日本能夠奪回其太陽(yáng)能光伏領(lǐng)域的領(lǐng)導地位嗎？

        旭日之國建立和喪失其在太陽(yáng)能領(lǐng)域的主導地位彰顯了可再生能源改變政治和國策是多么蒼白無(wú)力。

東京西南的渥美半島現在溫度為38°C：去年夏末，令人窒息的熱浪席卷了大半個(gè)日本。三井化學(xué)塑料公司經(jīng)營(yíng)的新建發(fā)電廠(chǎng)的辦公室內，電力告急。外面，215,000塊太陽(yáng)能電池板正在將酷熱的陽(yáng)光轉變成50兆瓦電力，用于本地電網(wǎng)?，F場(chǎng)架設了3臺118米高的風(fēng)力渦輪機，還有六兆瓦的發(fā)電能力，以作為太陽(yáng)能電池板的備份，在冬季使用。

三井化學(xué)工廠(chǎng)只是正在建設的數千個(gè)可再生電力裝置之一，因為日本面臨其連續第三個(gè)不使用核反應堆的夏季，而在之前，核電交付全國電力的約30%。在日本，人們將2011年3月11日的地震和東京電力公司福島第一核電站核電災難稱(chēng)為“三幺幺”。輻射污染迫使100,000多人撤離，使數百萬(wàn)人感到恐慌。

此外，它還給日本已經(jīng)不堪一擊的制造行業(yè)帶來(lái)巨大沖擊，而制造業(yè)是國家第二大雇主，占全國經(jīng)濟的18%。

在地震當天，日本54個(gè)核反應堆中有11個(gè)關(guān)閉。一年后，日本的所有核反應堆都停用了，都必須升級到符合提高的安全標準，然后排隊等待檢驗。在我這個(gè)夏季訪(fǎng)問(wèn)期間，日本還沒(méi)有核電，且只有積極節能燈一直亮著(zhù)。同時(shí)，據日本經(jīng)濟、貿易和工業(yè)部統計(METI)，日本使用太多進(jìn)口化石燃料，導致家庭用電價(jià)格上升20%，商業(yè)用電上升30%。

但是，福島事件后的能源危機點(diǎn)燃了對國家可再生能源行業(yè)的希望，尤其是其太陽(yáng)能業(yè)務(wù)。作為在2011年夏季離任前的最后一項舉措，首相菅直人制定了潛在利潤豐厚的上網(wǎng)電價(jià)，以刺激安裝太陽(yáng)能、風(fēng)能和其他形式的可再生能源。上網(wǎng)電價(jià)規定了公用事業(yè)必須采購該等來(lái)源電力的溢價(jià)。

政府獎勵促使三井化學(xué)最終原本采購用于建設汽車(chē)塑料廠(chǎng)(建不起來(lái)了，因為汽車(chē)制造商將制造業(yè)務(wù)遷移到海外)的土地?，F場(chǎng)已經(jīng)閑置了21年，直到三井化工組建財團，幫助融資1.80億美元投資太陽(yáng)能光電板和風(fēng)力渦輪機。因為出手快，三井化學(xué)及其六個(gè)合作伙伴取得2012年上網(wǎng)電價(jià)資格，承諾工業(yè)規模太陽(yáng)能設施為每千瓦時(shí)電量為40日元(35美分)，并持續20年。

曾擔任核電工程師且現在在運行三井化學(xué)能源和環(huán)境業(yè)務(wù)的ShinFukuda說(shuō)，依照那個(gè)價(jià)格，財團可以在10年內賺回投資，并從接下來(lái)至少十年從可再生設施中獲得實(shí)質(zhì)性利潤。

一夜之間，日本成為全球最火熱的太陽(yáng)能市場(chǎng)：在福島淪陷之后不到兩年，全國的太陽(yáng)能發(fā)電能力翻倍。根據METI統計，到2014年8月底，開(kāi)發(fā)商已經(jīng)安裝了將近10吉瓦的可再生發(fā)電能力，包括9.6吉瓦太陽(yáng)能。(福島第一核電站的核反應堆發(fā)電量為4.7吉瓦;全國總安裝發(fā)電量為約290吉瓦。)四分之三的新太陽(yáng)能發(fā)電量為大型裝置，如三井化學(xué)。

三洋電機所謂的太陽(yáng)能方舟，建于2001年，當時(shí)是全國第一波太陽(yáng)能熱潮的全盛時(shí)期，設計發(fā)電量為630千瓦，使之成為全球最大的太陽(yáng)能發(fā)電廠(chǎng)。它以有5,046塊太陽(yáng)能光電板為榮。

來(lái)自日本電視的一張圖片，拍攝了第一次地震后數日，2011年3月14日福島第一核電站氫爆炸后升起的煙霧。福島災難發(fā)生后，全國所有核反應堆都關(guān)閉了。

然而，此太陽(yáng)能發(fā)電量的爆棚對日本太陽(yáng)能光電板制造商來(lái)說(shuō)卻是喜憂(yōu)參半，他們曾在20世紀80年代引擎太陽(yáng)能設計并早在20世紀90年代就發(fā)起了全球太陽(yáng)能行業(yè)。憂(yōu)是因為安裝的數百萬(wàn)太陽(yáng)能光電板中大部分都是進(jìn)口的，都是國外生產(chǎn)的。即便一些日本制造商，包括早期的市場(chǎng)領(lǐng)導新銳，都是購買(mǎi)國外生產(chǎn)的太陽(yáng)能光電板，并在日本銷(xiāo)售。

日本這個(gè)曾經(jīng)的全球最先進(jìn)的半導體生產(chǎn)商和使用該技術(shù)制造太陽(yáng)能單元的先驅?zhuān)绾畏艞壠涮?yáng)能行業(yè)是一個(gè)有關(guān)國家安全、壟斷電力和貨幣驅動(dòng)政治故事。另外，這個(gè)故事給相信可再生技術(shù)優(yōu)勢將為國家轉變其能源習慣提供足夠激勵的人們上了重要的一課。

在21世紀00年代的大部分時(shí)期，太陽(yáng)能行業(yè)的令人印象深刻的進(jìn)步都被忽略了，因為國家強大的電力公用事業(yè)施加政治力量支持核電。而且，盡管消費者對太陽(yáng)能的需求再次飆升并對核電產(chǎn)生了強烈的鄙視，這樣的事情還是會(huì )發(fā)生。在一個(gè)幾乎沒(méi)有化石燃料資源且有痛苦的福島災難泄漏記憶的國家會(huì )利用其技術(shù)知識奪回其作為領(lǐng)先的太陽(yáng)能生產(chǎn)商的地位，還是會(huì )再次忽視可再生能源?

財富

太陽(yáng)能方舟比三個(gè)足球場(chǎng)還要長(cháng)，高37米以上，在子彈頭列車(chē)穿過(guò)日本中部時(shí)，可以從東海道新干線(xiàn)清楚看到。其結構被太陽(yáng)能光電板覆蓋，就像是一個(gè)另一個(gè)時(shí)代(在這個(gè)時(shí)代，日本擁有太陽(yáng)能行業(yè))的能源神殿。三洋在2001年建成此方舟，布置了5,046塊太陽(yáng)能光電板，可產(chǎn)生無(wú)污染發(fā)電量630千瓦。

造就此豐功偉績(jì)的時(shí)代自20世紀70年代的能源危機開(kāi)始，當時(shí)全球石油價(jià)格達到巔峰，打擊了日本出口推動(dòng)制造經(jīng)濟。國家利用其生產(chǎn)電子半導體芯片的主導地位，追求更加清潔、更加安全的替代太陽(yáng)能電力。而且，與美國等其他國家不同，即便在20世紀80年代，油價(jià)下跌，其仍堅持太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)計劃。在1985年到2007年之間，日本研究員申請的太陽(yáng)能技術(shù)專(zhuān)利比美國和歐洲發(fā)明家加起來(lái)多兩倍多。夏普、三洋電機、松下和京瓷成為太陽(yáng)能技術(shù)的明確領(lǐng)導者。20世紀90年代，日本生產(chǎn)商開(kāi)始增加銷(xiāo)售和太陽(yáng)能安裝。到2001年，日本的總太陽(yáng)能發(fā)電量比十年前高500倍-在這十年期間，美國太陽(yáng)能僅上升可憐的15%。

之后，它戛然而止，因為國家將其未來(lái)賭在核電上。

在福島第一核電站淪陷前，政府核電計劃雄心勃勃，他們原計劃到2030年再建設14個(gè)反應堆，將使核電發(fā)電量約加倍，占日本電力的50%。同時(shí)，在21世紀00年代中期，日本的太陽(yáng)能銷(xiāo)售下降，且到2007年，日本生產(chǎn)商的全球市場(chǎng)領(lǐng)導者地位被美國、中國和歐洲制造商取代。就在幾年間，國家行業(yè)領(lǐng)導者的地位就成了昨日黃花。

令日本疏遠太陽(yáng)能的原因混雜著(zhù)認識、文化和政治。核電擁有強大的光滑，而基于間歇可再生動(dòng)力的能源看似薄弱且不可靠–國家的政治電力公用事業(yè)吹捧的印象。盡管日本有大量地點(diǎn)是風(fēng)電和太陽(yáng)能電力的理想場(chǎng)地，電力公司說(shuō)服公眾可選擇的能源有限。“我們真的天真的以為我們缺乏資源，日本必須依賴(lài)進(jìn)口燃料”，東京日本可再生能源基金會(huì )的董事MikaOhbayashi說(shuō)。

公用事業(yè)觀(guān)點(diǎn)披上了自我利益的色彩。日本的10家公用事業(yè)公司為(并保持)垂直壟斷。他們分別控制其各自地區的發(fā)電、輸電和配電，且其電網(wǎng)設計為從中央發(fā)電廠(chǎng)交付電力–包括大型核反應堆。從設計看，他們并未采用互聯(lián)這種有助于保障各種發(fā)電安全使用的手段。在大部分工業(yè)化國家，政府打破了電力市場(chǎng)壟斷，允許輸電網(wǎng)的運營(yíng)商建設該等互聯(lián)，但是日本的公用事業(yè)反對這種自由化趨勢。兩個(gè)交流頻率將全國電力系統一分為二的遺留問(wèn)題也是互聯(lián)復雜化。日本東部為50赫茲，而西部使用60赫茲電力–2011年福島災難后，已經(jīng)發(fā)現這是一個(gè)后果嚴重的障礙，當時(shí)東京電力不足，卻不能使用大阪多余的電力。

當被問(wèn)到日本為什么不在其處于全球行業(yè)領(lǐng)導地位期間選擇積極推動(dòng)太陽(yáng)能，前任首相菅直人告訴我，這歸咎于國家公用事業(yè)：“原因非常明顯。電力公司想要推廣核電，提出反對”。

復興

蘆屋市是位于大阪與神戶(hù)之間，其海灣填海土地的一部分為一個(gè)400單元住宅開(kāi)發(fā)，稱(chēng)為智能城市鹽味-蘆屋(“鹽味蘆屋”)已成雛形，是松下子公司PanaHome創(chuàng )作的。在7月的一個(gè)星期天，已經(jīng)建成的所有50所房屋均安裝了太陽(yáng)能光電板，以向本地電網(wǎng)輸送多余的電力，且PanaHome銷(xiāo)售員正在向有兒童的夫婦推銷(xiāo)這些房屋，賣(mài)點(diǎn)是家庭能源利益和抗振。

鹽味蘆屋是有雙重故事的家庭，包括地熱加熱和制冷及其他綠色設計特征，以最小化耗電量，同時(shí)高效的屋頂太陽(yáng)能光電板最大化發(fā)電量。據PanaHome銷(xiāo)售員三和渡邊說(shuō)，多余的電力可以使居民每年賺取約100,000日元(825美元)。渡邊吹捧說(shuō)，還有一個(gè)特征是無(wú)價(jià)之寶，他說(shuō)，在斷電時(shí)，如地震或臺風(fēng)，家里還有電可用。她打開(kāi)了樣板房餐廳的一個(gè)櫥柜，展示了鋰電池，它與廚房旁邊的能源管理系統一起工作，可以運行家里的空調/熱泵、一層照明和冰箱，可持續約2天。

松下的太陽(yáng)能希望依托三洋研究員在20世紀90年代發(fā)明的技術(shù)，松下于四年前在公司兼并時(shí)收購此技術(shù)。此太陽(yáng)能單元組合了傳統的晶體硅和薄膜非晶硅技術(shù)，太陽(yáng)能轉化成電力的效率相對較高。此混合技術(shù)稱(chēng)為HIT，與固有薄層結合，稱(chēng)為公司太陽(yáng)能戰略的中流砥柱。

新鄉岡本，一名材料科學(xué)家，在成為松下生態(tài)方案商業(yè)集團的太陽(yáng)能研發(fā)主管前，一直在三洋電機工作，說(shuō)太陽(yáng)能光電板正在國內銷(xiāo)售中賺取溢價(jià)，因為在相同的屋頂，它們產(chǎn)生的電力比目前市場(chǎng)主導更便宜的多晶板更多。假定在白天，日本每個(gè)家庭的平均耗電量為1,400千瓦時(shí)每年，他說(shuō)，與使用普通太陽(yáng)能系統的家庭相比，使用松下系統的家庭將多出52%的多余電力返回到電網(wǎng)。

日本居民電價(jià)昂貴，在2013年為24.33日元(20美分)每千瓦時(shí)，約為美國平均電價(jià)的兩倍。且鑒于電價(jià)“肯定會(huì )持續上漲”，岡本說(shuō)，最有效的屋頂太陽(yáng)能系統將具有很大的優(yōu)勢。7月，我們在位于東京東面的松下志賀工廠(chǎng)見(jiàn)面時(shí)，工廠(chǎng)鋼開(kāi)始裝運期最新且最強大的太陽(yáng)能光電板設計。使用效率為22.5%的單元的太陽(yáng)能光電板的進(jìn)步包括背面用于提高光吸收率的散射膜。組裝線(xiàn)每天24小時(shí)運行，以滿(mǎn)足國內需求。

另外，管道也有進(jìn)步。4月，岡本的小組生產(chǎn)了一種效率達到25.6%的太陽(yáng)能硅單元，打破了保持了15年的25.0%的記錄。盡管此記錄是在實(shí)驗室通過(guò)原型設備得到的，岡本預計其小組將最終能夠生產(chǎn)出效率與晶體硅理論極限29%相差無(wú)幾的商業(yè)單元。

更新改造

在毀掉的福島第一核電站反應堆的海岸山脈和其污染的土地上，全球最先進(jìn)的致力于可再生能源研發(fā)的機構正在崛起。位于郡山市福島縣商業(yè)中心的1億美元基地在4月開(kāi)放，將之前日本分散的科學(xué)技術(shù)機構聚到一起。將此機構設立在此并非偶然，這是對災難地區人民的情感和經(jīng)濟承諾。

2011年3月的地震、海嘯和熔毀后，東京北面這個(gè)風(fēng)景秀麗的縣仍是無(wú)人區。這次災難讓100,000多居民中多數人無(wú)家可歸，且再也不能回來(lái)了。重新安置輻射污染地區無(wú)住宅且無(wú)生計的群眾并非易事。福島的太陽(yáng)能供電輻射監視器表明，空氣是安全的，但是在東面100千米處，東京電力公司(TEPCO)仍在努力避免污染地下水和海洋。

郡山研發(fā)機構吹噓為最先進(jìn)的結晶、切割和硅晶片成型實(shí)驗室，且其生產(chǎn)線(xiàn)每小時(shí)可以生產(chǎn)多達360個(gè)鏡片。外面在測試各種太陽(yáng)能光電板及中等型號的風(fēng)力渦輪機和較大型電網(wǎng)連接蓄電池。其最有雄心的計劃由日本最受歡迎的太陽(yáng)能科學(xué)家之一的真琴。長(cháng)井領(lǐng)導，他從東京科技所到郡山。其目標是提高硅單元的理論效率極限，在2016年達到30%，并在2021年達到40%。這是一個(gè)雄心勃勃的計劃，但是包括松下在內的三家大型制造商已經(jīng)簽約了。

盡管還有一些其他研究員正在尋找比硅(占目前太陽(yáng)能產(chǎn)量的90%)更加高效的替代材料，長(cháng)井致力于自上而下重新設計硅單元。例如，他的一支團隊正在開(kāi)發(fā)一種用于生產(chǎn)更高品質(zhì)硅錠。另一支團隊正在重新思考半導體結構成型方式，以將硅晶片轉換成單元;長(cháng)井的計劃是蝕刻或構建僅幾納米的垂直結構，這要比硅晶片自身窄100,000倍。如果此仿真結果好，得到的更窄或窄壁將改變硅內的電氣行為，從而提高其吸收光和收集光電荷的能力。

2011年6月，福島之前的原支持核能的縣長(cháng)佐藤雄平宣布，福島以后將依賴(lài)可再生能源。社區活動(dòng)家在全縣啟動(dòng)了幾十個(gè)項目，且在2012年，它制定了到2020年，將目前可再生能源占其電源的22%提高到100%的目標。

但是，日本能源困境的殘酷現實(shí)為該等雄心裝飾可能以失敗告終。僅從上網(wǎng)電價(jià)角度預期，太陽(yáng)能擴展不可能滿(mǎn)足全縣目標–或甚至是取代日本核電曾提供的電能。而且，政治和經(jīng)濟力量并不看好更強烈的擴大可再生能源的政策。

根據日本太陽(yáng)能協(xié)會(huì )預測，一個(gè)東京貿易小組建議年太陽(yáng)能安裝量將在今年達到峰值，卻也只有七吉瓦。該小組預測日本總安裝太陽(yáng)能發(fā)電量將在2030年達到102吉瓦，只能滿(mǎn)足全國小部分電力需求。風(fēng)電的中等部署將提供一些額外電力。但是，日本需要很多。盡管日本消費者和工業(yè)已經(jīng)自2011年起削減電力需求，通過(guò)增加進(jìn)口天然氣、石油和煤炭的用量，彌補大部分核電公用事業(yè)。2012年，化石燃料占日本發(fā)電量的89%。因此，其總溫室氣體排放量比2010年高7%。

可再生電力的前景會(huì )更差。為了避免無(wú)法重啟核反應堆，公用事業(yè)正在建設新一代燃煤發(fā)電站。據大林統計，現在有約13吉瓦的新煤電發(fā)電廠(chǎng)正在開(kāi)發(fā)。

同時(shí)，日本太陽(yáng)能的成本相對較高，帶來(lái)原支持核電公用事業(yè)的人煽動(dòng)反對可再生能源的威脅。“毫無(wú)疑問(wèn)，現在的太陽(yáng)能光電板發(fā)電是昂貴的”，Okamoto說(shuō)，表達了個(gè)人而不是松下的觀(guān)點(diǎn)。他擔心為了給屋頂太陽(yáng)能系統和三井化學(xué)這樣的發(fā)電廠(chǎng)融資，電費上漲會(huì )使納稅人會(huì )做出負面反應，：“如果我們繼續在當前成本水平擴大我們的業(yè)務(wù)，我們可能遭到反對。”

另外，喜歡核電的守舊政治家看似死灰復燃。民意調查發(fā)現，大多數日本人反對重啟公用事業(yè)的閑置反應堆，首相安倍晉三發(fā)誓要重啟日本核監管機構認為安全反應堆。7月，該機構向位于九州南島的兩個(gè)反應堆發(fā)布了第一份證明–然而在福島事件后，強制要求建設的現場(chǎng)外緊急控制中心尚未竣工，且反應堆與附近的活火山非常接近，非常危險。很快，將口服碘藥片分發(fā)給了反應堆的鄰居，且得到本地政府和核電廠(chǎng)所在薩摩川內市的綠燈，預計前期啟動(dòng)會(huì )很快開(kāi)始。沒(méi)有核電站提供的工具、稅務(wù)和業(yè)務(wù)，該市經(jīng)濟陷入困境。

同時(shí)，公用事業(yè)延遲可再生開(kāi)發(fā)接入電網(wǎng)或收取電網(wǎng)升級費用，導致可再生項目不可行。這些阻力對風(fēng)電的打擊最大。實(shí)際上，自福島事件后，日本微薄的風(fēng)力渦輪機市場(chǎng)在減緩。

10月，地震后，工人看著(zhù)起重機吊起輻射保護罩的一部分，將之放在福島反應堆上。吊起蓋子后，自2011年起第一次露出里面建筑碎屑。

這個(gè)夏天，METI組建了一個(gè)委員會(huì )管理新能源政策的實(shí)施。一項議題：公用事業(yè)和政府最近為了限制繼續安裝太陽(yáng)能做出的努力。Ohbayashi說(shuō)METI變卦了，因為它對可再生能源的商業(yè)潛能及其可能對公用事業(yè)產(chǎn)生的影響做了錯誤判斷。Ohbayashi說(shuō)“他們不認為太陽(yáng)能光電板會(huì )呈爆炸式發(fā)展。”

日本政府已經(jīng)計劃輻射式檢修全國四分五裂的批發(fā)市場(chǎng)和電網(wǎng)，準備在以后，生產(chǎn)商享有交付電力的權利。在該情況下，可再生能源會(huì )繁榮發(fā)展。

但是，最重要的步驟還在后面幾年：迫使垂直集成公用事業(yè)“松綁”其發(fā)電和輸電業(yè)務(wù)。松綁對為生產(chǎn)商創(chuàng )造一個(gè)平臺、優(yōu)化系統以實(shí)時(shí)交付最便宜且最清潔的電力很重要。

重新設計電網(wǎng)以容納大量可再生能源流，如風(fēng)能和太陽(yáng)能，可能對日本來(lái)說(shuō)是昂貴的辦法。但是，它的成本不一定比目前政府和公用事業(yè)正在夸夸其談的核電高。事故保險和升級以預防事故的成本可能使核電的成本翻倍。

如前任首相菅直人跟我說(shuō)的，福島第一核電站的災難永遠改變了核電的經(jīng)濟學(xué)。“以前，都說(shuō)核電能夠以非常低的成本供電，但是，現在我們知道了，這不正確”，他說(shuō)，“計算時(shí)假定無(wú)事故會(huì )發(fā)生?，F在，我們知道會(huì )發(fā)生事故。”