丰田的光伏风电“智能联合发电系统”之梦

六所村（Rokkasho）日本本州岛北端的一个恬静的小村庄，这个验证计划的第一步，就是要将这个小村庄与世隔绝起来，换句话说，这个村子的所有水电输入都要被切断。村子要依靠自身来获取能源与自来水。

工程师们为这所村子建立了世界上第一个将风力发电机、大面积太阳能光伏电池组以及大容量电池存储系统结合在一起的“智能联合发电系统”。这套发电系统除了能供应村民日常所需用电之外，还能给纯电动汽车和插电式的混合动力车充电。此外，设在村里的相关科技工程机构的用电也依仗这套“智能联合发电系统”。这一验证计划为期两年，其目的是在成本、效率以及可靠性方面测试“智能联合发电系统”的实际可行性。

这套“智能联合发电系统”的枢纽是6个“智能屋”。配备不同的能源管理系统和自动测光装置，测光装置可以监测光源的方向，以便随时调整光伏电池板的太阳迎角，从而最大限度地将太阳能转变为电能。村内所有的照明系统全部采用LED光源，全村的照明用电负荷仅仅相当于一台普通冰箱的用电量。此外，丰田在村子里还建立了8台充电站，可供8辆电动汽车或可插电式混合动力汽车充电。

一直以来，传统的电力系统都遵循一个原则，即“用多少电发多少电”，电力部门根据用电的负载的实时统计来调整发电量。如果用电量出现瞬时下跌，而电力部门来不及对发电量进行调整的话，那么在这个瞬时就会产生巨大的能源浪费，多余的电能会被挥霍掉。“电能无法储存”在电力部门中是一个共识——因为以现在的科技力量，我们无法制造一个足够大的蓄电池来满足这种不实际的需求。

但是对于六所村这么一个小村庄而言，电能的储存不但是可行的，而且是必需的。在六所村，多余的电能将被储存在地板电池里，以备夜间和冬季取暖使用。为了在冬季保证电池的电离活性，防止电池容量出现低温衰减现象，电池被设计在“智能屋”地板下比较深的恒温地窖中。

除了太阳能之外，日本全国都处在台风区。在以前，台风是灾难，现在却是一种相当理想的绿色能源。一般而言，台风季节基本上看不见太阳，因此光伏电池不会发生太大作用，这个时候就要靠风力发电来满足用电需求。因此，“夸父”计划不是单单靠太阳能来打天下。

每个“智能屋”都配备有TSC丰田智能中心（Toyota Smart Centre）管理系统，TSC实际上是一套智能的电力调度以及交易核算系统，如果某个“智能屋”用电量过大以至于入不敷出，该“智能屋”的配套TSC会自动向邻居发出电力调度请求。接收到请求的“智能屋”，其TSC会根据自身的用电量、用电习惯以及电池中的电能储量来计算是否拥有多余的电能可供对外调度。如果可行，各个“智能屋”之间的TSC将会根据当天即时发电量的多少，来讨论商议出一个对外调度电能的收费标准——例如现在是艳阳高照或是狂风大作的季节，获取电能相对容易，这时候对外调度电能收费就“便宜点”；而在既不刮风又无日照的阴天，由于电能转化率低，这个时候若是有人上门要求“借电”，收费自然不菲。不过这些交易都是在瞬间自动完成的，房主可能并不知情，TSC要做的就是提醒房主，由于用电量过大，已经向邻居发出了调度申请，然后TSC会通过一个特殊的电子账户自动完成转账。如果账户上的资金用完，房主必须向账户充值才能让TSC正常工作，否则TSC在需要的时候无法向邻居申请用电调度。而对于对外售电的房主来说，如果自己节约用电有功，账户上赚取的电费在积累到一定数值后，会自动转至房主指定的的银行账户。通过这种方式，TSC可以充分调动起房主节约用电的意识。

另外，“智能屋”中还配备了冬季供暖系统，遍布地板和墙壁内的太阳能和电能热水管可在冬季让屋内温暖如春。不过要达成这项要求，就意味着“智能屋”必须在隔热保温措施方面做到极致。最后，“夸父”计划还可对用于监测社区电力状况的TSV丰田智能可视（Toyota Smart Vision）系统，HEMS家庭能量监控系统（Home Energy Monitoring Systems），智能电话系统和新开发的车内影音单元进行完整的测试。

由于地少人多，丰田的“夸父”计划在日本本土暂时还只能以“社区联合发电系统验证计划”的面目出现，而对于设在英国德比郡的丰田英国公司Burnaston工厂来说，“夸父”计划却是实实在在存在的——在这里，丰田拥有自己的太阳能电站，这个电站是丰田公司和英国天然气公司（British Gas）之间的合作项目。

这个太阳能电站耗资超过1000万英镑，这笔钱由丰田公司支付，英国天然气公司负责设计安装。该计划在2011年初获得了德比郡地方规划管理部门的批准，批准用地是一块位于丰田Burnaston工厂边上的低洼地块。该地的地质条件决定了在这块地上无法修建厂房，就算将其开辟成停车场，平整起来也颇为费劲。总之，在英国人眼里，这是一块没有任何价值的土地。英国天然气公司的安装工作从2011年6月份开始，一个月后第一组光伏电池阵列投入使用。到2011年的年底，这个太阳能电站将全面投入运行。

在相当于四个半足球场面积的90000平方米的规划用地内，17000块太阳能光伏电池组成了这一壮观的阵列；每一块光伏电池板都有1.8平方米见方；整个电站的理论装机容量为4100千瓦，每年产出460万千瓦时的电能；如果这些电能用于烧开水泡茶的话，这个电站每年可以让丰田英国公司的员工泡1.5亿杯茶；该电站投入运营的话，每年节省排放二氧化碳200万吨……看起来很唬人是不是？实际上该电站的发电能力还不到中国三峡水电站的千分之一；而且一旦阳光不足，其发电量还将受到直接影响。为了最大程度地将太阳能转化为电能，工程师测定了太阳在一年中的运动轨迹，让光伏电池阵列排放方向和太阳的运动轨迹方向一致，但可惜的是这套电池阵列并没有像日本本州岛六所村的“社区智能联合发电系统”那样配备有自动测光调向装置，换句话说，光伏电池板无法像向日葵那样随时调整采光迎角，这让光伏电池板的发电效率大打折扣。据推测，工程师们之所以舍弃自动测光调向装置，应该是成本限制所致。

另外必须注意的是，这个环保绿色电站并不和英国电力系统并网，仅仅属于丰田英国公司的“私家”电站，该电站所发电能直接供应丰田Burnaston工厂的Auris混合动力车和Avensis轿车两条生产线，这些电能可保证两条生产线每年生产7000辆左右的产品——其实这个数目相对于丰田公司的每年的出货量来说是相当小的。因此，该电站并没有像之前的“社区智能联合发电系统”那样配备有电能储存系统，因为相对于巨大的生产用电需求来说，电站的发电量根本不可能产生剩余，工人上班的时候电站自动开工，日落之后工人下班，电站也自动关闭，其工况完全和工厂同步。

其实，这个太阳能电站充其量是丰田丰田Burnaston工厂的补充能源方案，并非用来挑大梁。丰田Burnaston工厂的大部分用电依旧要倚仗英国电力公司，“夸父”计划依然任重道远。不过，我们从另一方面看，太阳能电站似乎又具有相当大的前景和诱惑——有人质疑太阳能电站发电能力低下，但又有人反驳说，如果把三峡库区蓄水后的水淹面积全部铺上太阳能光伏电池板，其发电能力恐怕还在三峡水电站之上，而且不会对小气候以及当地地质环境产生任何疑似不良影响——这种说法很有说服力。铺设面积如此之大的太阳能超级电站，其建设费用却不会比三峡水电站的建设费用多，而且建设速度更快，运营费用更是堪称零成本……这一点恐怕很难予以反驳。

英国天然气公司的工程师总结出太阳能电站的优点：第一，能让有着充足光照的不毛之地发挥出客观的经济效益；第二，建设工期快，其主要建设程序只有三项（搭架、电池板安装、联网），无需移民修坝，无需看煤老板的脸色；第三，无论是建设还是运营，都不会对环境造成任何影响；第四，建造运营成本低廉，在中国，一个60万千瓦装机容量的火电站其建造费用和20年的运营费用至少需要50亿英镑，而60万千瓦的太阳能电站仅仅需要20亿英镑足矣，而且时间越长，太阳能电站的运营成本还将进一步降低。

根据以上原则，我们不妨幻想一下，当石油和煤炭资源用尽之后，未来北非国家将成为全球富庶之地，不为别的，单单是撒哈拉沙漠的太阳能资源就能满足全球用电需求。800万平方公里的不毛之地，可以建设相当于8000万个丰田Burnaston太阳能电站，实际装机容量将超过3000亿千瓦时，这个规模相当于5000个三峡水电站……而反观中国境内，单单是一个西藏就能让国内所有的火电厂以及水电站退休。或许以上说法过于乐观了，因为太阳能电站的真正软肋在于不能全天候工作，哪怕在日照强烈的地区，夜晚总归是有的。

在夜间，太阳能电站无能为力，这就意味着我们的夜晚一片漆黑。于是又有科学家提出了“压缩气体”发电的设想，其方案很简单，在白天用富余的太阳能电力压缩大量空气储存起来，然后在夜晚用这些高压空气推动传统发电机组发电。根据这一设想发散思维，我们还能修建完全密封的落差水库，利用白天富余的太阳能电力将下水库的水抽到上水库，晚上则利用两个水库之间的水位落差进行发电……尽管在这种变相的储能过程中会损失一部分能量，但至少是可以接受的。

有时候，梦和现实仅仅一步之遥。