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邁向分布式能源的未來

西門子正在探索如何利用智能電網(wǎng)管理未來的分布式能源環(huán)境。與此同時(shí)，公司也在思考儲能、自主微電網(wǎng)和虛擬電廠等技術(shù)將如何為電網(wǎng)運(yùn)營商和能源生產(chǎn)商帶來新機(jī)遇。

如今，電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型在許多國家不斷推進(jìn)，其程度不亞于一場技術(shù)革命。以往，電力供應(yīng)僅僅依靠為數(shù)不多的集中式化石燃料電廠或核電站。如今，在新的體系中，將有越來越多的分布式發(fā)電設(shè)施向電網(wǎng)輸送電力。但是，由于這種分布式發(fā)電設(shè)施的發(fā)電量大多隨天氣狀況發(fā)生波動(dòng)，因此，保持電力供需之間的平衡就成為了一項(xiàng)挑戰(zhàn)。考慮到電力供需失衡將導(dǎo)致電壓質(zhì)量下降并有可能損害接入電網(wǎng)的電氣設(shè)備，解決這項(xiàng)問題就變得尤為重要。而智能電網(wǎng)正是攻克這一難題的良方。精心維護(hù)的IT系統(tǒng)可確保智能電網(wǎng)能夠?qū)⒍喾N能源供應(yīng)者與帶有儲能單元的可調(diào)節(jié)電力消費(fèi)設(shè)施相結(jié)合，確保電網(wǎng)穩(wěn)定性。不僅如此，智能電網(wǎng)在電力銷售中也將起到積極的作用。

Arvid Amthor博士對測試街道的電力仿真系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

集成式儲能設(shè)備

在現(xiàn)今瞬息萬變的環(huán)境中，新型儲能設(shè)備扮演著關(guān)鍵的角色。它們能夠吸納過剩電力，而后將電力送入電網(wǎng)以應(yīng)不時(shí)之需。這種系統(tǒng)的應(yīng)用廣泛，既可用于安裝了屋頂太陽能板的獨(dú)戶住宅，也可用于鄉(xiāng)村或城市的地區(qū)電網(wǎng)，還可用于為人煙稀少地區(qū)輸送電力的配電網(wǎng)絡(luò)。為此，由西門子帶領(lǐng)的一個(gè)名為“SENSIBLE（針對樓宇和社區(qū)的以儲能為基礎(chǔ)的可持續(xù)能源）”的聯(lián)合體正在進(jìn)行一項(xiàng)歐盟項(xiàng)目，目的是研究如何將儲能設(shè)備優(yōu)化集成到電網(wǎng)架構(gòu)中。在這個(gè)聯(lián)合體中，西門子與13家企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)合作。這其中包括位于巴黎、紐倫堡、諾丁漢和塞維利亞等地的大學(xué)，以及EDP電力公司。這項(xiàng)研究將在三處地點(diǎn)開展。

在埃爾蘭根，西門子中央研究院的研究員正在模擬未來辦公樓。樓內(nèi)配備有熱電聯(lián)產(chǎn)單元、蓄熱系統(tǒng)和電池式儲能裝置等設(shè)施。

在埃爾蘭根，Stefan Langemeyer博士正在配置空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)扇的變頻器。

西門子中央研究院的研究人員Roland Reichenbacher正在為熱泵編寫運(yùn)行程序。

Thomas Lehmann博士（左）和Amjad Mohsen博士正在討論能源管理系統(tǒng)在未來樓宇中所扮演的角色。

在紐倫堡，研究人員正在研究如何將技術(shù)應(yīng)用于辦公樓。為此，他們在埃爾蘭根西門子園區(qū)內(nèi)的實(shí)驗(yàn)大樓和工業(yè)大學(xué)中部署了熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）裝置、模擬光伏系統(tǒng)、熱儲能單元、空氣源熱泵和電池等設(shè)施。西門子中央研究院分布式能源系統(tǒng)項(xiàng)目經(jīng)理Michael Metzger博士表示：“這個(gè)系統(tǒng)結(jié)合了可再生能源與化石燃料發(fā)電、儲能設(shè)備、可調(diào)節(jié)負(fù)載以及智能電力管理系統(tǒng)，讓我們可以更好地研發(fā)優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)營的策略，以最小化供熱和供電產(chǎn)生的成本和二氧化碳排放。”

SENSIBLE包括幾個(gè)子項(xiàng)目。紐倫堡子項(xiàng)目主要研究樓宇內(nèi)各系統(tǒng)間的交互，而在英國諾丁漢開展的子項(xiàng)目則側(cè)重于研究Meadows街區(qū)及3800棟左右的住宅。這些住宅許多都安裝了屋頂太陽能板。因此它們是“產(chǎn)銷者”，也就是說，它們不僅消耗電能，也生產(chǎn)電能。Metzger指出：“在這個(gè)項(xiàng)目中，我們希望查明家用儲能設(shè)備和該區(qū)域的幾個(gè)大型儲能系統(tǒng)在為整個(gè)城市街道提供可靠供電的過程中分別扮演了怎樣的角色。智能電表可提供關(guān)于用電和發(fā)電的實(shí)時(shí)信息。當(dāng)電力過剩時(shí)，專門的服務(wù)供應(yīng)商就會(huì)在電力交易所出售這些電力。”

在虛擬電廠演示室內(nèi)，大屏幕上顯示了對微電網(wǎng)控制系統(tǒng)功能的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

在SENSIBLE的第三個(gè)子項(xiàng)目中，葡萄牙埃武拉的西門子研究人員正在研究如何將本地能源網(wǎng)絡(luò)變成自主微電網(wǎng)。由于越來越多的光伏發(fā)電系統(tǒng)被安裝在了這個(gè)以農(nóng)村為主的地區(qū)，現(xiàn)有的電力網(wǎng)絡(luò)正日趨接近容量極限，而儲能設(shè)備為這個(gè)問題提供了解決方法。為了改善電網(wǎng)穩(wěn)定性和電壓質(zhì)量，研究人員采用了飛輪儲能系統(tǒng)。它能在再次輸送電能前臨時(shí)儲存電能，而各種不同電池儲能系統(tǒng)則能更長時(shí)間地儲存過剩電能。Metzger說道：“對于微電網(wǎng)來說，這種應(yīng)用場景十分有趣。因?yàn)槲㈦娋W(wǎng)需要能夠獨(dú)立于公共電網(wǎng)在島嶼或偏遠(yuǎn)地區(qū)等地域運(yùn)行。”

實(shí)驗(yàn)鎮(zhèn)

在德國的Wildpoldsried，西門子還攜手企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)開展了與SENSIBLE項(xiàng)目類似的研究。Wildpoldsried是一座擁有約2500位居民的小鎮(zhèn)，其太陽能、風(fēng)能和生物質(zhì)等能源的發(fā)電量已達(dá)到居民耗電總量的四倍以上。Metzger表示：“這里的電力構(gòu)成與預(yù)計(jì)2020年時(shí)德國全國的電力構(gòu)成情況大體相似。因此，這座小鎮(zhèn)被視為代表整個(gè)德國的實(shí)驗(yàn)室。”在另一個(gè)名為“IREN2”的項(xiàng)目中，項(xiàng)目聯(lián)合體在Metzger的帶領(lǐng)下正在研究復(fù)雜微電網(wǎng)能否實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)行，以及它是否有可能替代大型常規(guī)電廠。

巴伐利亞州的Wildpoldsried小鎮(zhèn)的發(fā)電總量是其耗電量的四倍以上。

虛擬電廠：為未來能源系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)

可再生能源發(fā)電設(shè)施、不同規(guī)模的儲能設(shè)備和需求調(diào)節(jié)型用電設(shè)備間的智能交互是虛擬電廠運(yùn)行的先決條件。然而，相關(guān)人員只有借助西門子的分布式能源管理（DEMS）軟件這類的智能系統(tǒng)，才能完成如此艱巨的任務(wù)。西門子DEMS業(yè)務(wù)發(fā)展負(fù)責(zé)人Thomas Dürr表示：“DEMS可將各式各樣的發(fā)電設(shè)施、儲能系統(tǒng)和用電者的靈活產(chǎn)能合并起來并進(jìn)行交易。這就包括從企業(yè)處購買過剩電能，或靈活地將自己的過剩電能送入公共電網(wǎng)。”被納入虛擬電廠的參與者可以通過門戶，向DEMS軟件登記自己的產(chǎn)能及其他信息。DEMS軟件會(huì)將所有這些產(chǎn)能整合為合并輸出功率，然后在電力交易所或市場上出售，以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)峰。

西門子已將DEMS集成于EnergyIP IT平臺。這樣，虛擬電廠就可以囊括上萬個(gè)參與者。EnergyIP可采集并處理智能電表測得的用電數(shù)據(jù)，并將之與諸如電網(wǎng)狀態(tài)、客戶合同和計(jì)費(fèi)等信息結(jié)合在一起。電網(wǎng)運(yùn)營商可通過應(yīng)用程序來分析數(shù)據(jù)并用于制定戰(zhàn)略計(jì)劃和負(fù)載管理等，或向客戶提供有關(guān)信息。EnergyIP是一個(gè)可擴(kuò)展的平臺，這意味著它可以調(diào)節(jié)至幾乎任意規(guī)模。因此，它可以處理海量數(shù)據(jù)，從而產(chǎn)出精確的負(fù)載與發(fā)電預(yù)測。DEMS根據(jù)這些預(yù)測來控制龐大的虛擬電廠。RWE Smartpool項(xiàng)目正是一個(gè)例子。在這個(gè)項(xiàng)目中，西門子計(jì)劃與能源供應(yīng)商RWE合作，將大量分布式能源系統(tǒng)合并起來。這個(gè)項(xiàng)目不僅關(guān)注電力供應(yīng)，而且重視靈活管理能夠隨時(shí)吸納過剩電能的用電者。簡而言之，其目的是確保未來的電力供應(yīng)將像在大型集中式電廠時(shí)代那樣穩(wěn)定可靠。