如今，世界各國都在致力于在2030年前實(shí)現聯(lián)合國可持續發(fā)展目標（SDGs: Sustainable Development Goals）。目前，人們在清潔水供應和森林管理等方面已經(jīng)取得一定進(jìn)展，同時(shí)也在分秒必爭地為實(shí)現減少溫室氣體排放這一關(guān)鍵目標而加快技術(shù)研發(fā)¹。氣候變化造成的影響日益嚴峻，嚴酷的現實(shí)已經(jīng)擺在人類(lèi)面前。2019年，全世界向大氣中排放的二氧化碳（CO2）總量約達431億噸，創(chuàng )下歷史新高²，這給世界各國的領(lǐng)導人敲響了警鐘，讓他們意識到加大行動(dòng)力度保護地球環(huán)境刻不容緩。

為了削減碳排放，世界各地加速將供給電力的能源切換成太陽(yáng)能、水力及風(fēng)能等可再生能源。然而，要讓這些新能源成為主力能源，必須攻克多方面的技術(shù)難關(guān)，構筑完善的系統。比如，由于可再生能源易受時(shí)間、天氣、季節等自然環(huán)境因素的影響，發(fā)電量波動(dòng)較大，因此為了讓電力供需穩定地處于平衡狀態(tài)，必須加緊研發(fā)電力存儲技術(shù)。另外，還必須研究如何將偏遠地區制造的剩余電力高效率地輸送給城市，妥善解決輸電基礎設施問(wèn)題。

東芝素以技術(shù)創(chuàng )新聞名于世，在研發(fā)碳中和相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)方面也同樣走在世界前列。東芝正在致力于打造與可再生能源發(fā)電、儲電、輸電和用電相關(guān)的多套解決方案，勇敢挑戰技術(shù)難題，助力世界進(jìn)一步加快碳中和進(jìn)程。

可再生能源發(fā)電與輸電

可再生能源可以用來(lái)發(fā)電且不會(huì )產(chǎn)生碳排放，但其應用還面臨著(zhù)許多需要解決的課題。近年，在用電量巨大的地區周邊，可用于建造大規模風(fēng)力或光伏發(fā)電站的土地不斷減少，啟動(dòng)新建發(fā)電站項目的條件非常有限。在此情況下，發(fā)展潛力巨大的海上風(fēng)力發(fā)電在日本受到了廣泛關(guān)注。

基于這一行業(yè)動(dòng)向，東芝與美國通用電氣公司（GE）結成了戰略合作伙伴，宣布將在日本國內聯(lián)合生產(chǎn)GE海上風(fēng)力發(fā)電機的核心設備。海上風(fēng)能被譽(yù)為可再生能源的“王牌”，日本政府與產(chǎn)業(yè)界正在通力合作，大力扶持日本國內的相關(guān)產(chǎn)業(yè)。本次兩家公司強強聯(lián)手備受社會(huì )各界的期待，有望推動(dòng)日本海上風(fēng)力發(fā)電取得長(cháng)足發(fā)展，并助力日本達成2050年實(shí)現碳中和的政府目標。

另外，為了將海上風(fēng)力發(fā)電等產(chǎn)生的電力穩定輸送到電力需求較大的地區，最理想的是采用高壓直流（HVDC）輸電技術(shù)。目前，主流輸電技術(shù)是易于調整電壓的交流（AC）輸電，但直流輸電在遠距離、大容量輸電方面更勝一籌。鑒于此，東芝在日本北海道和本州的兩端建造了可進(jìn)行交直流轉換的換流站，并在兩座換流站之間鋪設了長(cháng)約122公里的高壓直流輸電線(xiàn)路。因為采用自勵式交直流換流設備，交流電可自由轉換為直流電，所以萬(wàn)一北海道發(fā)生停電，可以將本州的電力送去應急。

東芝技術(shù)無(wú)論是在日本還是在海外均贏(yíng)得了極高的贊譽(yù)。在日本，北海道與本州之間以及四國與本州之間通過(guò)海底電纜連接的直流輸電系統應用了東芝提供的交直流換流器。在日本國外，東芝承接過(guò)意大利一家電力公司的直流輸電項目，在位于亞得里亞海兩岸的意大利切帕加蒂市和黑山科托爾市之間鋪設了長(cháng)達400公里的海底電纜。該項目可使黑山核能發(fā)電及可再生能源提供的電力先轉換為直流電輸送至意大利，而后再轉換為交流電供給意大利電網(wǎng)。

轉換氫氣，存儲能源

為了普及可再生能源，電力存儲技術(shù)也必不可缺。尤其是風(fēng)能和光伏發(fā)電，由于氣候條件變化萬(wàn)千，這兩種能源的發(fā)電量總是處于波動(dòng)狀態(tài)。為此，發(fā)電站必須將剩余電力存儲起來(lái)，并在需要時(shí)釋放出來(lái)，通過(guò)調控來(lái)保障供需平衡。其關(guān)鍵就在于將剩余電力轉換為氫氣并進(jìn)行存儲的技術(shù)。轉換為氫氣，可以輕松儲備大量電力，而且便于長(cháng)期儲藏和遠程運輸。這項技術(shù)能否確立，將在很大程度上決定人類(lèi)能否創(chuàng )建零排放的“氫能社會(huì )”。

東芝參與建設的日本福島氫能研究基地（FH2R）是目前全世界最大規模的制氫、用氫實(shí)證基地³，備受日本國內外的矚目。該基地使用可再生能源，每小時(shí)最多可生產(chǎn)1200 Nm3的氫氣。如果換算成電力，相當于150戶(hù)居民一個(gè)月的平均用電量。目前，該基地生產(chǎn)的氫氣不僅被用于調控電力供需平衡，保障電力系統穩定運作，還被用作燃料電池車(chē)、燃料電池公交車(chē)等環(huán)保型交通工具的燃料。

日本福島氫能研究基地（FH2R，NEDO項目）

碳的有效利用

為了迎接實(shí)現碳中和目標的未來(lái)社會(huì )，我們不僅要確立制造并存儲可再生能源的方法，還必須削減并回收現有發(fā)電站產(chǎn)生的二氧化碳，這也是當下的任務(wù)之一。

碳捕捉、利用與封存（CCUS）技術(shù)，就是捕捉并回收發(fā)電站排放的二氧化碳，將其用于種植農作物或培養藻類(lèi)等用途，或者直接封存到地底深處的技術(shù)。雖然現在可再生能源的應用備受各界關(guān)注，但短時(shí)間內火力發(fā)電不可能退出歷史舞臺，電力的穩定供應仍然需要火力發(fā)電。鑒于此，如何削減碳排放，能否對二氧化碳加以有效利用，已成為應對氣候變化的重要課題。東芝參與了多個(gè)碳捕獲、利用與封存項目，其中之一是日本福岡縣大牟田市三川發(fā)電站的大規模碳回收實(shí)測項目。該項目每天回收的二氧化碳超過(guò)600噸，占發(fā)電站單日總排放量的一半以上。

另外，在碳的再利用方面，“Power to Chemicals（P2C）”也被給予了厚望。所謂P2C，就是將二氧化碳電解為一氧化碳，再將這些一氧化碳用作原料，生產(chǎn)塑料、涂料、燃料和醫藥品等產(chǎn)品。以往慣用的方法是將二氧化碳溶解于水，轉換為環(huán)保價(jià)值更高的一氧化碳，但這種方法存在反應效率低的問(wèn)題。為了攻克這項技術(shù)難關(guān)，東芝獨創(chuàng )了無(wú)需溶解于水也同樣可以進(jìn)行轉換的觸媒電極，將轉換速度提升至原先的約450倍。因為二氧化碳氣體和水都能各自與電極觸媒發(fā)生反應，轉換速度大幅提升，目前這已成為全世界可投入應用的效率最高⁴的碳轉換技術(shù)。

最近還出現了一種新的技術(shù)研發(fā)趨勢，許多公司都在開(kāi)發(fā)使用環(huán)保型替代氣體取代六氟化硫黃（SF6）的機器設備。六氟化硫黃（SF6）是一種絕緣氣體，常用于電力系統的開(kāi)關(guān)裝置。但同時(shí)，它也屬于溫室氣體，且溫室效應系數高達二氧化碳的2萬(wàn)3500倍，因此必須尋找相對無(wú)害的替代產(chǎn)品。東芝攜手從事電力基建等業(yè)務(wù)的明電舍公司，正在聯(lián)合研發(fā)使用不含六氟化硫黃的自然氣體的氣體絕緣開(kāi)關(guān)（GIS）。

借助虛擬電廠(chǎng)（VPP）實(shí)現最佳電力管控

隨著(zhù)可再生能源不斷普及，最讓電力公司頭疼的便是如何對供給常常處于不穩定狀態(tài)的電力實(shí)現最佳管控與分配?！疤摂M電廠(chǎng)（Virtual Power Plant: VPP）”正是應對這一問(wèn)題的一種解決方案。所謂虛擬電廠(chǎng)，其實(shí)是一種電力管控機制，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)將光伏發(fā)電等可再生能源發(fā)電系統，與其他零散分布在地區內的老式發(fā)電站、蓄電池、電動(dòng)汽車(chē)、自主發(fā)電并有剩余電力想要出售的居民及辦公場(chǎng)所等發(fā)電、蓄電設備連接到一起，并控制調整電力供需，使得這一網(wǎng)絡(luò )本身像發(fā)電站那樣運作。這種機制可以將擁有并希望出售剩余電力的發(fā)電方也納入電網(wǎng)。電力的調整和分配均由云控制系統負責，各地基站只需配備接入云系統的設備。

為了確保虛擬電廠(chǎng)中的電力交易順利進(jìn)行，需要準確預測電力需求與光伏發(fā)電量（PV）。到目前為止，許多發(fā)電企業(yè)與電力零售方只能根據歷史數據進(jìn)行機械性的預測。東芝則運用多年積累的人工智能（AI）技術(shù)，開(kāi)發(fā)出準確度極高的預測技術(shù)?；谶@一技術(shù)，各方業(yè)主可參照詳實(shí)的數據信息做出最佳決策。東芝推出了名為“Toshiba VPP as a Service”的訂閱式服務(wù)，向用戶(hù)開(kāi)放這一預測技術(shù)。該技術(shù)還榮獲了第一屆光伏發(fā)電量預測技術(shù)大賽“PV in HOKKAIDO”的最優(yōu)秀獎⁵。

另外，東芝還與德國Next Kraftwerke公司合作，致力于助推日本能源交易。兩家公司結合東芝的價(jià)格預測技術(shù)與Next Kraftwerke公司的市場(chǎng)操作經(jīng)驗，聯(lián)手為可再生能源設備業(yè)主及電力企業(yè)提供后援服務(wù)，幫助他們降低電力不平衡風(fēng)險⁶。外界都很期待這項新業(yè)務(wù)能為日本可再生能源市場(chǎng)注入活力。

近年來(lái)，技術(shù)創(chuàng )新速度之快令人驚嘆，人類(lèi)正一步一個(gè)腳印地行進(jìn)在邁向未來(lái)碳中和社會(huì )的道路上。但要真正實(shí)現碳中和的目標，我們每一個(gè)人的意識與行動(dòng)將成為最終的決定性因素。早在氣候問(wèn)題遠遠沒(méi)有如此嚴重的時(shí)代，東芝便已將環(huán)保列為企業(yè)最重要的課題之一，不遺余力地研發(fā)領(lǐng)先世界的尖端技術(shù)。為了將美麗的地球傳承給我們的下一代，今后東芝將繼續和全世界人一道，追求更有效、更優(yōu)異的解決方案。

1.參見(jiàn)聯(lián)合國2021年5月計測報告

2.全球碳項目/國立環(huán)境研究所/日本

3.詳細報道請參見(jiàn)： https://www.toshiba-energy.com/en/info/info2020_0307.htm （英文）

4.詳細報道請參見(jiàn)（截止2019年3月15日）： https://www.global.toshiba/ww/technology/corporate/rdc/rd/topics/19/1903-02.html （英文）

5.詳細報道請參見(jiàn)： https://www.hepco.co.jp/info/2019/1241221_1803.html （日文）

6.電力不平衡：發(fā)電計劃與實(shí)際需求之差