微电网助力灾后恢复重建
牟云娟
2018年07月02日 12:00
艾米·迈尔斯·杰夫 琳赛·艾弗森 摩根·D.巴赞安 编译 杜珩
《光明日报》（ 2018年06月27日 14版）
光明图片/视觉中国
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【环球科技】
在世界的很多地方，气候变化加剧了极端气候事件的发生，促发政治与经济动荡，越来越多的地区性冲突导致人员流离失所，增强能源系统的抗击打能力，为难民营提供可靠的电力服务愈加重要。学者与政策执行者发现，要改进难民及其社区的能源获取，必须全方位地对人、经济与环境进行研究。
从美国近年来的经验看，微电网(指能够独立、模块化发电和输送电的分布式能源系统)以及将微电网与传统动力源整合起来的通讯与自动化技术能够防止类似波多黎各的能源危机，还能为那些无家可归只能住在难民营或临时安置点的人们提供更好的服务。
微电网能增强能源系统抗击打能力
在百年难遇的五级飓风玛丽亚（2017年9月16日至10月3日）横扫美属波多黎各岛一个多月后，全岛依然有60%的地区没能恢复电力供应，约一百万人的生活受到严重困扰。停电导致了严重的人道主义危机，没有干净的水、冰箱不能保存食物、疾病肆虐、药品无法冷藏、求救电话也没法打通。成千上万的家庭无法忍受数月没有基本公共服务之苦，不得不拖儿带女，投靠迈阿密、纽约以及其他东海岸波多黎各社区的亲友。虽然相关社区也在积极为这些无家可归者提供帮助，但无奈救助之路漫长而艰辛。
波多黎各有家难回的人们不幸加入了全球6600万难民的行列，这些全世界的难民之所以流离失所，大部分是因为战争、社会动荡以及环境灾难。对他们来说，能够被快速地安置到一个富裕的国家生活，简直称得上是“天上掉馅饼”的好事儿，因为绝大多数的人们只能在难民营或者临时住所里勉强度日。一直以来，负责管理难民营的非政府组织与国际机构都把维持难民的基本需求，如食物、水、临时住所、医疗服务放在首位，然而我们在波多黎各看到的情况是，最基本的服务都需要依赖能源的供应。因此，可持续与稳定的能源供应是灾害应急救援必须首先满足的要素。
与依赖大型、集中生产的传统电力系统相比较，能够独立、模块化发电和输送电的分布式能源系统——微电网有更多的优势。未经改良的分布式系统可能会导致主电网的不稳定或在功率骤增时崩溃，现在新的智能装置可以让分布式能源系统与主电网无障碍地交流融合，还能够在遭遇飓风等突发灾害导致危机时，将分布式电网从输电和配电主网上分离开，即使主电网已经停电，微电网系统还能提供局部的电力供应。一些太阳能系统专门安装在柴油发电机旁边形成混合电力系统，效率远超传统发电机组。自从飓风桑迪2012年导致美国曼哈顿大部分地区停电以来，研究人员与政策制订者们一直在探索如何更好地部署这些能源系统，而极端天气事件的不停发生，也为能源系统测试提供了充分的机会。
当飓风哈维横扫休斯顿后，得益于之前安装的微电网系统，当地的连锁超市HEB还能够继续运营。风暴之后，休斯敦面临水灾与停电的双重打击，十多家HEB连锁超市门店启动了以天然气为动力的微电网，这让HEB连锁超市能够开启“孤岛运营模式”，为顾客提供清洁的水、冷藏食物、天然气等生活必需品。当主电网来电时，各大门店又从容自如地切换回日常使用的主网模式。
增强能源系统的抗击打能力是一个方面，电网能够迅速恢复正常也至关重要，新的能源技术促进了后者的实现。飓风玛丽亚袭击波多黎各后，特斯拉与另一些创新型的公司承诺，使用太阳能电池板和太阳能电池为波多黎各岛部分地区供电，在一个月之内特斯拉公司就为波多黎各首都圣胡安的一家医院架设好了光伏电池阵列。特斯拉还提议可以用自己的专利技术，在几周内迅速为当地大部分地区恢复供电，特斯拉的方案比波多黎各当地能源公司提出的需要数月的时间修复设施与恢复供电快了很多。
波多黎各并不是这些新技术的第一批大规模紧急测试实验场。以南加州为例，一家大型天然气地下存贮公司在艾莉森峡谷发生工业事故，严重影响洛杉矶与圣地亚哥及其周边城市的电力供应。短短数月之内，超过一百兆瓦发电厂规模的太阳能板与电池安装到位并开始发电，解决了天然气事故导致的电力中断以及不足问题。
微电网在能源救助上大显身手
当危机到来时，紧急救援没办法做到面面俱到，援助机构需要重点考虑大型难民营遇到严重能源问题时，上述先进的能源科技能否化解危机。相比资本密集型的大型集中发电机组，分布式系统更经济节约、安装快捷，可以根据需要或按照重要区域及服务的要求，以模块化和断续加载的方式按比例增加或减少；而且分布式系统的空间域很小，在同一地区对气候与军事活动的敏感度低五倍，因此在发生军事冲突地区以及严峻气候环境下，分布式能源系统更加可靠。这也是美国国防部对此类技术大力投资的重要原因。
全世界现在超过500万人居住在难民营，这些难民营基本上都建在边缘化的土地上，既不安全也没有什么可用的资源。英国皇家国际事务研究所调查发现，难民营中89%的居民没有能源照明，77%的居民没有能源做饭，绝大多数家庭靠收集柴火做饭点灯，基本上是承担家务的妇女和女孩穿过难民营的边界到附近收集薪柴，这又增加了她们遭受暴力袭击的危险。虽然一些难民营是非政府组织规划建设，但大都是由难民自己在匆忙中先行建造，此后人道主义机构再提供一些支持。要想把传统的电力系统引入难民营在技术上是完全不可行的，更不要说建设电力基础设施需要的高额投资，难民营所在国的政府也不愿意看到临时性的难民营和所在国的电力设施建立长期性的对接。新的分布式能源系统的模块化与独立性可以灵活地避开这些雷区，很好地解决上述难题。
能源的成本是需要重点考虑的方面。英国皇室国际事务研究所发现，难民家庭每年需要在能源上花费200美元左右，对于这些全球最脆弱的人们来说是一个沉重的经济负担。如果为依靠手电与煤油照明的难民们安装太阳能微电网，他们每天可以用低瓦数的灯泡照明几个小时，这项开支预计是5亿7400万美元，难民家庭每年可以节约1亿1700万美元的照明支出，也就是说，他们使用微电网系统五年之内就回本了，而且可以在此后继续享受近乎免费的照明，从而节约出更多的钱来重建自己的生活。事实证明这项科技是行之有效的，一个约旦难民营最近建造的太阳能微电网系统，为2万名叙利亚难民提供冰箱、照明用电，建造成本分摊下来仅为每年用电所需费用的一小部分。
过去5年间，太阳能与其他分布式能源系统的成本下降了很多，然而相对高昂的前期费用还是让很多运营难民营的非政府组织或国际机构望而却步。最近的研究发现，随着难民营的运营周期有愈来愈长的趋势，虽然安装分布式能源系统的成本比较高，从长远来看却能够帮助运营机构省钱。为国际机构提供长期资金的新型财务产品有助于可持续地实现分布式能源系统的安装，从而降低运营机构在安保和医疗方面的费用。为清洁能源安装提供融资的金融产品，如红十字会的人道主义影响力债券或由政府担保的“绿色”债券，越来越受到机构投资者的追捧，因为此类筹资工具不仅享受财务分红还具有可量化的社会影响力。
微电网的灵活性与快捷安装也有助于提升政府的正面形象。虽然很多无家可归的人们与当地政府都是考虑暂时性地居留，但事实上时间节点却一再延长。现在有1100万难民居住在临时住所里长达5年以上，肯尼亚北部的达达布难民营就是很好的例子。这个世界上最大的难民营已经运营了四分之一个世纪，收留了34.5万人，居民们仍然认为这是个临时安置点，当地政府也禁止修建永久性的建筑。在这样的困境下，分布式模块化的能源系统提供了折中的解决方案。
微电网发展的财务困局与解决方案
相比大型集中式的电网，越小型的能源项目单位成本越高，而新的科技与商业模式将分布式能源系统在面对突发状况的安全性、规模化和稳定性上进行了提升，弥补了成本高企的不足。分布式能源的广泛安装可以应对日益频繁的极端气候灾难。现在有很多统计方法可以用来评估在不确定情况下投资的财务风险，然而在电力系统的规划方面，类似的评估方法却很少用到。政府部门和能源部门需要用好这些统计方法，测算出分布式能源系统全生命周期的成本与效益，这样在做投资决策时，对新的能源系统能做到心中有数。
财务规划是一回事，融资又是另外一回事。作为第一批发行绿色债券的国际机构，世界银行发行的绿色债券用来支持发展中国家减缓与适应气候变化的项目，其中就包括可再生能源项目。世行还应该与联合国难民署以及其他相关机构联合发行类似的绿色债券，用于支持在难民营或其他应急救灾状况下的分布式能源系统建设。
负责任的机构应该具备长远的眼光与规划，联合国绿色气候基金、世界银行之类的国际主要捐赠机构、援助机构与受援国家需要坐下来，为资助与建设新的、适应力更强的电网系统进行充分讨论。国家政府也应该采取配套措施让分布式能源系统在国内落地实施。美国最近就有三位参议员建议立法，确保联邦灾害基金能够用于建造更多适应性强、更有效率、清洁、低成本的能源系统。
随着极端天气、冲突与政治动乱让全球数千万人流离失所，世界各国对能够迅速安装并稳定运行的能源系统的需求不断上升。要帮助这些无家可归的人们，需要借助新的科技手段、财务规划，以及更有创造性的解决方案。
（撰稿 艾米·迈尔斯·杰夫 琳赛·艾弗森 摩根·D.巴赞安 编译 杜珩）
（原文刊登于美国《外交事务》杂志，译者系四川省社会科学院震灾研究中心助理研究员）