Chinese Christian Herald Crusades UK

趣味人生︰智能電網與能源革命

陸志光

 

 

執筆寫這篇文章之際,正是8月21日,美國百年難逢一次的日全蝕。從西岸到東岸的十多個州,人們都可以親身體驗這個太陽系給我們的奇景。英國上一次的日全蝕是在1999年,筆者和太太也是千萬人之中蜂湧到屋外體驗這大自然奇景的一群。雖然因為天氣關係沒有完全看到全蝕,但那種在夏日正午之際,轉瞬間變了秋涼黑夜的感覺,事隔多年我們還是津津樂道。不過,今次看美國的日全蝕,我的心態就不一樣!

 

 

 

 

 

 

 

PV Penetration太陽物板的沁透

 

 

其實IEEE(電子電機工程會)雜誌,早在上幾個月已發表不少文章談及日全蝕對電網的影響。為什麼呢?日蝕跟電網有什麼關係呢?十多年前看日蝕時,沒有人提到電網受影響的問題。原因是當時太陽能板(或光伏電池板)還未普及。連接到電網的太陽能幾乎是零。今天太陽能供電比率佔1-3%。雖然比率還是偏低,但太陽能連接到電網將會越來越遍及。美國國家能源部甚至有計劃在2030年內,把美國西南部陽光最多的地帶的電網,全數由太陽能供應。歐美和亞洲不少先進國家,都預計到本世紀中,太陽能的供電比例可能達到兩成。今次美國的日全蝕,橫貫東西岸,把全國43GW(千兆瓦)的太陽能減去了20GW,相當於把20個核電站突然關下來。所以,不少業內人士都把這次日全蝕,視為美國太陽能行業的首次大考驗。

 

 

順利通過考驗的原因

 

 

這次日全蝕的考驗得以順利通過,主要原因是電網的改變。智能電網(Smart Grid)的出現,令電網變得更靈巧。有幾個因素促成智能電網的出現。第一,是電的供求問題。由於交通及很多工業都趨向電氣化,地球的人口將會在2050年達到90億人,到時對電的需求將會倍增。而現時主要還是依賴煤、天然氣及石油這些化石燃料來發電,這些燃料供應有限,同時又破壞環境,所以各國都希望以再生能源來取代化石能源。由於現時的電網是130年前的設計,期間基本上沒有什麼改變。這個設計非常成功,大大促進了人類文明的發展。你知道嗎?現在照亮著你家,讓你可以舒適地看到這篇文章的電,原來是在短短數秒前,在很遠的發電站,經過千山萬水,輸送到你家的電燈!可以說是「即造即用」的系統。

 

 

 

 

 

 

 

 

不再合用的天才設計

 

 

這個「即造即用」的系統這麼成功,其中最大因素是電的供求可以控制平衡下,才得以完全發揮完善。一旦供求失衡,電網便會出現問題,甚至可能完全斷電。能夠控制供求平衡,化石能源功不可沒。因為一個用煤的發電廠,可以按著供求需要,預早一星期便安排應要發出的電量。如果是天然氣發電站,預早一天,甚至數小時,便可以安排需要發出的電量。就是這樣,電網把電從發電廠單方面地傳到用戶去,成功地服務了我們一個多世紀。

 

 

時至今天,我們不可再無止境地使用化石能源,必須引入再生能源,然而再生能源同時也帶來不少問題。首先,再生能源,如風和太陽光等,都有其間歇及不穩定的特性,給電力供求平衡帶來很大的挑戰。其次,是現有的電網都是單向的,是被動的,不適合再生能源。

 

 

要充分發揮再生能源的潛力,電網便要改革——要變得更靈巧,並讓電力從單向變為雙向流,讓裝上太陽能板和風力發電的公司和用戶也可以積極參與,協助電力的供求平衡。另外,這次美國日全蝕前,電力公司預先透過互聯網鼓勵用戶簽名參與「電力平衡 」行動,同意讓電力公司利用互聯網調教用戶家中的智能冷暖風機和其他智能電器,務求達到電力供求平衡。據說,不少用戶踴躍參加,讓電力公司有大量空間,安然度過這次日全蝕的大考驗!

 

 

結語

 

 

隨著社會需求、數字化經濟的發展,人類對電力能源的安全、可靠、質與量的需求都不斷提升。與此同時,為了對應氣候變化,保護環境,保障能源的持續性,智能電網將會扮演一個很重要的角色。這也將是科研界的一個熱門項目。現在,已經有學者和研究人員開始模擬數年後的下一個日全蝕對電網的影響及創新的智能電網對應方案,務求有效發揮再生能源,同時有效地控制供求。

 

 

*本文作者為克蘭菲爾德大學(Cranfield University)電機工程教授]