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中国光之屋:开启直流民宅时代

来源:瞭望新闻周刊
2011年07月03日19:22

  《瞭望》文章:中国光之屋:开启直流民宅时代

  “如果DC HOME被社会认同,将可能改变与家电相关产品的标准,还将变革城市能源供给系统,重要的是将会改变我们的生活方式”

  文/《瞭望》新闻周刊记者屈一平

  今天,当太阳能可以转化为电能,当云计算物联网的人类智能工具日趋成熟,能源使用的下一章节将在哪里出现高潮?在光设计师安小杰的工作室,一个家庭能源全新系统已经开始搭建。

  “从明天起,关心粮食和蔬菜,我有一所房子,面朝大海,春暖花开。”海子的诗,在安小杰的设计中成为现实:给你一所房子,一个自生能源的房子,一个完全不需城市电网供电的住宅,在大海边,你可以安家——光时代的智能家庭近在咫尺。

  安小杰主持设计过“水立方”和广州歌剧院等地标建筑光源,他基于现今的半导体照明(LED,OLED)设计应用和明日的云计算民用,打破了传统能源应用的疆界。一个向着太阳的光之屋,意味着每个家庭现今使用的传统照明和交流电电器将被淘汰。

  “一个有脑子的房子,可以不断升级。”安小杰这样评价即将出现的光时代之屋——“直流家庭”(DC HOME)。中国城市规划设计研究院深圳分院副院长朱荣远这样评价中国光之屋的未来:“个体独立单元自给自足的全新家庭能源使用系统,必将促进整体城市能源供给转型。”

  呼唤直流民用时代

  北京市朝阳区大羊坊路77号,是安小杰所在的“光景设计”工作室,那里诞生了中国众多标志建筑的光设计方案。

  《瞭望》新闻周刊记者在这个工作室看到,一个近千平方米的工作间,通体被玻璃墙面装饰,它不仅是电光源的实验场,还安装着光伏采能系统、换能系统、直流储能系统、直流耗能系统以及管理分配系统,成本数千万元——它堪称一座光时代能源之屋的样板。

  打个比方,如果全北京城都停电了,77号一定还是灯火通明,因为,这里“向日而生”,太阳能和风能直接转化为电——而不是城市电网的电。

  “如果家庭采用DC HOME系统,就不再需要用市电。”安小杰向本刊记者演示他工作间的苹果电脑,去掉常见的电脑外接电线中间那个“笨重的长砖头”——逆变器,这台电脑通过一个插头就可以直接使用室内直流电源。

  他解释说,直流系统比交流系统便宜,因为发的直流电可以直接使用,而电网公司一般使用交流电方式送电,再经过变压器转为220伏特电流入户,最后经过家用电器中的逆变器设备提供小于36伏特电压使用,这样,中间环节的设备以及线损,耗费了大量成本。

  日本“3·11”地震发生时,安小杰正好在日本,亲身感受了强震,这也给他带来更多的思考。他从当地媒体报道中得知,海啸推搡着没有被地震震毁的着火的房屋,心中便生出疑问:“水深火热”中的遇难者,有多少死于地震引起的室内电源起火?又有多少人在地震发生时触电身亡?

  安小杰怀着更加紧迫的心情,反思家庭能源的使用方式——既然36伏特以下的低压直流电接入室内就足够使用,为什么还要用220伏特的交流电,并将之再次转换为直流电?

  这代表了他完成“水立方”光设计方案之后七年来的一个信念:低压直流家庭用电不是更安全吗?

  “家用电器里,液晶电视、电脑是直流的,变频空调、变频冰箱、LED照明都是直流的,为什么还要搞交流呢?”安小杰认为,新能源提供了一个改变的机会——太阳能和风能进入住宅后,可通过相应的电池存储块存储,以直流形式足以供家电使用。

  他说,现今的太阳能发电产生的本是直流电,但它需要被转换成交流电进入输电网,以实现长途输送,再进入家庭时,它又需要被转换成直流电来启动家用电器。既然如此,为什么不把中间的交流电过程去掉,做减法呢?

  关于交流电与直流电的讨论可以追溯到19世纪的80年代,发明家爱迪生(Thomas Alva Edison)当时就提出直流供电的方案。然而,由于爱迪生欺骗发电机技术关键合作人特斯拉(Nikola Tesla),拒绝付给后者合作费用,特斯拉遂转向与西屋(Westinghouse Electric)合作,提出交流供电方案,并拿下尼亚加拉大瀑布水电标准,这也成为后来世界的用电标准。支持交流电最关键的理由是,当长距离大规模送电时,交流对于电压的升降较为简单。

  百年后的今天,随着环境变迁,短距离送电的应用大增,加之DC-DC(直流-直流)转换器变得更加便宜,直流送电的议题,再度受到关注。

  可现实情况是,使用交流电,早已成为消费者的习惯。而现有的冰箱、洗衣机、电视等设备,内部都有变压器和电机一类的部件,以此适应从外部进来的220伏特交流电,这类部件要求必须用交流供电。如改用直流供电,现有电子设备就将面临大规模改造。

  “那为什么需要直流供电呢?”安小杰说,“答案很简单,就是可以达到‘省电’的效果。直流供电为什么早不发生、晚不出现,偏偏在这种时刻出现呢?因为LED照明技术和太阳能电池的普及,都呼唤直流民用时代的到来。”

  “这是一个大胆的设想”,中国科学院物理研究所马慧莉博士告诉本刊记者,这一理念的实施“要求改变传统电力传输线,意味着每个家庭现今使用的交流电电器都将被淘汰。”

  其实,直流化的电能使用变革,在通信行业早就显现端倪。

  UPS(不间断电源)行业标准的主要起草人、中国电源学会专家委员会主席张广明告诉本刊记者,UPS输出直流化变革是一个漫长的过程,这种设计理念已提出十多年了,全球范围内,很多知名的企业和研究机构都开始了这方面的研究,并推出了DC300V和DC380V直流UPS供电系统研究成果和试用案例。但是,这一变革涉及到的不仅仅是供电设备企业,还涉及到整个IT行业;不仅仅是电源设备技术的革新,更要突破传统观念和行业标准的束缚。所以,实现这一变革需要10年或更长的时间。

  率先提出在民用住宅使用低压直流智慧能源的安小杰,穿梭于世界各地,为一个个著名的建筑物设计建筑光源,DC HOME智慧之家的概念,七年前开始在他的脑海里酝酿,“这个念头来自‘水立方’,”安小杰告诉本刊记者,2004年年底,他接到“水立方”光设计任务时提出用低压直流的LED照明,由于原来的系统是交流,这一提议被搁置。

  但是,安小杰并不灰心。2009年4月,他出席东京次世代照明博览会,并作了题为“LED在中国的应用”的演讲,完整阐述了DC HOME的成形理念,包括:用电低压直流、应用云计算智能化、自采能源为主、波谷用电为辅,“采能—储能—耗能”为一体。

  这是中国DC HOME低碳科技智能生态住宅理念第一次亮相世界。

  “断电住宅”与“能源公社”

  “你一走向DC HOME,就走向了太阳。”安小杰说。

  美国学者约翰·麦克尼尔在北京大学的一次演讲中说:“未来的燃料可能是阳光和风力。没有人能够控制风和阳光,但有人能够首先发明新技术,能够用新技术把这些共有的资源转化为经济优势和军事优势。”他的这一观点在安小杰的智慧能源之屋得到体现。

  安小杰的智慧之家,是个“断电住宅”理念,在这个以50户为单元的DC HOME小区,完全依靠太阳能和风能实现能源自给,循环使用。

  “起初可能需要和市电并行使用”,安小杰补充道,能源使用也是个逐步进化的过程。

  小区采用太阳能电池板,以直流方式向蓄电池储电,蓄电池组分布于各个楼层,就近储电用电。电动汽车可在车库停放并存储能源,乘坐直流电梯进入室内,LED灯具营造出你所需要的空间(包括大小、色彩、喜怒哀乐的感觉),笔记本电脑直接接入电源工作(无须曾经的“逆变器”),变频冰箱、洗衣机安全插入电源,儿童不再担心触电问题,因为,整个屋子里的直流电电压不超过人体极限的36伏特。户外的草坪上,充电式割草机在“无线”运作,甚至你还会听到那个类似石头一样的景观发出悠扬的背景音乐声——没错,那是太阳能音响的“户外伪装”。夜幕降临,护拦、井盖、十字路口的斑马线LED照明发出柔和的光芒。

  “我们现在越来越接近原始,是使用能源变革并不是造能”,安小杰说,“效率最高的使用境界,是能源消耗终端尽可能地接近能量的源头,要不怎么叫‘能源’呢?太阳已经制造很多小溪流,而人类并不是每一秒都消耗水,DC HOME就是预备一个水缸,溪流接入水缸,存储然后按需分配。”

  按需使用,多余分配,在引进云计算和物联网技术的这个DC HOME小区里,50户邻居实现了有效的能源分配调度使用,其中任何一户外出,其他49户就可以使用该户储存的能源,这是实现智慧能源分配的“能源公社”。

  朱荣远2009年在东京第一次听到安小杰阐述的DC HOME理念,被“震惊”了”。在接受本刊记者采访时,他这样评价DC HOME的未来,“最终的结果,从城市角度看,DC HOME作为城市中个体的独立能源单元,其单元集群形成的小区,小区组成的城市,将促进城市能源供给方式的转变,构成与传统城市的能源供给概念不同的新系统,以系统的方式放大城市供电安全性和节能的效益。”

  会升级的房子

  “造一个房子大的iPad”,安小杰这样解释DC HOME的升级原理,打造一个有头脑的房子,是可以按需升级的。也就是说,拥有云计算物联网和直流理念的紧密结合,低压直流生态智能的DC HOME就像我们今天的iPhone,可以随着今后家电功能和房屋设备功能而升级。

  他打破原有的物联网中每个端都有IP地址的概念,大胆提出,每一个家庭拥有一个IP地址,“我的邻居就是所有DC HOME用户,不一定是地理方位的邻居,以家庭为IP地址单元,所有家用电器都在升级。按照这一设想,在未来的DC HOME云端,你完全可以在智能厨房内分享‘云端邻居’的‘红烧排骨’菜谱。”

  在77号工作室,用iPhone控制音响;在东京浏览办公室里的《人民日报》每个电器的智能控制,在这个小“云端”都已实现。安小杰提出,以家庭为能源单位远比以个人为能源单位更高效。

  目前,安小杰的这一智慧能源房子的设想已经在北京和深圳开始了局部的试点,“现在是产品原型阶段,这时候,许多标准需要制定,包括:插座、电线粗细、插件等等。”这些日子,安小杰奔波在京、深两地之间,勾勒着DC HOME的中国面孔。

  朱荣远认为,这是一个充满想象的空间,值得期待的事情。“如果DC HOME被社会认同,将可能改变与家电相关产品的标准,还将变革城市能源供给系统,重要的是将会改变我们的生活方式”。

(责任编辑:UN011)
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