圖1：能夠儲存電力的街燈柱可以降低城市照明成本
將來，我們的辦公室窗戶可以通過太陽照射獲取能量，而街道上的燈柱則在混凝土中儲存電力。當(dāng)車輛呼嘯而過時，垂直風(fēng)力渦輪機將會旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生能量。人行道和公路將會從通勤者、公共汽車以及卡車運動中產(chǎn)生少量能量。無人駕駛出租車車隊將把多余的能源回饋給電網(wǎng)，城市通常會更有效地利用它們所消耗的能源。
至少，這是許多技術(shù)專家、環(huán)保主義者和城市規(guī)劃者的能源愿景。但它是否真能成為現(xiàn)實?
圖2：混凝土燈柱可以變成電池，儲存整夜工作所需的電力
新材料展示出更光明的前途。例如，由發(fā)電站廢料制成的水泥混合物可以把建筑物變成電池。這些鉀土溶膠(KGP)復(fù)合材料比普通水泥便宜，每平方米可以儲存500瓦電力。研究人員表示，普通的街燈每晚耗電700瓦，而由KGP制造、配有小型太陽能電池板的6米高燈柱可以儲存足夠多的電力，可供整個晚上使用。
英國蘭卡斯特大學(xué)教授穆罕默德·薩菲(Mohamed Saafi)說：“我們已經(jīng)證明，KGP水泥混合物可以用來儲存和傳輸電能，而不需要昂貴的或有害的添加劑。”
腦洞大開的發(fā)電方式，或許還能解決未來城市供電難題
圖3：這些小水泥塊能給未來的城市提供電力嗎?
大量使用KGP建造的建筑也可以用來存儲和釋放過剩的電能，以幫助滿足城市電網(wǎng)的需求。新材料也有助于使太陽能電池板變得更便宜，更具成本效益。太陽能是城市中最常見的可再生能源，且其發(fā)電成本繼續(xù)下跌，從十年前每瓦約3英鎊降至今天的0.4英鎊。
在英國，超過三分之一的公司已經(jīng)開始自己發(fā)電，主要使用屋頂太陽能電池板。但制造硅基太陽能電池板需要耗費大量能源，它需要1400攝氏度以上的溫度，而且硅的純度必須達(dá)到99.9999%。
圖4：太陽能是城市地區(qū)最常見的可再生能源
但美國布朗大學(xué)工程學(xué)教授尼廷·帕杜爾(Nitin Padture)表示，鈣鈦礦(perovskites)材料制成的太陽能電池面板，可以制成更薄、更便宜、所需溫度更低的面板。由于它們是部分透明的，也可以用于窗戶上的玻璃。但其缺點是它們中的大多數(shù)都含有鉛，而鉛是一種有毒的金屬。
不過，帕杜爾教授和他的團(tuán)隊目前正在研究一種方法：用鈦來取代鉛，他說：“鈦很常見，但沒有人想到用它來取代鈣鈦礦太陽能電池板中的鉛。我們目前還不打算取代現(xiàn)有的硅技術(shù)，但我們希望推動它向前發(fā)展。”
風(fēng)能是另一種最常見的可再生能源，傳統(tǒng)的渦輪機在建造區(qū)域不能很好地工作，因為風(fēng)向變化很大。為此，研究人員尼古拉斯·奧雷拉瓦納(Nicolas Orellana)和亞森·諾蘭尼(Yaseen Noorani)提出了制造球形風(fēng)力渦輪機的設(shè)想，解決風(fēng)向變化的問題。
奧雷拉瓦納與諾蘭尼開發(fā)的O-Wind型風(fēng)力渦輪機已經(jīng)贏得了英國2018年詹姆斯戴森大獎(James Dyson Award)，它是一個球形裝置，無論風(fēng)從任何方向吹來，它都能旋轉(zhuǎn)。
來自土耳其的科技公司Devici提供了另一個解決方案，即在道路上使用垂直風(fēng)力渦輪機，由過往車輛的氣流提供動力。該公司表示，其Enlil渦輪機目前正在伊斯坦布爾進(jìn)行測試，每小時可以產(chǎn)生1千瓦的能量，足以滿足兩戶家庭的電力需求。該公司還稱，這種渦輪機還可以安裝太陽能電池板和地震傳感器。
圖6：伊斯坦布爾街道上的垂直風(fēng)力渦輪機
但并不是所有的城市能源開采項目都具有商業(yè)意義。例如，在法國，工程公司Colas已經(jīng)在全國各地，以及美國和日本，開辟出光伏道路。Colas已經(jīng)在諾曼底鋪設(shè)了長近1公里的單行車道，投資430萬英鎊。在美國建成的1.6公里雙車道公路成本則為380萬英鎊。
還有一個問題是它們的能源生產(chǎn)能力有多強?太陽能電池板是平放在地面上的，而不是朝向太陽，為此可能受到交通堵塞的影響，有時也會被雪、泥或水覆蓋。
圖7：Colas公司估計，在擁有5000名居民的小鎮(zhèn)，1公里長的道路就可以為公共照明提供足夠電力
2014年，阿姆斯特丹建成了長70米的太陽能自行車車道，建設(shè)成本為260萬英鎊。它在建成后第一年就生產(chǎn)了3000千瓦時電力。而260萬英鎊的建設(shè)成本，這座城市可以在公開市場上購買6500萬千瓦時的電力。
另一項在商業(yè)上難以證明其合理性的技術(shù)是壓電技術(shù)。如果你擠壓某些材料，如石英，就可以使電流通過它們。因此，汽車和卡車在配備壓電裝置的特殊路面上行駛可以產(chǎn)生電力。行人也可以在特制的人行道上這樣做。
2009年，以色列公司Innowattech試驗了捕能公路，現(xiàn)在美國的Pyro-E公司也在加州弗雷斯諾的一小段公路上展示類似的技術(shù)。然而，盡管此舉在技術(shù)上是可行的，但目前的成本卻高得令人望而卻步。
有些人通過計算發(fā)現(xiàn)，在美國建造1公里長的雙向捕能公路，需要13000臺壓電設(shè)備，為建設(shè)成本增加30.7萬英鎊開支。即使不考慮制造或安裝成本，也需要大約12年的時間才能賺回這筆錢。
英國的Pavegen公司已經(jīng)開發(fā)出了發(fā)電人行道，行人每走一步就能產(chǎn)生2到4焦耳的能量。這條人行道每平方米的成本約為2350英鎊，現(xiàn)在已經(jīng)在全球超過200個地點安裝，比如交通樞紐和購物中心等。
圖8：Pavegen公司在倫敦建成的發(fā)電人行道，但它是否會具有成本效益呢?
這聽起來可能很貴，但太陽能電池板剛上市時也是如此。Pavegen創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官勞倫斯·凱姆鮑爾-庫克(Laurence Kemball-Cook)表示：“我們相信，將我們的城市變得更好的將不僅僅是科技，還有人。”
凱姆鮑爾-庫克還稱：“重要的是，我們通過應(yīng)用程序?qū)θ藗兊幕舆M(jìn)行獎勵。因此，通過在零售環(huán)境或街道上選擇更健康的發(fā)電人行道，你可以幫助所在城市變得更加可持續(xù)性發(fā)展，并可從中獲得回報。”