未來城市供電成難題？試試這些大開腦洞的發電方式

（原標題：How the humble lamp-post could help power our cities ）

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到2050年，超過三分之二的人類將生活在城市中，科學家和科技公司正在尋找在建築環境中利用可再生能源發電的新方法。

圖1：能夠儲存電力的街燈柱可以降低城市照明成本

將來，我們的辦公室窗戶可以通過太陽照射獲取能量，而街道上的燈柱則在混凝土中儲存電力。當車輛呼嘯而過時，垂直風力渦輪機將會旋轉產生能量。人行道和公路將會從通勤者、公共汽車以及卡車運動中產生少量能量。無人駕駛計程車車隊將把多餘的能源回饋給電網，城市通常會更有效地利用它們所消耗的能源。

至少，這是許多技術專家、環保主義者和城市規劃者的能源願景。但它是否真能成為現實？

圖2：混凝土燈柱可以變成電池，儲存整夜工作所需的電力

新材料展示出更光明的前途。例如，由發電站廢料製成的水泥混合物可以把建築物變成電池。這些鉀土溶膠(KGP)複合材料比普通水泥便宜，每平方米可以儲存500瓦電力。研究人員表示，普通的街燈每晚耗電700瓦，而由KGP製造、配有小型太陽能電池板的6米高燈柱可以儲存足夠多的電力，可供整個晚上使用。

英國蘭卡斯特大學教授穆罕默德·薩菲（Mohamed Saafi）說：「我們已經證明，KGP水泥混合物可以用來儲存和傳輸電能，而不需要昂貴的或有害的添加劑。」

圖3：這些小水泥塊能給未來的城市提供電力嗎？

大量使用KGP建造的建築也可以用來存儲和釋放過剩的電能，以幫助滿足城市電網的需求。新材料也有助於使太陽能電池板變得更便宜，更具成本效益。太陽能是城市中最常見的可再生能源，且其發電成本繼續下跌，從十年前每瓦約3英鎊降至今天的0.4英鎊。

在英國，超過三分之一的公司已經開始自己發電，主要使用屋頂太陽能電池板。但製造硅基太陽能電池板需要耗費大量能源，它需要1400攝氏度以上的溫度，而且硅的純度必須達到99.9999%。

圖4：太陽能是城市地區最常見的可再生能源

但美國布朗大學工程學教授尼廷·帕杜爾(Nitin Padture)表示，鈣鈦礦(perovskites)材料製成的太陽能電池面板，可以製成更薄、更便宜、所需溫度更低的面板。由於它們是部分透明的，也可以用於窗戶上的玻璃。但其缺點是它們中的大多數都含有鉛，而鉛是一種有毒的金屬。

不過，帕杜爾教授和他的團隊目前正在研究一種方法：用鈦來取代鉛，他說：「鈦很常見，但沒有人想到用它來取代鈣鈦礦太陽能電池板中的鉛。我們目前還不打算取代現有的硅技術，但我們希望推動它向前發展。」

圖5：含有鈦的鈣鈦礦可以製作更高效的太陽能電池板

風能是另一種最常見的可再生能源，傳統的渦輪機在建造區域不能很好地工作，因為風向變化很大。為此，研究人員尼古拉斯·奧雷拉瓦納（Nicolas Orellana）和亞森·諾蘭尼（Yaseen Noorani）提出了製造球形風力渦輪機的設想，解決風向變化的問題。

奧雷拉瓦納與諾蘭尼開發的O-Wind型風力渦輪機已經贏得了英國2018年詹姆斯戴森大獎(James Dyson Award)，它是一個球形裝置，無論風從任何方向吹來，它都能旋轉。

來自土耳其的科技公司Devici提供了另一個解決方案，即在道路上使用垂直風力渦輪機，由過往車輛的氣流提供動力。該公司表示，其Enlil渦輪機目前正在伊斯坦布爾進行測試，每小時可以產生1千瓦的能量，足以滿足兩戶家庭的電力需求。該公司還稱，這種渦輪機還可以安裝太陽能電池板和地震感測器。

圖6：伊斯坦布爾街道上的垂直風力渦輪機

但並不是所有的城市能源開採項目都具有商業意義。例如，在法國，工程公司Colas已經在全國各地，以及美國和日本，開闢出光伏道路。Colas已經在諾曼底鋪設了長近1公里的單行車道，投資430萬英鎊。在美國建成的1.6公里雙車道公路成本則為380萬英鎊。

還有一個問題是它們的能源生產能力有多強？太陽能電池板是平放在地面上的，而不是朝向太陽，為此可能受到交通堵塞的影響，有時也會被雪、泥或水覆蓋。

圖7：Colas公司估計，在擁有5000名居民的小鎮，1公里長的道路就可以為公共照明提供足夠電力

2014年，阿姆斯特丹建成了長70米的太陽能自行車車道，建設成本為260萬英鎊。它在建成後第一年就生產了3000千瓦時電力。而260萬英鎊的建設成本，這座城市可以在公開市場上購買6500萬千瓦時的電力。

另一項在商業上難以證明其合理性的技術是壓電技術。如果你擠壓某些材料，如石英，就可以使電流通過它們。因此，汽車和卡車在配備壓電裝置的特殊路面上行駛可以產生電力。行人也可以在特製的人行道上這樣做。

2009年，以色列公司Innowattech試驗了捕能公路，現在美國的Pyro-E公司也在加州弗雷斯諾的一小段公路上展示類似的技術。然而，儘管此舉在技術上是可行的，但目前的成本卻高得令人望而卻步。

有些人通過計算髮現，在美國建造1公里長的雙向捕能公路，需要13000台壓電設備，為建設成本增加30.7萬英鎊開支。即使不考慮製造或安裝成本，也需要大約12年的時間才能賺回這筆錢。

英國的Pavegen公司已經開發出了發電人行道，行人每走一步就能產生2到4焦耳的能量。這條人行道每平方米的成本約為2350英鎊，現在已經在全球超過200個地點安裝，比如交通樞紐和購物中心等。

圖8：Pavegen公司在倫敦建成的發電人行道，但它是否會具有成本效益呢？

這聽起來可能很貴，但太陽能電池板剛上市時也是如此。Pavegen創始人兼首席執行官勞倫斯·凱姆鮑爾-庫克(Laurence Kemball-Cook)表示：「我們相信，將我們的城市變得更好的將不僅僅是科技，還有人。」

凱姆鮑爾-庫克還稱：「重要的是，我們通過應用程序對人們的互動進行獎勵。因此，通過在零售環境或街道上選擇更健康的發電人行道，你可以幫助所在城市變得更加可持續性發展，並可從中獲得回報。」

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