碳中和开辟新未来

如今，世界各国都在致力于在2030年前实现联合国可持续发展目标（SDGs: Sustainable Development Goals）。目前，人们在清洁水供应和森林管理等方面已经取得一定进展，同时也在分秒必争地为实现减少温室气体排放这一关键目标而加快技术研发¹。气候变化造成的影响日益严峻，严酷的现实已经摆在人类面前。2019年，全世界向大气中排放的二氧化碳（CO2）总量约达431亿吨，创下历史新高²，这给世界各国的领导人敲响了警钟，让他们意识到加大行动力度保护地球环境刻不容缓。

为了削减碳排放，世界各地加速将供给电力的能源切换成太阳能、水力及风能等可再生能源。然而，要让这些新能源成为主力能源，必须攻克多方面的技术难关，构筑完善的系统。比如，由于可再生能源易受时间、天气、季节等自然环境因素的影响，发电量波动较大，因此为了让电力供需稳定地处于平衡状态，必须加紧研发电力存储技术。另外，还必须研究如何将偏远地区制造的剩余电力高效率地输送给城市，妥善解决输电基础设施问题。

东芝素以技术创新闻名于世，在研发碳中和相关领域的技术方面也同样走在世界前列。东芝正在致力于打造与可再生能源发电、储电、输电和用电相关的多套解决方案，勇敢挑战技术难题，助力世界进一步加快碳中和进程。

可再生能源发电与输电

可再生能源可以用来发电且不会产生碳排放，但其应用还面临着许多需要解决的课题。近年，在用电量巨大的地区周边，可用于建造大规模风力或光伏发电站的土地不断减少，启动新建发电站项目的条件非常有限。在此情况下，发展潜力巨大的海上风力发电在日本受到了广泛关注。

基于这一行业动向，东芝与美国通用电气公司（GE）结成了战略合作伙伴，宣布将在日本国内联合生产GE海上风力发电机的核心设备。海上风能被誉为可再生能源的“王牌”，日本政府与产业界正在通力合作，大力扶持日本国内的相关产业。本次两家公司强强联手备受社会各界的期待，有望推动日本海上风力发电取得长足发展，并助力日本达成2050年实现碳中和的政府目标。

另外，为了将海上风力发电等产生的电力稳定输送到电力需求较大的地区，最理想的是采用高压直流（HVDC）输电技术。目前，主流输电技术是易于调整电压的交流（AC）输电，但直流输电在远距离、大容量输电方面更胜一筹。鉴于此，东芝在日本北海道和本州的两端建造了可进行交直流转换的换流站，并在两座换流站之间铺设了长约122公里的高压直流输电线路。因为采用自励式交直流换流设备，交流电可自由转换为直流电，所以万一北海道发生停电，可以将本州的电力送去应急。

东芝技术无论是在日本还是在海外均赢得了极高的赞誉。在日本，北海道与本州之间以及四国与本州之间通过海底电缆连接的直流输电系统应用了东芝提供的交直流换流器。在日本国外，东芝承接过意大利一家电力公司的直流输电项目，在位于亚得里亚海两岸的意大利切帕加蒂市和黑山科托尔市之间铺设了长达400公里的海底电缆。该项目可使黑山核能发电及可再生能源提供的电力先转换为直流电输送至意大利，而后再转换为交流电供给意大利电网。

转换氢气，存储能源

为了普及可再生能源，电力存储技术也必不可缺。尤其是风能和光伏发电，由于气候条件变化万千，这两种能源的发电量总是处于波动状态。为此，发电站必须将剩余电力存储起来，并在需要时释放出来，通过调控来保障供需平衡。其关键就在于将剩余电力转换为氢气并进行存储的技术。转换为氢气，可以轻松储备大量电力，而且便于长期储藏和远程运输。这项技术能否确立，将在很大程度上决定人类能否创建零排放的“氢能社会”。

东芝参与建设的日本福岛氢能研究基地（FH2R）是目前全世界最大规模的制氢、用氢实证基地³，备受日本国内外的瞩目。该基地使用可再生能源，每小时最多可生产1200 Nm3的氢气。如果换算成电力，相当于150户居民一个月的平均用电量。目前，该基地生产的氢气不仅被用于调控电力供需平衡，保障电力系统稳定运作，还被用作燃料电池车、燃料电池公交车等环保型交通工具的燃料。

日本福岛氢能研究基地（FH2R，NEDO项目）

碳的有效利用

为了迎接实现碳中和目标的未来社会，我们不仅要确立制造并存储可再生能源的方法，还必须削减并回收现有发电站产生的二氧化碳，这也是当下的任务之一。

碳捕捉、利用与封存（CCUS）技术，就是捕捉并回收发电站排放的二氧化碳，将其用于种植农作物或培养藻类等用途，或者直接封存到地底深处的技术。虽然现在可再生能源的应用备受各界关注，但短时间内火力发电不可能退出历史舞台，电力的稳定供应仍然需要火力发电。鉴于此，如何削减碳排放，能否对二氧化碳加以有效利用，已成为应对气候变化的重要课题。东芝参与了多个碳捕获、利用与封存项目，其中之一是日本福冈县大牟田市三川发电站的大规模碳回收实测项目。该项目每天回收的二氧化碳超过600吨，占发电站单日总排放量的一半以上。

另外，在碳的再利用方面，“Power to Chemicals（P2C）”也被给予了厚望。所谓P2C，就是将二氧化碳电解为一氧化碳，再将这些一氧化碳用作原料，生产塑料、涂料、燃料和医药品等产品。以往惯用的方法是将二氧化碳溶解于水，转换为环保价值更高的一氧化碳，但这种方法存在反应效率低的问题。为了攻克这项技术难关，东芝独创了无需溶解于水也同样可以进行转换的触媒电极，将转换速度提升至原先的约450倍。因为二氧化碳气体和水都能各自与电极触媒发生反应，转换速度大幅提升，目前这已成为全世界可投入应用的效率最高⁴的碳转换技术。

最近还出现了一种新的技术研发趋势，许多公司都在开发使用环保型替代气体取代六氟化硫黄（SF6）的机器设备。六氟化硫黄（SF6）是一种绝缘气体，常用于电力系统的开关装置。但同时，它也属于温室气体，且温室效应系数高达二氧化碳的2万3500倍，因此必须寻找相对无害的替代产品。东芝携手从事电力基建等业务的明电舍公司，正在联合研发使用不含六氟化硫黄的自然气体的气体绝缘开关（GIS）。

借助虚拟电厂（VPP）实现最佳电力管控

随着可再生能源不断普及，最让电力公司头疼的便是如何对供给常常处于不稳定状态的电力实现最佳管控与分配。“虚拟电厂（Virtual Power Plant: VPP）”正是应对这一问题的一种解决方案。所谓虚拟电厂，其实是一种电力管控机制，通过物联网将光伏发电等可再生能源发电系统，与其他零散分布在地区内的老式发电站、蓄电池、电动汽车、自主发电并有剩余电力想要出售的居民及办公场所等发电、蓄电设备连接到一起，并控制调整电力供需，使得这一网络本身像发电站那样运作。这种机制可以将拥有并希望出售剩余电力的发电方也纳入电网。电力的调整和分配均由云控制系统负责，各地基站只需配备接入云系统的设备。

为了确保虚拟电厂中的电力交易顺利进行，需要准确预测电力需求与光伏发电量（PV）。到目前为止，许多发电企业与电力零售方只能根据历史数据进行机械性的预测。东芝则运用多年积累的人工智能（AI）技术，开发出准确度极高的预测技术。基于这一技术，各方业主可参照详实的数据信息做出最佳决策。东芝推出了名为“Toshiba VPP as a Service”的订阅式服务，向用户开放这一预测技术。该技术还荣获了第一届光伏发电量预测技术大赛“PV in HOKKAIDO”的最优秀奖⁵。

另外，东芝还与德国Next Kraftwerke公司合作，致力于助推日本能源交易。两家公司结合东芝的价格预测技术与Next Kraftwerke公司的市场操作经验，联手为可再生能源设备业主及电力企业提供后援服务，帮助他们降低电力不平衡风险⁶。外界都很期待这项新业务能为日本可再生能源市场注入活力。

近年来，技术创新速度之快令人惊叹，人类正一步一个脚印地行进在迈向未来碳中和社会的道路上。但要真正实现碳中和的目标，我们每一个人的意识与行动将成为最终的决定性因素。早在气候问题远远没有如此严重的时代，东芝便已将环保列为企业最重要的课题之一，不遗余力地研发领先世界的尖端技术。为了将美丽的地球传承给我们的下一代，今后东芝将继续和全世界人一道，追求更有效、更优异的解决方案。

1.参见联合国2021年5月计测报告

2.全球碳项目/国立环境研究所/日本

3.详细报道请参见： https://www.toshiba-energy.com/en/info/info2020_0307.htm （英文）

4.详细报道请参见（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.详细报道请参见： https://www.hepco.co.jp/info/2019/1241221_1803.html （日文）

6.电力不平衡：发电计划与实际需求之差