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邁向分布式能源的未來(lái)

西門(mén)子正在探索如何利用智能電網(wǎng)管理未來(lái)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(chǎng)等技術(shù)將如何為電網(wǎng)運營(yíng)商和能源生產(chǎn)商帶來(lái)新機遇。

如今，電力系統轉型在許多國家不斷推進(jìn)，其程度不亞于一場(chǎng)技術(shù)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(chǎng)或核電站。如今，在新的體系中，將有越來(lái)越多的分布式發(fā)電設施向電網(wǎng)輸送電力。但是，由于這種分布式發(fā)電設施的發(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挑戰。考慮到電力供需失衡將導致電壓質(zhì)量下降并有可能損害接入電網(wǎng)的電氣設備，解決這項問(wèn)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。精心維護的IT系統可確保智能電網(wǎng)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(wǎng)穩定性。不僅如此，智能電網(wǎng)在電力銷(xiāo)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(jìn)行調節。

集成式儲能設備

在現今瞬息萬(wàn)變的環(huán)境中，新型儲能設備扮演著(zhù)關(guān)鍵的角色。它們能夠吸納過(guò)剩電力，而后將電力送入電網(wǎng)以應不時(shí)之需。這種系統的應用廣泛，既可用于安裝了屋頂太陽(yáng)能板的獨戶(hù)住宅，也可用于鄉村或城市的地區電網(wǎng)，還可用于為人煙稀少地區輸送電力的配電網(wǎng)絡(luò )。為此，由西門(mén)子帶領(lǐng)的一個(gè)名為“SENSIBLE（針對樓宇和社區的以?xún)δ転榛A的可持續能源）”的聯(lián)合體正在進(jìn)行一項歐盟項目，目的是研究如何將儲能設備優(yōu)化集成到電網(wǎng)架構中。在這個(gè)聯(lián)合體中，西門(mén)子與13家企業(yè)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(xué)，以及EDP電力公司。這項研究將在三處地點(diǎn)開(kāi)展。

在埃爾蘭根，西門(mén)子中央研究院的研究員正在模擬未來(lái)辦公樓。樓內配備有熱電聯(lián)產(chǎn)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(fēng)扇的變頻器。

西門(mén)子中央研究院的研究人員Roland Reichenbacher正在為熱泵編寫(xiě)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(lái)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)應用于辦公樓。為此，他們在埃爾蘭根西門(mén)子園區內的實(shí)驗大樓和工業(yè)大學(xué)中部署了熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）裝置、模擬光伏系統、熱儲能單元、空氣源熱泵和電池等設施。西門(mén)子中央研究院分布式能源系統項目經(jīng)理Michael Metzger博士表示：“這個(gè)系統結合了可再生能源與化石燃料發(fā)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(fā)優(yōu)化電網(wǎng)運營(yíng)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(kāi)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(yáng)能板。因此它們是“產(chǎn)銷(xiāo)者”，也就是說(shuō)，它們不僅消耗電能，也生產(chǎn)電能。Metzger指出：“在這個(gè)項目中，我們希望查明家用儲能設備和該區域的幾個(gè)大型儲能系統在為整個(gè)城市街道提供可靠供電的過(guò)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。當電力過(guò)剩時(shí)，專(zhuān)門(mén)的服務(wù)供應商就會(huì )在電力交易所出售這些電力。”

在虛擬電廠(chǎng)演示室內，大屏幕上顯示了對微電網(wǎng)控制系統功能的監測數據。

在SENSIBLE的第三個(gè)子項目中，葡萄牙埃武拉的西門(mén)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(lái)越多的光伏發(fā)電系統被安裝在了這個(gè)以農村為主的地區，現有的電力網(wǎng)絡(luò )正日趨接近容量極限，而儲能設備為這個(gè)問(wèn)題提供了解決方法。為了改善電網(wǎng)穩定性和電壓質(zhì)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(shí)儲存電能，而各種不同電池儲能系統則能更長(cháng)時(shí)間地儲存過(guò)剩電能。Metzger說(shuō)道：“對于微電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，這種應用場(chǎng)景十分有趣。因為微電網(wǎng)需要能夠獨立于公共電網(wǎng)在島嶼或偏遠地區等地域運行。”

實(shí)驗鎮

在德國的Wildpoldsried，西門(mén)子還攜手企業(yè)和科研機構開(kāi)展了與SENSIBLE項目類(lèi)似的研究。Wildpoldsried是一座擁有約2500位居民的小鎮，其太陽(yáng)能、風(fēng)能和生物質(zhì)等能源的發(fā)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(shí)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(gè)德國的實(shí)驗室。”在另一個(gè)名為“IREN2”的項目中，項目聯(lián)合體在Metzger的帶領(lǐng)下正在研究復雜微電網(wǎng)能否實(shí)現自主運行，以及它是否有可能替代大型常規電廠(chǎng)。

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

虛擬電廠(chǎng)：為未來(lái)能源系統奠定基礎

可再生能源發(fā)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(chǎng)運行的先決條件。然而，相關(guān)人員只有借助西門(mén)子的分布式能源管理（DEMS）軟件這類(lèi)的智能系統，才能完成如此艱巨的任務(wù)。西門(mén)子DEMS業(yè)務(wù)發(fā)展負責人Thomas Dürr表示：“DEMS可將各式各樣的發(fā)電設施、儲能系統和用電者的靈活產(chǎn)能合并起來(lái)并進(jìn)行交易。這就包括從企業(yè)處購買(mǎi)過(guò)剩電能，或靈活地將自己的過(guò)剩電能送入公共電網(wǎng)。”被納入虛擬電廠(chǎng)的參與者可以通過(guò)門(mén)戶(hù)，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(chǎng)上出售，以實(shí)現電網(wǎng)調峰。

西門(mén)子已將DEMS集成于EnergyIP IT平臺。這樣，虛擬電廠(chǎng)就可以囊括上萬(wàn)個(gè)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(wǎng)狀態(tài)、客戶(hù)合同和計費等信息結合在一起。電網(wǎng)運營(yíng)商可通過(guò)應用程序來(lái)分析數據并用于制定戰略計劃和負載管理等，或向客戶(hù)提供有關(guān)信息。EnergyIP是一個(gè)可擴展的平臺，這意味著(zhù)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(chǎn)出精確的負載與發(fā)電預測。DEMS根據這些預測來(lái)控制龐大的虛擬電廠(chǎng)。RWE Smartpool項目正是一個(gè)例子。在這個(gè)項目中，西門(mén)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(lái)。這個(gè)項目不僅關(guān)注電力供應，而且重視靈活管理能夠隨時(shí)吸納過(guò)剩電能的用電者。簡(jiǎn)而言之，其目的是確保未來(lái)的電力供應將像在大型集中式電廠(chǎng)時(shí)代那樣穩定可靠。