從宮崎大學的創能項目看日本太陽能發電的變化

太陽能發電在日本的興起，契機是2011年3月11日發生的東北大地震。地震引起的核電事故讓原子能發電風險顯在化，迫使日本在2014年全面停止了原子能發電，使得電力供給量突然出現了30%的缺口。這部分一直由原子能發電穩定供給的發電量必然要找到一個替代者。太陽能發電、風力發電、以及其他可再生能源紛紛湧現。

為了鼓勵以太陽能發電為主的可再生能源的利用，日本將 「自然能源2030年目標」 設定為 22～24%，日本政府在2012年頒布了一項稱作 「固定價格購電制度（FIT）」 的政策。即由電力公司對可再生能源產生的剩餘發電量，在一定期間內以一定的價格統一收購，通過併入電力公司的電網，供給消費者。2012年這個制度實行時，FIT價格為每度電42日元，將近普通居民電費的兩倍。賣電有利可圖，因此，掀起了普及太陽能的熱潮。

幾年過去了，日本2017年度的自然能源發電量達到了總發電量的15.6%，太陽能發電達到了5.7%。雖然跟歐洲比，自然能源發電量佔總發電量的比重還少，但是，從無到有，已是長足的進步。另外，FIT價格逐年下降，也使得光伏廠家的競爭加劇。如下圖所示，2018年度家庭用電價格與家庭用太陽能FIT價格曲線發生交叉，意味著以後出售多餘的住宅發電量就不再有經濟上的魅力。

JPEA（太陽光発電協會）製作的各類電力價格圖

由於廉價的光伏膜板基本都由外國廠家供給，FIT價格的下跌必然擠壓這些企業的利潤，甚至迫使其退出市場。而精明的日本廠家似乎早已預見到這種演化，從一開始就佔據了技術的上游。

今年六月初筆者走訪了宮崎大學，參觀了該校主持的一個創能技術示範項目。該項目為了實現24小時利用太陽能，積極開發了蓄電與蓄熱技術，將白天太陽能發的電儲存起來夜間使用。

其中用到了以下幾個主要技術：

1. 
   

   太陽能的化學能變換技術



2. 
   

   蓄熱與熱能發電技術



3. 
   

   革新性的太陽能發電技術與氫能開發（制氫與貯氫）技術



4. 
   

   快速蓄電與氫能貯存新技術

宮崎大學實現了目前居世界最前沿的太陽能變換效率

（如下圖所示）

在集光型太陽電池、太陽追隨裝置、水電解裝置領域，集中了日本最優秀的代表企業，如大同特殊鋼、住友電氣工業、三菱電機、夏普與富士通。

自然能源發電，一個最大的問題就是波動太大。比如太陽能發電，當白天光照充足時發出的電力充足，餘量會派不上用場；而陰天下雨或者晚上則會無電可發，所以電力的存儲是一個很重要的課題。

宮崎大學的創能技術示範項目，是將太陽能與其它自然能源比如沼氣、生物產能等有機結合，實現平衡供電。宮崎縣是一個畜產與釀酒大縣，畜牧業興旺，產生大量的家畜糞尿，以及釀酒的山芋碎片。這些廢料發酵，可以產生沼氣，並從中提取甲烷。

宮崎大學的做法是首先通過把太陽能轉化為可以貯存與運輸的氫能，來調節剩餘電力；然後讓氫與來自家畜糞尿、山芋碎片的甲烷進行觸媒反應，得到甲烷標準氣CH4；最後再將CH4添加到天然氣里，實現多種再利用。氫還可以作為燃料電池的能源，用於發電以及燃料電池車的電源（下圖）。

將太陽能轉化為氫與甲烷，不僅促進了區域能源自給，抑制化石燃料的消耗，還可以實現低碳型社會。宮崎大學的創能技術示範項目不僅立足於在當地實現能源的自產自用，甚至把目光放得更遠。其規劃的遠景之一就是將這個技術出口到非洲撒哈拉沙漠，利用非洲充裕的太陽能，從源頭抑制碳的排放。

供稿 戴維
編輯修改 客觀日本編輯部

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