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如何對風電場和太陽能電站生產(chǎn)的過剩電力加以利用？西門子與電力公司RWE合作研制出一個解決方案：風電蓄熱系統(tǒng)。其思路是改變家用夜間蓄熱式電暖器以往刻板的充電模式，增強靈活性，使該類系統(tǒng)可以存儲多余的環(huán)保電能。在德國開展的兩個試點項目表明該系統(tǒng)具備實用性。

鋪設在地板下面的蓄熱式采暖系統(tǒng)，可以將風電場和太陽能電站在白天或夜晚生產(chǎn)的過剩電力儲存起來。

“靈光閃念能照亮世界，卻不能加熱火爐。”德國詩人弗里德里希•黑貝爾如是道。彼時乃1842年，而他想不到的是，在大約170年后的今天，靈光閃念還能讓風電場和太陽能電站生產(chǎn)的過剩電力加熱鍋爐。確切地說，這樣的“鍋爐”由夜間蓄熱式電暖器組成。

20世紀50年代，蓄熱式電暖器日漸盛行，取代了燃煤爐和燃油爐。其工作原理十分簡單：將電能轉(zhuǎn)化為熱能。盡管最初這種電熱設備只能用來燒熱水，但如今*的現(xiàn)代化電暖器還可以將熱能儲存到一個絕緣菱鎂芯體中。為了節(jié)省電費，電暖器可以在用電低谷時段——主要是夜間，使用電力。電力公司RWE“風電蓄熱”項目經(jīng)理 Jorg Rummeni解釋說：“一般而言，電暖器可以在夜間充電大概8個小時，白天充電兩個小時左右。”加熱元件裝在菱鎂芯體內(nèi)部，在這里，電能將被轉(zhuǎn)化為熱能并被儲存起來。這里的溫度可高達600攝氏度。到了白天，蓄熱式電暖器可以重新釋放這些熱能。這時，電暖器表面溫度將升至最高40攝氏度。電暖器的內(nèi)置風扇可根據(jù)需要，不停從芯體中吹出熱量。

很長一段時間來，蓄熱式電暖器的名聲都不太好。有人誤以為它們是電老虎。這是因為，有時候電暖器的體積過于龐大、設置不準確或者陳舊過時。在這種情況下，當在隔熱性能欠佳的房屋中使用時，它們會消耗大量電力也就不足為怪了。然而，只要針對目標建筑物進行精心改良，技術(shù)*的系統(tǒng)就能充分發(fā)揮電暖器的全部優(yōu)勢。這樣的系統(tǒng)價格實惠，易于安裝，僅需少量維護。現(xiàn)在，電暖器以熱能形式儲蓄電能的能力，這也是另一個顯著的優(yōu)勢。

靈活的充電模式。過去兩年半，西門子和RWE一直在潛心研究如何利用這種電暖器的蓄熱能力，來存儲采用可再生能源生產(chǎn)的電力。其目標是為蓄熱式電暖器配備智能控制系統(tǒng)，將之用作儲存發(fā)電量波動不定的風電和光伏發(fā)電系統(tǒng)生產(chǎn)的電能的裝置。Rummeni堅信，這一理念必將成功。目前，德國約有140萬個住戶在使用蓄熱式電暖器，這些蓄熱式電暖器的平均裝機功率為10千瓦。Rummeni指出，“這些電暖器都有可能充當蓄電裝置，總額定功率高達1400萬千瓦，年蓄電容量達140億度。如此之大的數(shù)字，令這些電暖器對整個電力行業(yè)都意義重大。”相形之下，德國抽水蓄能電站的蓄電容量總和也不過4000萬度，總功率僅700萬千瓦。

有鑒于此，西門子和RWE于2011年3月聯(lián)合發(fā)起了“RWE風電蓄熱”項目。攜手tekmar Regelsysteme有限公司，它們決定在埃森市建成已有20年的Stoppenberg住宅區(qū)開展一項試驗。試驗區(qū)由50棟*相同的獨戶、雙戶和三戶住宅樓構(gòu)成，住戶均為RWE客戶。項目合作伙伴特地選擇了一個由同類型住宅構(gòu)成的小區(qū)，所有房屋均配備了安裝在地板下方的供暖系統(tǒng)，而沒有采用傳統(tǒng)鍋爐或蓄熱式采暖設備。首先，項目小組僅對這種地暖模式進行試驗，以明確該系統(tǒng)的蓄熱能力。

為了讓試驗區(qū)的蓄熱式電暖器僅僅采用來自可再生能源的電力，必須對該設備進行改造，以實現(xiàn)靈活的充電模式。Rummeni說：“剛啟動項目的時候，我們想要找到改變其固定充電模式，使之變得更加靈活的方法。”為此，tekmar用新的智能控制裝置替換了舊的電暖器控制裝置。這些智能控制裝置可以利用無線網(wǎng)絡啟動和關(guān)閉充電過程。這些充電控制裝置能夠確保，不論任何時候，只要在刮風或陽光明媚，就能將風力或太陽能等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)生產(chǎn)的過剩電力儲存起來，這樣它們就不會被白白浪費掉。

西門子為該項目提供相關(guān)軟件。所提供的軟件名為“分布式能源管理系統(tǒng)（DEMS）”，于2002年開發(fā)成功。西門子虛擬電廠產(chǎn)品經(jīng)理Thomas Werner解釋道，“它可以預測并優(yōu)化蓄熱式電暖器的使用方式，同時將電力市場情況納入考慮。”該工具可決定在什么時候，儲存多少來自可再生能源的電力。它通過綜合考量天氣預報信息以及當前電價和每個家庭的用電需求等因素，作出這些決定。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，DEMS可以單獨調(diào)節(jié)送入50個住戶的電暖器儲存的風力和太陽能發(fā)電量。蓄熱式電暖器一經(jīng)“充滿”，充電過程便會終止。

雙贏。2012年秋季，50個參測住戶對試驗結(jié)果頗為滿意。Rummeni說：“新的蓄熱式電暖器讓室內(nèi)溫度比往年穩(wěn)定得多。”過去，配備蓄熱式電暖器的房屋在早晨相當暖和，因為電暖器在夜間儲存了充足的熱量。然而，到了傍晚，室內(nèi)溫度就變得很低，因為電暖器在白天儲存不了多少熱量。Rummeni指出，靈活的充電模式大大降低了溫度波動幅度。

2012年秋季，受該項目取得的良好效果的鼓舞，西門子和RWE在德國的Meckenheim對30棟建筑物開展了新一輪試驗。與在埃森市進行的試驗不同的是，Meckenheim項目側(cè)重于傳統(tǒng)鍋爐，以及少量蓄熱式采暖設備。這次試驗涵蓋大約80臺電暖器，合并虛擬蓄電裝置總功率為1000千瓦。初步試驗結(jié)果非常喜人。Rummeni表示，“Meckenheim項目表明，風電蓄熱系統(tǒng)也適用于其他類型的夜間蓄熱式電暖器。”

試驗結(jié)果表明，這條思路在技術(shù)上是可行的。下一步是確定這項新的蓄電技術(shù)能否明顯降低能耗。Rummeni認為，相比于波動供熱，更加均勻恒定的室內(nèi)溫度應當有助于提高采暖系統(tǒng)的能效。Rummeni提醒說，“但價格必須在客戶的承受范圍內(nèi)。”這項新技術(shù)的一個優(yōu)勢是，僅僅要求更換控制器，而不是整個采暖系統(tǒng)。然而，顯然，只有當這項技術(shù)能夠降低采暖系統(tǒng)的運行成本時，消費者才會改用靈活采暖控制系統(tǒng)。Rummeni指出，要實現(xiàn)這一點，必須修訂有關(guān)法規(guī)。一種可能性是，實行稅收優(yōu)惠，鼓勵消費者改用靈活型蓄熱式電暖器。

風電蓄熱系統(tǒng)有許多優(yōu)點。同蓄熱式電暖器一樣，客戶可以在電價低廉時使用電力。此外，甚至室內(nèi)溫度也更加宜人。蓄熱式電暖器使用的是多余的環(huán)保電力，因而間接減少了二氧化碳排放。此外，通過改善供電和用電之間的平衡，該技術(shù)還有助于穩(wěn)定電網(wǎng)，降低電網(wǎng)負荷。這些*性造就了供電企業(yè)、客戶和環(huán)境的共贏局面。

如果面向個人消費者的RWE風電蓄熱系統(tǒng)能夠創(chuàng)造效益，那么，RWE計劃向更多客戶群提供智能控制解決方案。但首先，智能控制系統(tǒng)必須能將電價降至每度20歐分以下。如果是這樣的話，風電場和太陽能電站生產(chǎn)的電力，將成為點燃無數(shù)爐火的靈光閃念。

Ulrich Kreutzer

DEMS 3.0

十多年前，西門子開發(fā)出分布式能源管理系統(tǒng)（DEMS），并且從那時起，不斷更新和擴展其功能。2013年10月，西門子在市場上發(fā)布DEMS 3.0和一個功能強大的新工具：DEMS Designer。有了這個新工具，用戶可以更加輕松地創(chuàng)建和運行“虛擬電廠”。為了做到這一點，用戶需要在DEMS中輸入天氣預報、電力市場、風電機組、太陽能電池、蓄電系統(tǒng)和負能量（即負載）等信息。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，該軟件將制定一份具體的電力計劃，規(guī)定哪座發(fā)電廠應當在什么時候向電網(wǎng)輸送電力。除該特性外，DEMS Designer還具備可顯示當前用電需求的自動化地圖功能，可謂錦上添花。該系統(tǒng)的用戶界面非常簡單，得益于此，對新客戶進行操作培訓所需時間縮短了60%。