专集●-产学合作的国际性开展给无电地区送去电力的数字电网(digital grid)

产学研合作系列 2017年05月16日

阿部 力也

  东京大学 综合项目机构“电力网创新(数字电网)”
  综合捐赠讲座 共同代表/特聘教授

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简历/Career
1977年 东京大学电子工学科系毕业后进电源开发株式会社工作
1982年 担任美国电力研究所研究员
2001 取得九州大学博士(工学)学位
2008年~现在 东京大学研究生院技术经营战略学专业特聘教授
2011年 设立数字电网联营公司(代表理事)
2012 “数字电网”综合捐赠讲座共同代表
2013 设立股份公司数字电网(公司外部董事)
目前 提倡数字化统一信息、电力和金融的新的“数字电网”并开展实践活动

◆什么是数字电网

以第21次《联合国气候变化框架公约》缔约方大会通过巴黎协定为契机,全世界范围内应对全球变暖现象而进行的脱离化石燃料化进程正在加速。在欧洲作为欧盟的指令,规定各个加盟国必须在2020年前将导入可再生能源的比例提高到20%。尤其在德国,已经通过制订可再生能源法*1,在法制上规定了要在2050年前实现全部电力的80%必须源自可再生能源。中国也显示出令人感到意外的向可再生能源的转换;美国转向太阳能发电的立场也变得鲜明了,低于通常电费的州已经超过了半数。

面对世界这样的动向,虽然日本通过可再生能源固定价格收购制度在利用可再生能源上取得了一定的进展,但在OECD(经济合作与发展组织)各国中可再生能源占整体能源的比例仍处于最低水准。

作为其中之一的原因被指出的是日本电力系统结构的特殊性。因为日本是狭长的岛国的原因,电力系统呈现梳状,变成了难以吸收可再生能源变动的构造。因此不得不抑制太阳能和风能发电输出功率的状况已经多次发生过。按现在这样的情况,日本将无法增加可再生能源了吧。

数字电网是为了打开这种状况而开发的技术。在电力系统的末端设置数字电网路由器装置,可以灵活地吸收或通融可再生能源。通过该装置可使可再生能源的导入量得到飞跃性的增加。光凭这一点数字电网就已经是一项有意义的技术了,并且作为数字电网的副产品,还变得可以确定电力的产地、时刻和发电源等信息了。

其结果,电力变得可以如同网上的商品一般来经营了。这项技术正在日本的鹿儿岛县、石川县、福岛县等地区得到证实。作为下一步的尝试,目前正在开发可再生能源的市场交易型控制技术。

◆非洲事业的开端

可灵活利用可再生能源的数字电网技术不也能在发展中国家和新兴国家得到有效利用吗?在东南亚和中东等地区,电力的需求正在急剧增加。为此传统的火力发电站的建设和长距离输配电网的建设正在探讨之中,但由于消费地太分散,经济上划不来。

在印度和孟加拉国进行过可行性调查,可是盈利的条件很严峻。不久我们注意到非洲的无电地区的可行性,得到了经济产业省信息经济课的补助,编成7人小队,在肯尼亚和坦桑尼亚进行了两周的调查。

我们访问的无电村的电气化是靠捐助提供的,已经投入了巨额的资金。不用说,靠贫穷的村民们的收入是无法维持的。捐赠主要来自大学的研究经费。研究一结束,高价的可再生能源设备便命中注定地变成了一堆“破烂儿”。无电力地区由数万人规模的村庄和城镇组成,它们远离基础电力系统数十乃至数百公里之远,延伸输电线在经济上划不来。可再生能源的分散电网也无法回收输电线的成本以及太阳光面板、蓄电池的成本。再加上,这些与电力相关的设备工程对于当地人而言难度过高,中国和印度等外国企业控制着利权。其结果,我们抱着:“若构筑使用可再生能源的微型电网,不是可以给当地的人们供电了吗?”的无电地区的电气化过程构想无情地破灭了。

无电村的道路的的确确既难走又遥远。在这样情况下我们偶然遇上了肯尼亚电力农村电气化部长亨利·吉琼吉。他是这样说的:“用不上电气的人口光肯尼亚就有6千万人。全非洲有6亿人。他们只要晚上有亮光,生活质量就能得到极大的改善。手机如能在自己家里充电的话那就更高兴了。首先这样就足够了。” 迄今为止的数字电网技术还很难满足吉琼吉所提出的条件。于是我们的苦战恶斗就从此开始了。

◆意外具有高科技含量的事业形态

他提出的要求是“首先要作为商业予以确立,靠捐赠是无法持续的。其次是要当地居民能够参与。若是外国人大量进来能赚钱时赚钱,不能赚钱了便转身离去的话可是不行的。”

可作为灯光使用的是充电式手提灯。充电式手提灯的话还能给手机充电。要想作为商业来实现,就得成为和已有的煤油式提灯同等程度的定价。煤油式提灯的每户每天的燃料费只不过30日元左右。

这个费用如何回收呢?若花费大量交通费挨家挨户回收的话,经济上就划不来了。为了实现这项事业,我们借助于有限公司东京大学edge capital(UTEC),设立创业型企业股份公司数字电网来实行了商业化。

在没有通电的农村里也存在的相当于杂货铺的便亭(Kiosk)首先引起了我们注目。我们也探讨了学校、医院、村长家等方案,结果决定还是有商业感的便亭好。我们决定了在那边放数十个充电式手提灯。我们需要开发充电装置,可是世上还没有那样的装置。每次充电时不能不收费。肯尼亚和坦桑尼亚当时已经普及了利用手机的电子货币技术。我们开发了利用该技术的装置(图1)。我们将预付的金额存入账户后会发送一个虚拟货币键控信号的技术装进了安卓智能手机。使用该手机软件进行充放电操作。最初我们还担心便亭的老板是否能操纵该软件,结果完全成了杞忧。

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图1 全套太阳能设备

通过这项技术在非洲的数百处便亭充电和汇款的运行状况变成在日本也可以了如指掌了(撰稿时有800余处)。

这项技术给非洲无电村的居民的日常生活带来了革命性的变化。在伸手不见五指的黑夜中的生活比想象的还要艰难。煤油灯产生油烟会使婴幼儿罹患呼吸道疾病。明亮的充电式手提灯让孩子们的学习时间得到了大幅的增加(图2)。这样让家庭生活在安全、健康方面得到了极大的改善。并使露天商贩和便亭自身也得以延长了营业时间,在明亮的照明之下扩大了自己的商业机会(图3)。

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图2 看到充电式手提灯的光亮后喜悦不已的孩子们

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图3 生意兴隆的太阳能便亭

◆BOP商业的展望

日收入低于1美元以下的人们被称为“最低收入人群base of the pyramid(BOP)”。据说其人数达到30~40亿。针对这些人群开展的可持续的商业形态被称为BOP商业。它的难关被认为在于对待当地人的方式上。外国企业进入这些贫困地带雇佣当地人给他们支付工资的结构怎么也会牵涉到对当地人的剥削,使他们的生活照旧维持低水准。

BOP商业的销售额规模很小,可是人事费、交通费等开支庞大,和发达国家的商业存在着根本性的不同。我们考虑了通过把当地人作为处理实务的人来对待、给他们教育、让他们成长,不能把BOP商业导向成功吗。可以说我们的方向也是与联合国的可持续发展目标(SDGs)相一致的。

一部分便亭的老板表现极其优秀,对学习新事物非常积极。我们希望当前被雇佣的担任营业工作的人不久也能够作为独立的企业家,以支援便亭业务为生。

我们想要通过所开发的装置的修理和新版本软件的学习来培养当地的技术人员,并在各地不断地把技术中心设置下去。若我们通过BOP商业,能为世界成为以可再生能源为主的新能源社会,能为让占人口半数的BOP层的人们和发达国家的人们一样学习、成长、用自己的双手提高自己的生活水平做出贡献的话,那我们的活动也就可以称得上是有意义的了吧。

*1:
正式名称是“可再生能源优先法(Gesetz fuer den Vorrang der Erneuerbaren Energien)”。

相关链接
专集:产学合作的国际性展开
北极地区研究的推进-不同领域的合作与产学官合作的展开-
大学生的国际性产学合作「D-Lab」

文/阿部 力也

出处:《产学官合作期刊》 2017年4月号
https://sangakukan.jp/journal/center_contents/author_profile/abe-r.html

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