迈向分布式能源的未来

西门子正在探索如何利用智能电网管理未来的分布式能源环境。与此同时，公司也在思考储能、自主微电网和虚拟电厂等技术将如何为电网运营商和能源生产商带来新机遇。

如今，电力系统转型在许多国家不断推进，其程度不亚于一场技术革命。以往，电力供应仅仅依靠为数不多的集中式化石燃料电厂或核电站。如今，在新的体系中，将有越来越多的分布式发电设施向电网输送电力。但是，由于这种分布式发电设施的发电量大多随天气状况发生波动，因此，保持电力供需之间的平衡就成为了一项挑战。考虑到电力供需失衡将导致电压质量下降并有可能损害接入电网的电气设备，解决这项问题就变得尤为重要。而智能电网正是攻克这一难题的良方。精心维护的IT系统可确保智能电网能够将多种能源供应者与带有储能单元的可调节电力消费设施相结合，确保电网稳定性。不仅如此，智能电网在电力销售中也将起到积极的作用。

集成式储能设备

在现今瞬息万变的环境中，新型储能设备扮演着关键的角色。它们能够吸纳过剩电力，而后将电力送入电网以应不时之需。这种系统的应用广泛，既可用于安装了屋顶太阳能板的独户住宅，也可用于乡村或城市的地区电网，还可用于为人烟稀少地区输送电力的配电网络。为此，由西门子带领的一个名为“SENSIBLE（针对楼宇和社区的以储能为基础的可持续能源）”的联合体正在进行一项欧盟项目，目的是研究如何将储能设备优化集成到电网架构中。在这个联合体中，西门子与13家企业和科研机构合作。这其中包括位于巴黎、纽伦堡、诺丁汉和塞维利亚等地的大学，以及EDP电力公司。这项研究将在三处地点开展。

在纽伦堡，研究人员正在研究如何将技术应用于办公楼。为此，他们在埃尔兰根西门子园区内的实验大楼和工业大学中部署了热电联产（CHP）装置、模拟光伏系统、热储能单元、空气源热泵和电池等设施。西门子中央研究院分布式能源系统项目经理Michael Metzger博士表示：“这个系统结合了可再生能源与化石燃料发电、储能设备、可调节负载以及智能电力管理系统，让我们可以更好地研发优化电网运营的策略，以最小化供热和供电产生的成本和二氧化碳排放。”

SENSIBLE包括几个子项目。纽伦堡子项目主要研究楼宇内各系统间的交互，而在英国诺丁汉开展的子项目则侧重于研究Meadows街区及3800栋左右的住宅。这些住宅许多都安装了屋顶太阳能板。因此它们是“产销者”，也就是说，它们不仅消耗电能，也生产电能。Metzger指出：“在这个项目中，我们希望查明家用储能设备和该区域的几个大型储能系统在为整个城市街道提供可靠供电的过程中分别扮演了怎样的角色。智能电表可提供关于用电和发电的实时信息。当电力过剩时，专门的服务供应商就会在电力交易所出售这些电力。”

在SENSIBLE的第三个子项目中，葡萄牙埃武拉的西门子研究人员正在研究如何将本地能源网络变成自主微电网。由于越来越多的光伏发电系统被安装在了这个以农村为主的地区，现有的电力网络正日趋接近容量极限，而储能设备为这个问题提供了解决方法。为了改善电网稳定性和电压质量，研究人员采用了飞轮储能系统。它能在再次输送电能前临时储存电能，而各种不同电池储能系统则能更长时间地储存过剩电能。Metzger说道：“对于微电网来说，这种应用场景十分有趣。因为微电网需要能够独立于公共电网在岛屿或偏远地区等地域运行。”

实验镇

在德国的Wildpoldsried，西门子还携手企业和科研机构开展了与SENSIBLE项目类似的研究。Wildpoldsried是一座拥有约2500位居民的小镇，其太阳能、风能和生物质等能源的发电量已达到居民耗电总量的四倍以上。Metzger表示：“这里的电力构成与预计2020年时德国全国的电力构成情况大体相似。因此，这座小镇被视为代表整个德国的实验室。”在另一个名为“IREN2”的项目中，项目联合体在Metzger的带领下正在研究复杂微电网能否实现自主运行，以及它是否有可能替代大型常规电厂。

虚拟电厂：为未来能源系统奠定基础

可再生能源发电设施、不同规模的储能设备和需求调节型用电设备间的智能交互是虚拟电厂运行的先决条件。然而，相关人员只有借助西门子的分布式能源管理（DEMS）软件这类的智能系统，才能完成如此艰巨的任务。西门子DEMS业务发展负责人Thomas Dürr表示：“DEMS可将各式各样的发电设施、储能系统和用电者的灵活产能合并起来并进行交易。这就包括从企业处购买过剩电能，或灵活地将自己的过剩电能送入公共电网。”被纳入虚拟电厂的参与者可以通过网站门户，向DEMS软件登记自己的产能及其他信息。DEMS软件会将所有这些产能整合为合并输出功率，然后在电力交易所或市场上出售，以实现电网调峰。

西门子已将DEMS集成于EnergyIP IT平台。这样，虚拟电厂就可以囊括上万个参与者。EnergyIP可采集并处理智能电表测得的用电数据，并将之与诸如电网状态、客户合同和计费等信息结合在一起。电网运营商可通过应用程序来分析数据并用于制定战略计划和负载管理等，或向客户提供有关信息。EnergyIP是一个可扩展的平台，这意味着它可以调节至几乎任意规模。因此，它可以处理海量数据，从而产出精确的负载与发电预测。DEMS根据这些预测来控制庞大的虚拟电厂。RWE Smartpool项目正是一个例子。在这个项目中，西门子计划与能源供应商RWE合作，将大量分布式能源系统合并起来。这个项目不仅关注电力供应，而且重视灵活管理能够随时吸纳过剩电能的用电者。简而言之，其目的是确保未来的电力供应将像在大型集中式电厂时代那样稳定可靠。