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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管理未來的分布式能源環境。與此同時，公司也在思考儲能、自主微電網和虛擬電廠等技術將如何為電網運營商和能源生產商帶來新機遇。

如今，電力系統轉型在許多國家不斷推進，其程度不亞于一場技術革命。以往，電力供應僅僅依靠為數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電設施向電網輸送電力。但是，由于這種分布式發電設施的發電量大多隨天氣狀況發生波動，因此，保持電力供需之間的平衡就成為了一項挑戰。考慮到電力供需失衡將導致電壓質量下降并有可能損害接入電網的電氣設備，解決這項問題就變得尤為重要。而智能電網正是攻克這一難題的良方。精心維護的IT系統可確保智能電網能夠將多種能源供應者與帶有儲能單元的可調節電力消費設施相結合，確保電網穩定性。不僅如此，智能電網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進行調節。

集成式儲能設備

在現今瞬息萬變的環境中，新型儲能設備扮演著關鍵的角色。它們能夠吸納過剩電力，而后將電力送入電網以應不時之需。這種系統的應用廣泛，既可用于安裝了屋頂太陽能板的獨戶住宅，也可用于鄉村或城市的地區電網，還可用于為人煙稀少地區輸送電力的配電網絡。為此，由西門子帶領的一個名為“SENSIBLE（針對樓宇和社區的以儲能為基礎的可持續能源）”的聯合體正在進行一項歐盟項目，目的是研究如何將儲能設備優化集成到電網架構中。在這個聯合體中，西門子與13家企業和科研機構合作。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，以及EDP電力公司。這項研究將在三處地點開展。

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。樓內配備有熱電聯產單元、蓄熱系統和電池式儲能裝置等設施。

在埃爾蘭根，Stefan Langemeyer博士正在配置空調系統風扇的變頻器。

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

Thomas Lehmann博士（左）和Amjad Mohsen博士正在討論能源管理系統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應用于辦公樓。為此，他們在埃爾蘭根西門子園區內的實驗大樓和工業大學中部署了熱電聯產（CHP）裝置、模擬光伏系統、熱儲能單元、空氣源熱泵和電池等設施。西門子中央研究院分布式能源系統項目經理Michael Metzger博士表示：“這個系統結合了可再生能源與化石燃料發電、儲能設備、可調節負載以及智能電力管理系統，讓我們可以更好地研發優化電網運營的策略，以最小化供熱和供電產生的成本和二氧化碳排放。”

SENSIBLE包括幾個子項目。紐倫堡子項目主要研究樓宇內各系統間的交互，而在英國諾丁漢開展的子項目則側重于研究Meadows街區及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“產銷者”，也就是說，它們不僅消耗電能，也生產電能。Metzger指出：“在這個項目中，我們希望查明家用儲能設備和該區域的幾個大型儲能系統在為整個城市街道提供可靠供電的過程中分別扮演了怎樣的角色。智能電表可提供關于用電和發電的實時信息。當電力過剩時，專門的服務供應商就會在電力交易所出售這些電力。”

在虛擬電廠演示室內，大屏幕上顯示了對微電網控制系統功能的監測數據。

在SENSIBLE的第三個子項目中，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絡變成自主微電網。由于越來越多的光伏發電系統被安裝在了這個以農村為主的地區，現有的電力網絡正日趨接近容量極限，而儲能設備為這個問題提供了解決方法。為了改善電網穩定性和電壓質量，研究人員采用了飛輪儲能系統。它能在再次輸送電能前臨時儲存電能，而各種不同電池儲能系統則能更長時間地儲存過剩電能。Metzger說道：“對于微電網來說，這種應用場景十分有趣。因為微電網需要能夠獨立于公共電網在島嶼或偏遠地區等地域運行。”

實驗鎮

在德國的Wildpoldsried，西門子還攜手企業和科研機構開展了與SENSIBLE項目類似的研究。Wildpoldsried是一座擁有約2500位居民的小鎮，其太陽能、風能和生物質等能源的發電量已達到居民耗電總量的四倍以上。Metzger表示：“這里的電力構成與預計2020年時德國全國的電力構成情況大體相似。因此，這座小鎮被視為代表整個德國的實驗室。”在另一個名為“IREN2”的項目中，項目聯合體在Metzger的帶領下正在研究復雜微電網能否實現自主運行，以及它是否有可能替代大型常規電廠。

巴伐利亞州的Wildpoldsried小鎮的發電總量是其耗電量的四倍以上。

虛擬電廠：為未來能源系統奠定基礎

可再生能源發電設施、不同規模的儲能設備和需求調節型用電設備間的智能交互是虛擬電廠運行的先決條件。然而，相關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，才能完成如此艱巨的任務。西門子DEMS業務發展負責人Thomas Dürr表示：“DEMS可將各式各樣的發電設施、儲能系統和用電者的靈活產能合并起來并進行交易。這就包括從企業處購買過剩電能，或靈活地將自己的過剩電能送入公共電網。”被納入虛擬電廠的參與者可以通過門戶，向DEMS軟件登記自己的產能及其他信息。DEMS軟件會將所有這些產能整合為合并輸出功率，然后在電力交易所或市場上出售，以實現電網調峰。

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參與者。EnergyIP可采集并處理智能電表測得的用電數據，并將之與諸如電網狀態、客戶合同和計費等信息結合在一起。電網運營商可通過應用程序來分析數據并用于制定戰略計劃和負載管理等，或向客戶提供有關信息。EnergyIP是一個可擴展的平臺，這意味著它可以調節至幾乎任意規模。因此，它可以處理海量數據，從而產出精確的負載與發電預測。DEMS根據這些預測來控制龐大的虛擬電廠。RWE Smartpool項目正是一個例子。在這個項目中，西門子計劃與能源供應商RWE合作，將大量分布式能源系統合并起來。這個項目不僅關注電力供應，而且重視靈活管理能夠隨時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將像在大型集中式電廠時代那樣穩定可靠。