中國儲能網(wǎng)訊：本文想重點(diǎn)談?wù)劰夥刃履茉吹囊粋€弱點(diǎn)，能量密度低的問題，還是以光伏為例，因?yàn)楣夥l(fā)電的這個缺點(diǎn)最明顯。
能量密度，指單位能源介質(zhì)能夠釋放出的能量，這個單位可以是單位重量、單位體積，或者單位面積。例如，討論煤炭的時候，我們所說的熱值，就是單位重量所能夠釋放的能量，通常以“熱值”來表示。而對于石油或天然氣等流體，既可以用重量（每克多少千卡），也可以用單位體積的能量來表示，如對于天然氣通常以每立方米多少千卡熱量來表示。
傳統(tǒng)能源的能量密度是很高的，例如，一車廂煤炭能夠讓火車跑數(shù)千公里，能夠發(fā)出20萬度電，足夠滿足1萬個家庭一天的用電需求。汽車加滿一箱油，能夠跑七八百公里，這就是能量密度高的好處。能量密度高，還使得傳統(tǒng)能源便于儲存和運(yùn)輸，無論是煤倉還是儲罐，一個幾十畝的地方，就能夠儲存供幾十萬戶居民一個月的能源消費(fèi)所需的煤炭和石油。
光伏發(fā)電的能量密度低，不是光伏發(fā)電組件的問題，而是陽光照射到地上的能量密度就很低，由于接受光照是按照面積計算的，因而光伏發(fā)電的能量密度也以單位面積計算。晴天的中午，照射到地面上每平方米的陽光的總能量功率大約是1千瓦，如果光伏發(fā)電的轉(zhuǎn)換效率按照20%計算，那么，每平方米光伏組件的功率就是200瓦。如果按照現(xiàn)代城市家庭每戶5KW的用電功率計算，1萬戶的家庭用電，需要25萬平方米的光伏組件，如果考慮到每天光伏發(fā)電的小時數(shù)，這個面積可能還要大上兩到三倍，也就是一到兩平方公里的光伏電站才能滿足1萬戶的家庭用電。
與石油煤炭相比，光伏的能量密度低似乎的確是一個缺點(diǎn)。但是，如果我們看看電力的用戶，就會發(fā)現(xiàn)，除了大型工廠和設(shè)施以外，絕大多數(shù)的電力用戶其實(shí)需要的能量密度并不高。以居民為例，按照前面每戶5KW的功率計算，采用光伏發(fā)電大約需要25平米的光伏組件，占有約50平方米左右的屋頂面積，這是絕大多數(shù)居民的房屋都能夠滿足的。而大多數(shù)電子、機(jī)械、電子工廠，假如廠房的面積是5000平方米，屋頂?shù)墓夥M件將能夠提供800K的電力（考慮了維護(hù)通道），這樣的功率在大部分的情況下，能夠滿足該屋頂下的車間里的設(shè)備生產(chǎn)和人員辦公的用電。而農(nóng)村和城鎮(zhèn)，由于建筑高度不大，相對用電功率不大，光伏發(fā)電的能量密度更加不是問題。至于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、油田、礦山、野外基地、哨所等地方，光伏發(fā)電的能量密度簡直是由大自然（另一個名字叫上帝）為這些場合量身定做的。
真正需要高能量密度的，只有高層建筑、冶金、化工等高載能工業(yè)項目。從建筑物或者工業(yè)設(shè)施的數(shù)量上來說，他們所占的比重并不大。
因此，光伏發(fā)電的能量密度低，與大部分電力用戶的能量密度分布情況是一致的。因此，應(yīng)當(dāng)說，除了那些高載能的工廠需要傳統(tǒng)的化石能源來用于供電外，對于大多數(shù)的居民、城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、野外設(shè)施的供電來說，光伏發(fā)電與電力用戶的需求的能量密度反而更加匹配，更加合適。
那么，為什么在大多數(shù)人們的心目中，能量密度低會成為一個缺點(diǎn)，而且是很大的缺點(diǎn)呢？這是由于電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)所決定的。
由于煤炭、石油的能量密度高，因此，逐步形成了大功率發(fā)電機(jī)組集中發(fā)電的形式，而且，鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)的功率越大，效率也越高，因此，發(fā)電廠的功率就越來越大。發(fā)電廠發(fā)出的電力經(jīng)過骨干電網(wǎng)送往各地，然后再經(jīng)過較低電壓的輸配電網(wǎng)絡(luò)傳送到工業(yè)區(qū)、居民區(qū)等最終電力用戶。如果光伏發(fā)電也要采用這樣的模式來進(jìn)行輸電和配電，自然，能量密度低就成為缺點(diǎn)，因?yàn)椴粌H占地面積大，而且，電力收集的成本也非常高。
但是，現(xiàn)代電力輸電網(wǎng)絡(luò)的體系，并非是天生的，而是隨著發(fā)電技術(shù)逐步演變成為現(xiàn)在的電力輸配系統(tǒng)。
1880年，在愛迪生發(fā)明了電燈，使得電力第一次具有實(shí)際的作用（照明）以后，愛迪生開始為路燈的照明鋪設(shè)輸電系統(tǒng)。當(dāng)時的電力和電燈都是直流電，愛迪生的電力系統(tǒng)是低壓直流電（與現(xiàn)在的光伏發(fā)電完全相同），在距離發(fā)電機(jī)半英里的范圍內(nèi)，直流電是高效率而且經(jīng)濟(jì)的，與現(xiàn)在光伏所倡導(dǎo)的“低成本高效率”的目標(biāo)一樣。因此，愛迪生在一個城市里建立多個直流中心站，從中心站電線呈放射狀輻射到周圍一英里方圓內(nèi)的建筑。當(dāng)時愛迪生電燈公司的第一批客戶包括德雷克賽爾財團(tuán)、摩根財團(tuán)、帕克銀行，還有《紐約時報》。愛迪生的電力系統(tǒng)逐步從門羅公園擴(kuò)充到華爾街，然后是華盛頓的白宮，再到巴爾的摩。愛迪生建立了自己的低壓直流電網(wǎng)體系，并深深為之自豪。他根本不想與交流電有任何關(guān)系。
這時，電力歷史上另外一個重要的人物威斯汀豪斯（Westing House，他用自己的名字命名的公司，被音譯為西屋公司）出現(xiàn)了。威斯汀豪斯發(fā)現(xiàn)，愛迪生的低壓直流電網(wǎng)的物理局限是顯而易見的。因?yàn)槊總€直流中心電站只能覆蓋1英里方圓，而在這個區(qū)域內(nèi)，建筑內(nèi)使用電燈的用戶越來越多，每個家庭內(nèi)使用的電燈數(shù)量也會越來越多，因此，中心站很快就不能滿足所覆蓋區(qū)域內(nèi)的越來越大的電力需求。此外，發(fā)電機(jī)的噪聲使得附近居民不堪其擾。著名的摩根公司總裁摩根先生在自己的地下室里安裝了一臺蒸汽機(jī)和發(fā)電機(jī)，這些機(jī)器的聲音如此之大，使得他的鄰居詹姆斯-布朗太太非常抱怨，不僅她的整個房子都在一致發(fā)抖，而且討厭的濃煙使得她的銀器褪色，滿地的煤灰則使得院子無法保持整潔，還有討厭的噪音，和冬天溫暖的煙囪管道招來的野貓的嚎叫。
威斯汀豪斯在從交流電的變壓功能想到了一種新的、更經(jīng)濟(jì)有效的輸電方式，這種方式不是到每一盞電燈，而是高壓交流遠(yuǎn)距離輸送，再變壓到低壓進(jìn)入家庭。這當(dāng)然嚴(yán)重影響了愛迪生電燈公司的利益。從此，愛迪生為了交流電還是直流電和威斯汀豪斯之間進(jìn)行了長達(dá)十余年的殘酷競爭，競爭并不像他們表面上看上去那么有紳士風(fēng)度，惡意中傷、爾虞我詐、賄賂、間諜等多種卑鄙手段都出現(xiàn)了。最終，通過1892年的芝加哥世界博覽會的照明中標(biāo)和1895年尼亞加拉大瀑布的水電站的建成為標(biāo)志性勝利，威斯汀豪斯公司終于戰(zhàn)勝了愛迪生的直流系統(tǒng)，確立了交流電的主導(dǎo)地位，從那以后，輸變電系統(tǒng)逐步演變成了現(xiàn)代電網(wǎng)的體系。從此以后，電廠的發(fā)電功率越來越大，輸電距離越來越長，輸電電壓越來越高。特高壓、超大功率、超遠(yuǎn)距離傳送成為了現(xiàn)代電網(wǎng)的標(biāo)志和象征。
時代輪回。隨著光伏等新能源的推廣應(yīng)用，光伏電源成為了隨處可得的電源，它沒有噪音，沒有污染，也沒有討厭的黑煙。既然自己的屋頂就能夠產(chǎn)生電力，為什么還要遠(yuǎn)距離送電？當(dāng)然，已經(jīng)建成的輸電體系還是有它的用途，例如，上海這樣的大都會城市，寶鋼這樣的鋼鐵廠，都需要。但是，對于農(nóng)村，對于新城鎮(zhèn)，對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，對于大量用電量不大、卻有著大面積的屋頂?shù)墓S，為什么還要采用骨干電網(wǎng)來輸電？如果再考慮深一步，我們家庭的電器，都完全可以采用直流電，而且大部分必須采用直流電。例如，電視，電話，電腦，LED電燈。而那些大功率的家電，如空調(diào)、冰箱、電飯鍋，其實(shí)也完全可以采用直流電。那么，直流電和交流電會不會發(fā)生第二次大戰(zhàn)，這一次的勝利者會是哪一個呢？
可以確定的是，隨著光伏發(fā)電等新能源的大量應(yīng)用，直流電網(wǎng)很可能再次興起，并在家庭和辦公場所占據(jù)上風(fēng)。但是，這絕對不會是倒退，而是一種進(jìn)步，是螺旋式的上升。
首先，電源是完全的綠色能源，不再有噪音和污染；其次，直流與交流的轉(zhuǎn)化都是通過電力電子的方式進(jìn)行變換，不需要發(fā)電機(jī)和整流器；不同新能源與就地的負(fù)載共同組成了微電網(wǎng)，而且會逐漸出現(xiàn)交直流并存的混合電網(wǎng)。而且，現(xiàn)代的光伏與當(dāng)年的中心站也不同，愛迪生的中心站依然是一點(diǎn)發(fā)電對多點(diǎn)用電的放射性結(jié)構(gòu)，而現(xiàn)在的光伏完全是在每個屋頂上的多點(diǎn)發(fā)電對多點(diǎn)用電（更像是peertopeer的結(jié)構(gòu)），因此，電力傳輸距離很短。
今后，對于那些用電功率不是那么大的場、設(shè)施和建筑，完全可以采用新能源以微電網(wǎng)的形式進(jìn)行供電。你可以稱之為“分布式發(fā)電”，但這個叫法并不嚴(yán)謹(jǐn)?！拔㈦娋W(wǎng)”是更科學(xué)的叫法。各種新能源對所在的電力負(fù)載進(jìn)行就地供電，電源與負(fù)載共同組成了一個微電網(wǎng)。網(wǎng)內(nèi)的負(fù)載增加與電源的增加完全可以同步，不存在容量限制的問題。因?yàn)?，新房子必然有新屋頂。然后，大量的微電網(wǎng)將通過智能技術(shù)互聯(lián)，而那些載能大的用戶則可以依然采用現(xiàn)有的電網(wǎng)體系進(jìn)行輸配電，微電網(wǎng)將與骨干電網(wǎng)融合到一起，組成一個遍布全地區(qū)、全國乃至全球的能源互聯(lián)網(wǎng)。
微電網(wǎng)大量誕生后，大家會意識到，原來光伏發(fā)電的能量密度低，也未必是一件壞事，反而可能是上天為我們?nèi)祟愒缇妥龊玫囊粋€恰到好處的、美妙的安排。
原標(biāo)題:低能量密度：光伏的弱點(diǎn) 還是優(yōu)勢？
