字电网，通过DGR把跟踪器（相应的IP地址）分配给各种生成或存储资源的独立数据包，接受器同时提取来自于电网的同样功率。为了说明这是如何实现的，阿部举了一个合作住宅的例子，即以一个特定成本把可再生能源放在一个订单上，通过使用一个基于互联网的市场机制（类似于在股票交易系统中买卖证卷一样），经纪人能够接收定位一个太阳能农场的订单，并生成合同。“如果这个订单不匹配的话，那么就没有交易发生，”他说，“这保持了电网中的平衡。”

阿部把这个过程比作银行系统。如果有个人把钱汇寄给另一个人，那么这笔钱不需要经历实际交易过程。在数字电网中，实际通讯主要是通过互联网完成的，或者视电源的情况添加高频信号完成。他说：“每项电能交易将通过系统服务商自动记录和收集，系统服务商则具有随着诸如位置、时间、生成源等对价格和二氧化碳排放权等额外的属性。”

自从2011年福岛地震以后，阿部说他感受到一个概念上的兴趣在升级，他梦想着在日本把数字电网变成一个可行的现实，并争取电力公用事业和主要电气设备制造商的支持。目前这些电力公用事业和主要电气设备制造商拒绝加入该财团。“我们仍然继续与他们以及日本经济产业省进行沟通，”他说，“最终，他们一定会接受可再生能源的想法。如果他们要在未来可再生能源时代中保持关键角色，那么他们需要开始改变目前的商业模式。”

斯卡利斯是即将出版的关于日本能源重建努力方面书籍的作者，他也表示赞成：“任何一个迈向可再生能源组合的发达国家迟早要处理输电和配电电网的问题。”在此期间，数字电网财团将不断完善DGR并且已经开始在欠发达国家中寻求引入相关技术的机会（这些欠发达国家还不存在全国电网系统）。“在这些国家中……从长远来看，他们甚至可能不需要一个传统电网系统，”阿部说。