小型化浪潮也冲击着发电厂

小型化的趋势改变了事物的本质，现在可以在构成社会系统的工厂、设备和工业设备中看到。这些趋势有可能在不久的将来给我们的生活和社会带来重大变化。今后我想关注“电厂瘦身”运动，思考它的趋势以及它对人们生活和社会的影响。

电力作为各类设备的动力源，已成为现代社会不可或缺的能源。然而，为了产生大量的电力，需要相当大规模的设施。发电的能源有多种，包括火电、水电和核电。但一般来说，为了高效发电，设备越大，转换效率越高。此外，还需要周围的辅助设施，例如处理和管理作为能源的化石燃料、水流和核燃料的设施，以及有效传输和使用所产生的电力的电力转换设施。因此，在一个地方产生大量电力更为经济。

不过，相比在一个地方大量发电，将发电分散到靠近消费区域的地方可能更方便，实现就地生产就地消费。当运输困难或需要使用不经济的能源时就会出现这种情况。例如，太阳能发电需要在大范围内接收太阳光作为能源来发电，因此可以说它本来就是一种适合分布式发电的发电方式。此外，由于生物质（使用工业废物、未利用的林产品、农业资源、资源作物如甘蔗和玉米作为燃料）在燃烧时产生的热量不如化石燃料那么多，因此在其产生或生产的地方将其用于发电而不需要运输它会更有效。

此外，将集中产生的大量电力输送到较远的用电地区的过程中可能会损失大量电力。这是因为，除了输电线路中的自然放电外，在电压转换和频率转换过程中也会损失大量的电能。为了消除这些损失，没有什么比就地发电供当地消费更好的了。此外，当通过燃烧燃料发电时，可能会产生废热，而这些废热最终必须被丢弃。如果能在能源消耗地区获得，这些废热还可以用于供暖、热水等。

通过太阳能和能源农场实现小型化的意义

许多发电厂都是巨大而昂贵的机器。它不是可以安装在街角的东西，更不是可以安装在普通家里的东西。然而，有一些众所周知的例子，家庭已经拥有小型发电厂并实现了本地生产本地消费。一是太阳能发电系统。另一个是Ene农场。由于这些发展，许多人开始意识到缩小和利用发电厂的重要性。

由于政府补贴以及自 2009 年开始实施的以固定价格 (FIT) 购买剩余发电的制度，太阳能发电系统已变得流行起来。根据太阳能协会的研究，截至 2017 年，日本单户住宅的普及率为 83%（图 2）。我的印象是它出人意料地受欢迎。随着太阳能发电系统的普及，就地生产、就地用电的理念已得到广泛认可。

[图2]小型化电站先锋太阳能发电
日本住宅用太阳能发电装置（10kW以下）的数量趋势（左）、美国Powerhive在非洲无电地区的“迷你电网业务”（右）
来源：太阳能协会（左）、丰田通商（右）

在日本，太阳能发电被视为节省电费的一种方式，但在世界各地，使用太阳能还有其他好处。例如，在非洲等电网不发达的地区，太阳能发电系统是一种很有前景的电力来源。美国风险投资公司Powerhive正在非洲无电地区开发利用太阳能的“迷你电网业务”。迷你电网是太阳能发电系统和蓄电池的组合，可以稳定地利用阳光产生的电力。

另一方面，家用燃料电池通过从城市煤气或液化石油气中提取的氢气与空气中的氧气发生化学反应来发电（图3）。化学反应过程还会产生热量，可用于热水和空间供暖。城市燃气等能源是通过燃气管道供应的，但输送过程中的损失量却比电力小得多。 2009年在日本首次投入实用。

Ene-Farm的优点是能够比太阳能发电系统产生更稳定的电量。此外，即使在公寓等安装空间有限的地方也可以使用。推动Ene-Farm传播的组织Ene-Farm Partners于2019年11月宣布，日本国内累计使用的Ene-Farm装置数量超过30万台。然而，尽管在余热利用价值极高的寒冷地区被寄予厚望，但与太阳能发电相比，它尚未普及到普通家庭。虽然能源使用效率很高，但与使用免费阳光不同，用户必须购买燃料，因此与正常购买和使用电力相比，很难理解其中的好处，据说这也是增长缓慢的原因。

【图3】ENE-FARM发电原理
资料来源：一般社团法人日本煤气协会