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可持續(xù)發(fā)展電力系統(tǒng)的宗旨不只是節(jié)約電能。正因如此，在丹麥博恩霍爾姆島上開展的EcoGrid試點項目正在利用西門子技術(shù)來確定如何根據(jù)供電情況，調(diào)節(jié)用電需求。
在一個擁有1900戶受試家庭的測試點，Maja Bendtsen利用智能電話監(jiān)測她自己家的用電情況，Michael Andersen家的取暖器可以自動啟動，而Erik Rasmussen家的取暖器則必須手動啟動。
削減用電量未必能節(jié)約電能。現(xiàn)年34歲的工程師Maja Bendtsen回憶道：“我從小在博恩霍爾姆長大，那時候，我的父母有時會鼓勵我和哥哥多洗一會熱水澡，并且打開房間里的電暖氣。”不過Bendtsen父母的這種“浪費(fèi)”有著充分的理由：風(fēng)。20世紀(jì)80年代初期，當(dāng)這座位于波羅的海的丹麥小島上刮起大風(fēng)時，安裝在Bendtsen家院子里的風(fēng)電機(jī)組會飛快地運(yùn)轉(zhuǎn)。其結(jié)果是發(fā)電量激增，這大大鼓動了住戶打開電熱鍋爐。
正是緣于兒時的這段經(jīng)歷，Bendtsen十分贊賞“EcoGrid”背后的理念。預(yù)算高達(dá)2100萬歐元的EcoGrid是歐洲最大的智能電網(wǎng)項目。Bendtsen是博恩霍爾姆當(dāng)?shù)匕l(fā)電企業(yè)Østkraft公司的現(xiàn)場項目經(jīng)理。作為這個項目的一部分，約1900戶家庭——將近島上住戶的十分之一——配備了西門子和IBM于2013年新開發(fā)的智能開關(guān)設(shè)備。每隔5分鐘，這些裝置在收到新電價信息時將確定有多少電可用。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，它們將自動開啟或關(guān)閉住戶家中的電暖系統(tǒng)和熱泵。
這個項目背后的原理很簡單。電價隨可再生能源發(fā)電量的變化而波動。智能控制裝置計算出如何經(jīng)濟(jì)劃算地管理用電需求。這樣一來，用電戶能省下不少電費(fèi)——對于丹麥這個歐洲電價最高的國家而言，這是一筆不菲的費(fèi)用。Bendtsen指出：“但對于供電企業(yè)，這并不是最重要的因素。EcoGrid的主要設(shè)計目的是在環(huán)保電力時代，幫助巧妙地管理用電需求。如果我們在發(fā)電量過剩的時候使用更多電能，這將有助于避免對電網(wǎng)造成過重負(fù)擔(dān)。如果可供使用的電能太少，則需一方面相應(yīng)地減少用電，另一方面Østkraft公司從大陸供電企業(yè)采購額外的電能。”
多年來，博恩霍爾姆島上使用的電能主要來自風(fēng)力發(fā)電。事實上，最高發(fā)電容量為3萬千瓦的風(fēng)電機(jī)組生產(chǎn)的電能，可滿足島上近半用電需求。在丹麥，風(fēng)電占總供電量的30%。這一比例肯定會不斷提高。丹麥計劃到2020年，將諸如風(fēng)電、光伏發(fā)電和生物質(zhì)發(fā)電等可再生能源發(fā)電量在其電能構(gòu)成中的比例提高至50%左右。到2035年，這一比例有望達(dá)到100%。到2050年，丹麥將無需使用礦物燃料能源。博恩霍爾姆是非常合適的測試點：這里是一個封閉系統(tǒng)，同時在經(jīng)濟(jì)和人口構(gòu)成方面又能代表丹麥其他地區(qū)。
迄今為止，一直是通過將這座小島與瑞典大陸的電網(wǎng)連接起來的“博恩霍爾姆電纜”輸送電能，以抵消供需失調(diào)。根據(jù)需要，可以通過這條電纜輸出或輸入電能。然而，未來的目標(biāo)是盡可能就地消納本地生產(chǎn)的電能，以免進(jìn)一步擴(kuò)建輸電系統(tǒng)，如高壓輸電線路。
面向歐洲的測試案例。由于這種情況適用于丹麥所有地區(qū)，因此，博恩霍爾姆島成為了丹麥的可再生能源發(fā)電實驗室。不過，這個現(xiàn)網(wǎng)試驗對整個歐洲都具有現(xiàn)實意義。實際上，許多計劃都提出，到2020年，將可再生能源發(fā)電在歐洲電力構(gòu)成中的比例提高至五分之一的目標(biāo)。正因如此，歐盟為EcoGrid試點項目提供了部分資金。這個項目已于2011年啟動，計劃2015年結(jié)束。
問題是：最終用戶是否贊同這個計劃？為了弄清這一點，項目發(fā)起者——Østkraft公司、Energinet.dk、丹麥技術(shù)大學(xué)、西門子、IBM以及十多個來自10個歐洲國家的其他合作伙伴——將1900戶受試家庭分為4組。*組是統(tǒng)計對照組。僅為這些家庭配備了智能電表，以精確記錄其用電情況。第二組可以在線查看其用電量及電費(fèi)，并且可以改變其用電行為，以作出響應(yīng)。
第三組和第四組配備了自動控制裝置。其中，第三組家庭配備的是西門子智能電網(wǎng)集團(tuán)和樓宇科技集團(tuán)提供的用于控制電暖系統(tǒng)和鍋爐的系統(tǒng)，第四組家庭則使用了IBM提供的類似系統(tǒng)來控制熱泵。Andreas Arendt是西門子智能電網(wǎng)集團(tuán)的EcoGrid項目業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人，他說：“我們預(yù)計，在這里接受測試的這幾種電能控制裝置將成為未來智能電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)組件。”
Arendt來自樓宇科技集團(tuán)的同事Werner Ziel認(rèn)為，他為EcoGrid項目開發(fā)的解決方案將成為未來智能樓宇的重要組件。他說：“我們已經(jīng)成功地將智能電網(wǎng)功能高效地集成到樓宇自動管理系統(tǒng)中，從而滿足了用戶對舒適、節(jié)約用電和降低電費(fèi)等的需求。”
鮮活的實驗室。Morten Kjær Andersen住在坐落于Rønne南部海岸的一棟平房里，他家是西門子受試家庭組的成員之一。安裝在他家玄關(guān)處的一個灰色盒子是一臺計算機(jī)，每隔5分鐘接收一次當(dāng)前電價信息。根據(jù)這個信息、可能的電價走勢以及用戶的室溫等數(shù)據(jù)，西門子系統(tǒng)可以計算出做法。譬如，如果電價會在午間或清晨上漲，那么，西門子系統(tǒng)可以決定在電價更便宜的時段提前開啟電暖系統(tǒng)。
Andersen說：“我每天都看到電暖系統(tǒng)自動開啟。”電費(fèi)少了，他很高興，但他更希望這樣的發(fā)展能使島民的生活變得更富吸引力。“以前，有5萬人在島上生活，而現(xiàn)在只剩4萬人。如果我們能通過可再生能源發(fā)電、電動汽車以及環(huán)境友好的農(nóng)業(yè)等途徑，在博恩霍爾姆島上實現(xiàn)‘綠色島嶼’愿景，這也許有助于將這里打造成更加宜居之所。EcoGrid項目便是這個愿景的組成部分之一。”
Maja Bendtsen不僅是這個項目的管理者，同時也是受試者。她的手機(jī)上安裝了一個應(yīng)用程序，可用于監(jiān)視她家的用電情況。一張圖表向她表明，她家的熱泵剛剛被IBM控制裝置開啟。由于當(dāng)前電價不貴，并且她的家人很快就會回家，因此，像往常一樣，熱泵開始工作，室內(nèi)變得溫暖起來。她說：“我們輸入了一條命令，要求在每個工作日早晨6時啟動熱泵，使室內(nèi)溫度保持在20℃。”
最高發(fā)電功率為3萬千瓦的風(fēng)電機(jī)組，可滿足博恩霍爾姆島的近半用電需求。
當(dāng)然，EcoGrid依然只是一個示范研究項目?？刂蒲b置僅用于電暖系統(tǒng)、鍋爐和熱泵。譬如，洗碗機(jī)和洗衣機(jī)等家用電器就不易被集成到這個系統(tǒng)中，因為它們采用的是不同的數(shù)碼技術(shù)。適合參加這個項目的設(shè)備主要是那些運(yùn)行靈活的設(shè)備，包括電暖系統(tǒng)，因為比起究竟何時開啟電暖系統(tǒng)，保持舒適恒溫更加重要。未來，太陽能電池和電動汽車也將被集成到這個系統(tǒng)中，不過，迄今為止所取得的成功已經(jīng)令人嘆為觀止。Energinet.dk的*工程師Per Lund表示：“如果我們利用從西門子受試家庭所收集的數(shù)據(jù)來計算出供電高峰時段使用了多少電能，那么，我們已經(jīng)可以斷言，這項技術(shù)能夠幫助丹麥電力系統(tǒng)有效吸納可再生能源發(fā)電，實現(xiàn)平衡的運(yùn)行。”
試驗中期結(jié)果也清楚表明，自動化是解決方案。根據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)上提供的電價，手動開啟或關(guān)閉家用電器的受試家庭組的行為，證明了這一點。這些家庭的電費(fèi)基本沒有降低。第二組的受試者Niels Erik Rasmussen說：“起初，根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)上的電價信息來調(diào)整用電方式還挺有趣的，但久而久之，就覺得這樣做太費(fèi)勁了。”
Rasmussen的觀點反映了諸如美國等其他電力市場上的用戶體驗。譬如，2008年，施樂研究中心的研究人員為加利福尼亞州的受試家庭提供了可貼在家用電器上的標(biāo)簽，以告知用戶一天當(dāng)中不同時段的電價。但人們?nèi)耘f是在需要的時候使用電器，而非電價便宜的時候。丹麥技術(shù)大學(xué)的Jacob Østergaard教授表示：“要想穩(wěn)定電網(wǎng)，必須自動調(diào)節(jié)用電需求。這樣，電費(fèi)就會自然而然地降低。用戶只需要輸入其 設(shè)置。”
Østergaard教授在他的大學(xué)里復(fù)制了Østkraft電力公司的控制室。他說：“理論上，我們可以干預(yù)電網(wǎng)。然而，我們已經(jīng)停用了這些功能，我們只想采集測得的數(shù)據(jù)。”他從事的研究項目不僅涵蓋EcoGrid，而且還包括某超市中的大約50臺冰箱。當(dāng)電網(wǎng)頻率下降時，這些制冷設(shè)備將自動關(guān)閉。當(dāng)電網(wǎng)頻率恢復(fù)穩(wěn)定后，這些制冷設(shè)備又會重新開啟。取決于電網(wǎng)波動程度，將有部分或全部設(shè)備一起做出反應(yīng)。
從博恩霍爾姆項目中汲取經(jīng)驗教訓(xùn)。另一個研究項目進(jìn)一步支持了在全島范圍內(nèi)推行EcoGrid的技術(shù)。這個截至2012年的名為“愛迪生”的研究項目是由工程師們攜手電網(wǎng)運(yùn)營商Energienet.dk和西門子在島上開展，以考察電動汽車和混合動力汽車如何幫助儲蓄過剩電能并將電能輸送回電網(wǎng)。這項研究大獲成功，但尚未付諸實施。原因之一是，島上只有約20輛電動汽車。Østergaard教授說：“我們希望這種狀況會有所改觀。我們的目標(biāo)是將電動汽車整合到電網(wǎng)平衡解決方案中。”
西門子也在不斷優(yōu)化其技術(shù)。在荷蘭的Texel島上，當(dāng)?shù)仉娏献魃绨l(fā)起了一個類似于EcoGrid的計劃。這個計劃有300戶受試家庭參加，其目標(biāo)是在電能供應(yīng)充足時使用電能。該計劃已于2014年1月啟動。西門子提供了電能管理系統(tǒng)，以幫助根據(jù)電能供應(yīng)量計算出每度電的價格。博恩霍爾姆項目樹立了*。Arendt說：“EcoGrid項目證明，每一位用戶都能為可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的供需平衡貢獻(xiàn)力量，而又不必忍受高溫或寒冷。”