微電網(wǎng)：點(diǎn)亮全球“能源孤島”的夜空

海地是西半球電氣化程度最低的國家，只為了照明，有些地方的居民一個月就要花10美元來買蠟燭和燈油，這大約相當(dāng)于一般美國家庭用電照明花費(fèi)的 125倍;在印度，許多人用汽車電池給手機(jī)充電，還要額外付費(fèi);數(shù)百萬非洲人照明仍是靠陽光;在一些太平洋(601099,股吧)小島國，用柴油發(fā)電會使預(yù)算超支;雖然全世界的電網(wǎng)一直在擴(kuò)張，但仍有近13億人口沒有生活用電，電網(wǎng)對許多人來說依然遙遠(yuǎn)。

為了探索給農(nóng)村帶來清潔能源的最佳途徑，科學(xué)家、工程師、經(jīng)濟(jì)學(xué)家正在和企業(yè)家聯(lián)合起來，結(jié)合當(dāng)?shù)氐那闆r，研究設(shè)計(jì)獨(dú)立的“微電網(wǎng)”。這種微電網(wǎng)成本低廉，能一次性地在一個社區(qū)里很快架設(shè)好。其主要目標(biāo)是建設(shè)小規(guī)模的可再生能源系統(tǒng)，為所有發(fā)展中國家建造經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的分布式“燈光列島”，幫那些偏遠(yuǎn)社區(qū)擺脫對化石燃料的依賴。

過去在一些偏遠(yuǎn)農(nóng)村，曾采取補(bǔ)貼政策來建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施，隨著補(bǔ)貼失效和設(shè)施的損壞，這些努力也付諸流水。但現(xiàn)在一些大企業(yè)做得更好：用簡單智能電網(wǎng)設(shè)備來管理新一代更廉價的光伏電池和風(fēng)力發(fā)電機(jī)。過去十年來，化石燃料的價格已突飛猛漲，這也讓可再生能源更有競爭力。聯(lián)合國制定的一個目標(biāo)是，到2030年在全世界范圍普及用電。

“目標(biāo)已經(jīng)定了，與幾年前相比，現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)的作用要大得多。”聯(lián)合國資助能源通道總干事理查德曼˙范里溫說，目前的形勢仍很嚴(yán)峻。據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)的一份2012 年分析報(bào)告預(yù)測，按照目前的計(jì)劃，用不上電的人口比例從2010年到2030年將從19%下降到12%，也就是說仍有10億人生活在黑暗中。要想實(shí)現(xiàn)普及用電，也意味著預(yù)計(jì)投資要從每年的140億美元提高到490億美元。在農(nóng)村地區(qū)，中央電網(wǎng)預(yù)計(jì)只能解決其中約30%用電需求。

在已實(shí)施的計(jì)劃中，有一些成功的典范，那里的技術(shù)和商業(yè)化經(jīng)驗(yàn)對世界上其他情況相似的地區(qū)都有著重要借鑒意義。

印度，塔庫哈

塔庫哈(Tamkuha)的意思是“黑暗的迷霧”。這里是比哈爾邦的一個小鎮(zhèn)，約有2000人。2007年，兩個年輕的印度企業(yè)家甘奈什˙潘迪和拉奈什˙雅達(dá)夫來到偏遠(yuǎn)的印度農(nóng)村塔庫哈，利用稻殼發(fā)電給這里的家庭帶來了光明。他們知道，太陽能光伏電池板對他們的計(jì)劃而言太貴了，這里的風(fēng)力也不夠發(fā)電，但比哈爾邦有著豐富的稻谷資源。

潘迪曾在美國紐約的倫斯勒工學(xué)院電力工程系就讀，他和朋友雅達(dá)夫一起草擬了一份長期計(jì)劃。他們從印度新能源和可再生能源部獲得了約12000美元的撥款，加上自己的4萬美元投資，購買并改造了氣化器，用來把谷殼變成生物質(zhì)燃料，他們還買了一臺32千萬的發(fā)電機(jī)，并在整個村鎮(zhèn)架設(shè)了電線。

用了不到5個月時間，塔庫哈的居民就用上電了。除了給手機(jī)充電，還能供應(yīng)當(dāng)?shù)孛總€家庭2個熒光燈每夜6到8個小時的照明用電。潘迪、雅達(dá)夫和馬諾基 ˙辛哈合作，成立了稻殼電力系統(tǒng)(HuskPowerSystems)公司，辛哈曾在美國弗吉尼亞大學(xué)學(xué)習(xí)商業(yè)管理。該公司現(xiàn)在已有80多個“迷你發(fā)電廠”，為居住在印度、烏干達(dá)和坦桑尼亞偏遠(yuǎn)地區(qū)的約20萬人供電。

塔庫哈的成功表明，農(nóng)村的貧困家庭每個月消費(fèi)的電量即使只有100盧比(約合1.6美元)，由于他們每月的生活費(fèi)在15到80美元之間，用電支出占生活支出的比例也比市中心要高，而對這些家庭來說也節(jié)約了很多，因?yàn)樗麄兩儋I了很多柴油。據(jù)公司總裁辛哈說，在2007年時，人們都不相信稻殼電力系統(tǒng)能成為切實(shí)可行的行業(yè)。“在我們擴(kuò)大到300個村莊時，人們才開始相信這種模式是成功的。”

過去十年來，政府大力投資解決農(nóng)村用電問題，使不在主電網(wǎng)供電范圍內(nèi)的人口數(shù)量減少了一半以上。到2011年時，印度用不上電的人口比例只有25%，雖然這大大低于一些非洲國家80%到90%的比例，但整個國家仍有3億人沒有生活用電。因此這種微型電力系統(tǒng)在印度的商機(jī)還是巨大的。

稻殼發(fā)電已成為世界上最大的微電網(wǎng)開發(fā)項(xiàng)目之一，而且可能變得更大。在印度和東非，今后5年內(nèi)的用戶有望達(dá)到500萬人。隨著光伏太陽能電池板成本下降，公司還打算建太陽能微電網(wǎng)，并用蓄電池把這兩種電力系統(tǒng)結(jié)合起來，以滿足夜晚用電的需要。太陽能—生物質(zhì)混合發(fā)電廠的模式如今正在實(shí)驗(yàn)中，希望將來能日夜不停地發(fā)電。

"稻殼"所到之處，人們都非常積極踴躍。”美國加利福尼亞大學(xué)伯克利分校能源研究員丹尼爾˙卡門說，“它不是一種固定的技術(shù)，而是一種固定的解決方案。”

但今后可能還要面臨許多問題。在一些地區(qū)，提供稻殼電力的小型供電商和不斷擴(kuò)張的中央電網(wǎng)之間存在競爭關(guān)系，一些村鎮(zhèn)可能有兩個供電商。微電網(wǎng)可能更可靠，但價格也更貴些，而中央電網(wǎng)屬于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，會通過補(bǔ)貼來增加用戶。

南太平洋，托克勞三島

托克勞三島位于南太平洋上。2012年6月的一天，島上陽光明媚，一艘貨船駛進(jìn)港灣，給這3個小島帶來了最大的禮物：4000塊太陽能電池和1000個蓄電池，還有數(shù)不清的釘子和螺絲。“我還以為這個島會沉下去呢。”能源部長弗沃˙托洛瓦開玩笑地說。在遏制全球變暖的戰(zhàn)役中，托克勞有著更深一層的道德意義：這里是第一個從使用化石燃料轉(zhuǎn)變?yōu)閹缀跬耆褂每稍偕茉吹膰摇?/p>

過去，托克勞也像幾乎所有島國一樣靠柴油發(fā)電，供應(yīng)島上1400戶居民。新的1兆瓦太陽能系統(tǒng)首次運(yùn)行一整年后，就能滿足島上93%的國民用電之需?，F(xiàn)在，托克勞每年的燃料費(fèi)支出已下降了約80萬美元，比她因?yàn)橛眯挛魈m微電網(wǎng)的電而向新西蘭政府支付的全部電費(fèi)還要多。“我們非常自豪。”托洛瓦說， “我們正在向世界和溫室氣體排放大國發(fā)出挑戰(zhàn)：她們能否做到托克勞這樣，或比我們做得更好?”

英國企業(yè)家理查德˙布蘭森在華盛頓特區(qū)資助了一個環(huán)保倡議團(tuán)體，叫做“碳作戰(zhàn)室”(CarbonWarRoom)。在“碳作戰(zhàn)室”的幫助下，加勒比海有眾多島國都接受了托克勞的挑戰(zhàn)。如加勒比海阿魯巴島，這里約有居民109000人，固定用電需求約100兆瓦，目前風(fēng)力發(fā)電占了12%。他們2012年3月決定，到2020年完全取消對化石燃料的使用。阿魯巴島面對的挑戰(zhàn)比托克勞還要艱巨。

今年2月，科羅拉多落基山學(xué)院創(chuàng)始人之一艾默里˙洛文斯和“碳工作室”共同舉行了一次加勒比海諸國清潔能源會議。“提供一個場地來充分實(shí)驗(yàn)可再生能源能達(dá)到的目標(biāo)及其能源效率，這確實(shí)是非常有意義的事。”洛文斯說，從中我們也得到了一些教訓(xùn)，即能源供給和需求要平衡，這也適用于大陸國家。在美國的一些州，包括紐約州在內(nèi)，正在探索將主電網(wǎng)分割成“島嶼時”電網(wǎng)的途徑，以便在出現(xiàn)大范圍停電時，這些 “島嶼網(wǎng)”能各自獨(dú)立，互不影響。洛文斯還指出，像阿魯巴島這樣的島嶼計(jì)劃能幫助全世界人們豎立起信心：幾乎完全用可再生能源也能建造可靠的電力系統(tǒng)。

不過迄今為止，托克勞還不算實(shí)現(xiàn)了100%使用可再生能源。在雨季來臨時，偶爾還要用老式的柴油發(fā)電機(jī)給電池充電，還有很多居民靠進(jìn)口天然氣來煮飯。該國政府正在計(jì)劃幫人民購置效率更高的設(shè)備和器具，或幫他們改用電飯鍋。在島上，政府禁止使用空調(diào)，這被認(rèn)為是不必要的奢侈品。如果經(jīng)濟(jì)情況合適，該國希望最早能在明年初開始生產(chǎn)椰子油，在太陽落山后用椰子油來燃燒發(fā)電。“我們的椰子產(chǎn)量過剩。”托洛瓦說。

塞內(nèi)加爾，辛河˙穆薩˙阿布多

辛河˙穆薩˙阿布多村有900戶村民，這里的村民曾經(jīng)長途跋涉十幾公里，到鄰村去給手機(jī)充電，支付的費(fèi)用高達(dá)每度電11美元，而

在美國平均每度電只要12美分。村里的電視機(jī)都拖著一個汽車電池，要不時充電。自從2009年村里建了微電網(wǎng)，供電公司將風(fēng)能、太陽能和柴油結(jié)合在一起，現(xiàn)在村民支付的電價降到了每度1.4美元。供電公司說，由于學(xué)生們晚上也有足夠的照明可以學(xué)習(xí)，在全村通電一年后，村學(xué)校的所有學(xué)生都通過了他們的年度考試。

該計(jì)劃只是沙哈拉以南非洲尋求解決能源問題的諸多方案之一。在沙哈拉以南非洲國家，有將近6億人，而超過2/3的人口缺乏供電。公私合營是一次大膽的創(chuàng)新。在農(nóng)村地區(qū)，中央電網(wǎng)預(yù)計(jì)只能提供30%的電力。

位于德國戈斯拉爾的Inensus公司和位于塞內(nèi)加爾首都達(dá)喀爾的Matforce合作，將這一計(jì)劃分為兩個部分：國際撥款用來給村子拉電線，發(fā)電和供電完全不用補(bǔ)貼。Inensus公司用先進(jìn)的智能檢測儀來跟蹤用戶的用電量，讓用戶提前支付一周的電費(fèi)，如果用戶預(yù)付半年電費(fèi)，公司還給予一定的折扣。在確保風(fēng)力和太陽能發(fā)電系統(tǒng)能應(yīng)付的情況下，盡量少用柴油發(fā)電機(jī)，只是用它來彌補(bǔ)10%到20%的差額，這也有助于維持成本，減少排放。

雖然他們的用電成本可能是城市用戶的3倍，這種商業(yè)模式大大提高了可持續(xù)性和靈活性。Inensus經(jīng)理尼可˙彼得施密德對外來前景進(jìn)行了預(yù)測：當(dāng)?shù)毓緭碛幸粋€電網(wǎng)，將電力供應(yīng)外包出去，培養(yǎng)競爭者，讓各個公司和團(tuán)體任意購買。

他們公司目前正在把業(yè)務(wù)擴(kuò)展到5個附近的村子，還在坦桑尼亞開展一項(xiàng)更大的服務(wù)16個村82000人口的計(jì)劃。彼得施密德說，坦桑尼亞政府制定的可能是世界上最先進(jìn)的微電網(wǎng)政策，包括一項(xiàng)簡單的給每個電網(wǎng)設(shè)施500美元的補(bǔ)貼，這就占了預(yù)付成本的大部分。而最大的難題是說服政府放棄固定電費(fèi)，這種固定電費(fèi)讓公司無法盈利。“如果我們能克服這一限制，就能促進(jìn)私人部門參與供電。”

但卡門指出，商業(yè)競爭者通常有很多，監(jiān)控措施可以預(yù)防價格濫用，使大部分項(xiàng)目以等于或低于柴油發(fā)電的價格來供電。

華盛頓特區(qū)國際金融公司跟蹤研究微電網(wǎng)的能源分析師派布卡耶˙巴都列指出，問題的關(guān)鍵是，國家要在吸引有利可圖的行業(yè)和為最貧困人民供電之間取得平衡。“我們是要促進(jìn)項(xiàng)目的商業(yè)可行性呢?還是要犧牲成本來讓更多人用電?有時候，這二者是沒有交集的。”

聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)能源—金融專家迪恩˙庫珀說，UNEP正在不同國家實(shí)驗(yàn)微電網(wǎng)示范項(xiàng)目，以找出最佳的政策和最有效的模式?，F(xiàn)在要說哪些是成功的，還為時過早。巴都列說：“從理論上，所有這些商業(yè)模式都能擴(kuò)大推廣，而實(shí)際上，要推廣實(shí)施是很難的。”

加拿大，阿特林

阿特林是英屬哥倫比亞西北角的一個古老的采礦小鎮(zhèn)，約有400人。多年來，這里唯一的電源只有柴油發(fā)電機(jī)。持續(xù)不斷的“嗡嗡”聲和難聞的氣味也在提醒著人們，他們的錢快要燒光了，塔庫河特林吉特原住民的成員占其城鎮(zhèn)人口的25%，他們決定另找一條出路。

他們實(shí)驗(yàn)了風(fēng)渦輪發(fā)電，但在2002年到2003年的冬天，冰天雪地加上刺骨的寒風(fēng)讓該項(xiàng)目未能成功。此后，他們又通過撥款、社團(tuán)資助和貸款籌到1500萬美元，上馬了一個小型的水電項(xiàng)目，到2009年4月1日，這個小水電站開始以2.1兆瓦的功率發(fā)電。

目前，阿特林正在從中受益。淘汰了柴油發(fā)電機(jī)，他們?nèi)ツ隃p少了5000多噸的溫室氣體排放。而且該水電站屬于原住民所有，居民們連電費(fèi)也不用付了。“我們正在償還貸款，但額外的好處是利益了社區(qū)。”阿特林特林吉特發(fā)展公司總經(jīng)理斯圖爾特˙辛普森說。

在加拿大，有175個原住民社區(qū)或未通電網(wǎng)的社區(qū)，其中大部分靠柴油發(fā)電。塔庫河特林吉特原住民是最早轉(zhuǎn)向家庭水電的社區(qū)之一，其他地方也在努力效仿。

小型水電開發(fā)引領(lǐng)了一場新潮流，其目標(biāo)是不僅能為英屬哥倫比亞那些未通電網(wǎng)的地方供電，還能補(bǔ)充電網(wǎng)用電。但這些項(xiàng)目也引發(fā)了人們對小水電對生態(tài)系統(tǒng)的潛在影響的辯論，范庫弗峰懷爾德尼委員會指出，這些項(xiàng)目可能會破壞大灰熊棲息地和大馬哈魚繁殖的河流。但實(shí)際影響還很難預(yù)料。太平洋大馬哈魚基金會今年1月發(fā)布了一份綜述稱，范庫弗峰保護(hù)組織并未發(fā)現(xiàn)小型水電項(xiàng)目對魚類造成影響的切實(shí)證據(jù)。

英屬哥倫比亞可持續(xù)能源協(xié)會執(zhí)行董事奈杰爾˙普羅特說，如果設(shè)計(jì)和實(shí)施都很好的話，現(xiàn)代水電項(xiàng)目還能改良當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng);比如在阿特林項(xiàng)目中，建了一個魚梯來幫助那里的鱒魚繞過小水壩，據(jù)辛普森說，魚的數(shù)量反而增加了。但問題是，許多發(fā)展中國家的農(nóng)村想要更多的電力，如果不建壩蓄水的話，他們那里河流無法提供這么多的電。“建壩蓄水通常會帶來更大的環(huán)境和社會影響。”

目前，阿特林的小水電站能滿足那里所有的用電需求，它甚至還考慮進(jìn)一步擴(kuò)大，連接到主電網(wǎng)上，向北方的育空地區(qū)輸出電力。“在20年里我們還完了銀行貸款后，社區(qū)每年就有200萬的收入了。”辛普森說，“這真是我們的大項(xiàng)目。”