本地電力: 挖掘 21 世紀城市的分散式能源

本地能源與廣泛、廉價的裝置相結合,將很快使城市變得更智慧、更可持續、更自給自足


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瑞典斯德哥爾摩南側的哈馬碧新城區的居民不會讓他們的垃圾白白浪費。該地區的每棟建築都擁有一系列氣動管道,就像過去從汽車到銀行出納員處傳遞支票的放大版管道一樣。一條管道將可燃廢物輸送到一個工廠,在那裡燃燒產生熱量和電力。另一條管道將食物垃圾和其他生物物質運走進行堆肥並製成肥料。還有一條將可回收物運送到分類設施。

同時,廢水被送到處理廠,在那裡它變成生物固體用於更多的堆肥,生物氣體用於供熱和運輸燃料,以及用於冷卻發電廠的純淨水,發電廠也使用用生物固體種植的生物燃料。看著所有這些的圖表足以讓人頭暈目眩。“就你在當地層面為能源效率和可再生能源所能做的事情而言,這真是不可思議。這真是太棒了,”《翡翠之城》 (牛津大學出版社, 2010)的作者瓊·菲茨傑拉德說。

在完成建設後,地區當局希望哈馬碧新城區能夠獨立產生大約一半的電力,由於居民採取了廣泛的效率和節約措施,將消耗大約一般瑞典人一半的能源(而一般瑞典人的能源消耗量僅為一般美國人的 75% 左右),這使得這項任務更容易完成。這些勇敢的瑞典城市居民正在推動一個在發達世界城市中流行的現象:“分散式能源”。

儘管分散式能源有多種形式,但它歸結為兩個基本策略:第一,儘可能多地從小型、低碳能源中,在靠近消耗地點的當地採集電力。第二,從每一單位可用能源中榨取最大量的有用功。總體目標是建立具有彈性的、自給自足的城市,為 21 世紀未來的經濟和政治動盪做好準備。

現在,有比以往任何時候都多的本地、低碳能源選擇。太陽能光伏板的價格正在穩步下降,太陽能發電廠的規模正在縮小到 20 至 30 兆瓦的範圍內——這足以佔用已開發的城市土地。被動太陽能是利用陽光直接進行水或空間加熱,這已經是一種成熟的、低成本的做法。在以色列等國家以及中國德州和日照等城市,超過 90% 的建築物都裝有被動太陽能熱水器。

用於空間和水加熱的地熱能也已得到很好的發展。自 1983 年以來,愛達荷州博伊西市就擁有商業區地熱供暖系統;去年,居民投票決定擴大該網路。美國能源部已確定,在 8 公里範圍內有足夠地熱資源可提供有用熱量的城市有 271 個。許多無法利用太陽能或地熱資源的城市,如美國東南部的城市,都有大量的生物質可用。而且世界上每個城市都會產生廢物流,這些廢物流可用於發電、生物氣體,或者像加利福尼亞州奧蘭治縣的鮑爾曼垃圾填埋場一樣,用於生產液化天然氣來為運輸系統提供燃料。天然氣燃料電池的實用性也在不斷提高,從家庭規模到區域規模都可使用。(例如,最近備受讚譽的 Bloom Box。)

然而,至少在可預見的未來,本地發電不太可能提供大型化石燃料電廠現在提供的巨大能源量,而且預計城市人口將繼續擴大。因此,分散式能源的第二個當務之急是:最大限度地利用每一份能源。據估計,進入美國經濟的初級能源中,超過三分之二最終都被浪費掉了。對於幾乎任何城市地區而言,“負瓦特”——透過智慧利用資源節省的能源——都可能成為最大的本地能源來源。

以相當大的優勢來說,充分利用能源的最佳方法是低技術含量且不引人注目的:密度。住得近可以帶來許多固有的效率:居民可以乘坐公共交通工具、步行或騎腳踏車而不是開車;而且城市居住空間往往比農村或郊區的房屋更緊湊,在供暖和製冷方面的能耗更低。

另一個關鍵策略是利用當今被浪費的大量熱量。從冶煉焦炭到發電,幾乎每個工業過程都會產生熱量作為副產品,而絕大多數熱量只是排放到空氣或水中。這些熱量可用於發電或為鄰近建築物供暖。所謂的區域供暖,即使用一個熱源為多個建築物供暖,可能是世界上最古老、最便宜和最廣泛的分散式能源技術。紐約市、底特律和阿拉巴馬州伯明翰市的區域供暖系統已經存在了一個多世紀,許多其他城市現在也紛紛效仿,包括俄勒岡州波特蘭市。“其好處是具有競爭力的價格、綠色能源、長期價格穩定以及開發商的資本成本降低,”波特蘭可持續發展研究所的羅布·貝內特說。

然而,最大限度地提高效率的最終方法仍然是最具投機性的,那就是利用資訊科技來實現普遍的感知和智慧。即使混凝土、鋼鐵、石油、煤炭和水的價格上漲,但有一種商品的價格卻在穩步且不可避免地下降:計算能力。隨著感測器和微晶片變得越來越小、更便宜、更強大,它們不僅將被整合到電力分配系統中(“智慧電網”),還將整合到無數的電器、建築物、車輛和公共資源中。

這種方法的種子已在科羅拉多州博爾德市和德克薩斯州奧斯汀市等地方種下,這些地方已部署了數千個智慧電錶。在新的佩坎街專案中,奧斯汀市正在建造連線了通訊系統的房屋,該系統能夠根據每小時的電力成本來管理電動汽車電池的充電和放電。“為汽車開發的通訊協議將轉化為家庭層面的各種能源管理,”奧斯汀能源公司的分散式發電經理拉里·阿爾福德說。新的建築物和社群級別儲電方式將提高智慧電網的效率。阿爾福德說,儲能與智慧電網相結合,“使電網安全、電網穩定和電力質量成為可能。”

能源本地化的一個難以量化但仍然很重要的好處是,它使城市的居民在公民生活中發揮更積極的作用:人們對垃圾進行分類、管理自己的電力消耗、積極參與。“你透過城市的自豪感來建立它,”菲茨傑拉德說。“這是一件人們感到自豪的可見事物。然後他們更願意做其他事情。”

在許多方面,集中式能源向分散式能源的演變與計算機從中央大型機到 PC 和智慧手機的演變相類似,它可能會產生許多相同的民主化效應。將資訊科技掌握在更多人手中,引發了創新和實驗的爆發。如果城市能夠透過能源技術的擴散來孵化新一輪的創新,它們將拋棄脆弱的 20 世紀能源系統,從而建立具有彈性、自給自足和可持續繁榮的新模式。

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