本地电力: 挖掘 21 世纪城市的分布式能源

本地能源与广泛、廉价的设备相结合,将很快使城市变得更智能、更可持续、更自给自足


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瑞典斯德哥尔摩南侧的哈马碧新城区的居民不会让他们的垃圾白白浪费。该地区的每栋建筑都拥有一系列气动管道,就像过去从汽车到银行出纳员处传递支票的放大版管道一样。一条管道将可燃废物输送到一个工厂,在那里燃烧产生热量和电力。另一条管道将食物垃圾和其他生物物质运走进行堆肥并制成肥料。还有一条将可回收物运送到分类设施。

同时,废水被送到处理厂,在那里它变成生物固体用于更多的堆肥,生物气体用于供热和运输燃料,以及用于冷却发电厂的纯净水,发电厂也使用用生物固体种植的生物燃料。看着所有这些的图表足以让人头晕目眩。“就你在当地层面为能源效率和可再生能源所能做的事情而言,这真是不可思议。这真是太棒了,”《翡翠之城》 (牛津大学出版社, 2010)的作者琼·菲茨杰拉德说。

在完成建设后,地区当局希望哈马碧新城区能够独立产生大约一半的电力,由于居民采取了广泛的效率和节约措施,将消耗大约一般瑞典人一半的能源(而一般瑞典人的能源消耗量仅为一般美国人的 75% 左右),这使得这项任务更容易完成。这些勇敢的瑞典城市居民正在推动一个在发达世界城市中流行的现象:“分布式能源”。

尽管分布式能源有多种形式,但它归结为两个基本策略:第一,尽可能多地从小型、低碳能源中,在靠近消耗地点的当地采集电力。第二,从每一单位可用能源中榨取最大量的有用功。总体目标是创建具有弹性的、自给自足的城市,为 21 世纪未来的经济和政治动荡做好准备。

现在,有比以往任何时候都多的本地、低碳能源选择。太阳能光伏板的价格正在稳步下降,太阳能发电厂的规模正在缩小到 20 至 30 兆瓦的范围内——这足以占用已开发的城市土地。被动太阳能是利用阳光直接进行水或空间加热,这已经是一种成熟的、低成本的做法。在以色列等国家以及中国德州和日照等城市,超过 90% 的建筑物都装有被动太阳能热水器。

用于空间和水加热的地热能也已得到很好的发展。自 1983 年以来,爱达荷州博伊西市就拥有商业区地热供暖系统;去年,居民投票决定扩大该网络。美国能源部已确定,在 8 公里范围内有足够地热资源可提供有用热量的城市有 271 个。许多无法利用太阳能或地热资源的城市,如美国东南部的城市,都有大量的生物质可用。而且世界上每个城市都会产生废物流,这些废物流可用于发电、生物气体,或者像加利福尼亚州奥兰治县的鲍尔曼垃圾填埋场一样,用于生产液化天然气来为运输系统提供燃料。天然气燃料电池的实用性也在不断提高,从家庭规模到区域规模都可使用。(例如,最近备受赞誉的 Bloom Box。)

然而,至少在可预见的未来,本地发电不太可能提供大型化石燃料电厂现在提供的巨大能源量,而且预计城市人口将继续扩大。因此,分布式能源的第二个当务之急是:最大限度地利用每一份能源。据估计,进入美国经济的初级能源中,超过三分之二最终都被浪费掉了。对于几乎任何城市地区而言,“负瓦特”——通过智能利用资源节省的能源——都可能成为最大的本地能源来源。

以相当大的优势来说,充分利用能源的最佳方法是低技术含量且不引人注目的:密度。住得近可以带来许多固有的效率:居民可以乘坐公共交通工具、步行或骑自行车而不是开车;而且城市居住空间往往比农村或郊区的房屋更紧凑,在供暖和制冷方面的能耗更低。

另一个关键策略是利用当今被浪费的大量热量。从冶炼焦炭到发电,几乎每个工业过程都会产生热量作为副产品,而绝大多数热量只是排放到空气或水中。这些热量可用于发电或为邻近建筑物供暖。所谓的区域供暖,即使用一个热源为多个建筑物供暖,可能是世界上最古老、最便宜和最广泛的分布式能源技术。纽约市、底特律和阿拉巴马州伯明翰市的区域供暖系统已经存在了一个多世纪,许多其他城市现在也纷纷效仿,包括俄勒冈州波特兰市。“其好处是具有竞争力的价格、绿色能源、长期价格稳定以及开发商的资本成本降低,”波特兰可持续发展研究所的罗布·贝内特说。

然而,最大限度地提高效率的最终方法仍然是最具投机性的,那就是利用信息技术来实现普遍的感知和智能。即使混凝土、钢铁、石油、煤炭和水的价格上涨,但有一种商品的价格却在稳步且不可避免地下降:计算能力。随着传感器和微芯片变得越来越小、更便宜、更强大,它们不仅将被集成到电力分配系统中(“智能电网”),还将集成到无数的电器、建筑物、车辆和公共资源中。

这种方法的种子已在科罗拉多州博尔德市和德克萨斯州奥斯汀市等地方种下,这些地方已部署了数千个智能电表。在新的佩坎街项目中,奥斯汀市正在建造连接了通信系统的房屋,该系统能够根据每小时的电力成本来管理电动汽车电池的充电和放电。“为汽车开发的通信协议将转化为家庭层面的各种能源管理,”奥斯汀能源公司的分布式发电经理拉里·阿尔福德说。新的建筑物和社区级别储电方式将提高智能电网的效率。阿尔福德说,储能与智能电网相结合,“使电网安全、电网稳定和电力质量成为可能。”

能源本地化的一个难以量化但仍然很重要的好处是,它使城市的居民在公民生活中发挥更积极的作用:人们对垃圾进行分类、管理自己的电力消耗、积极参与。“你通过城市的自豪感来建立它,”菲茨杰拉德说。“这是一件人们感到自豪的可见事物。然后他们更愿意做其他事情。”

在许多方面,集中式能源向分布式能源的演变与计算机从中央大型机到 PC 和智能手机的演变相类似,它可能会产生许多相同的民主化效应。将信息技术掌握在更多人手中,引发了创新和实验的爆发。如果城市能够通过能源技术的扩散来孵化新一轮的创新,它们将抛弃脆弱的 20 世纪能源系统,从而创建具有弹性、自给自足和可持续繁荣的新模式。

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