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在位于薩沃納的熱那亞大學(xué)校園里，西門子與來自這所高校的研究人員聯(lián)合建造了一個(gè)電網(wǎng)，它整合了常規(guī)發(fā)電設(shè)施、可再生能源發(fā)電設(shè)施以及蓄電設(shè)備。該項(xiàng)目旨在研發(fā)面向城市的微電網(wǎng)概念。項(xiàng)目的合作雙方大獲成功。西門子和意大利的Enel電力公司將在2015年米蘭世界博覽會(huì)上，展出這個(gè)已幫助熱那亞大學(xué)大幅降低電費(fèi)的智能電網(wǎng)。

高聳入云的金屬拋物面反射器，看上去像是巨大的碟形衛(wèi)星天線。然而，它的作用并非接收世界各地電視臺(tái)發(fā)送的信號(hào)，而是捕集環(huán)保太陽能。在其焦點(diǎn)，循環(huán)液體被加熱，從而采集太陽能。除不排放二氧化碳的熱能之外，這種集中式太陽能系統(tǒng)（CSP）還能以可持續(xù)發(fā)展的方式發(fā)電。譬如，在日照充足的西班牙和加利福尼亞州等地區(qū)，輸出功率高達(dá)數(shù)千千瓦的大型CSP設(shè)施已經(jīng)投入運(yùn)行。

然而，在城市中心，也可以部署小規(guī)模CSP設(shè)施，如在位于意大利北部，距離熱那亞約45公里的小城薩沃納。這里安裝的三套拋物面反射器可以生產(chǎn)3千瓦電能、9千瓦熱能。它們是一個(gè)*項(xiàng)目的一部分，該項(xiàng)目建造的意大利微電網(wǎng)已于2014年初投入運(yùn)行，而現(xiàn)在它還將為適用于整個(gè)城市和區(qū)域的類似解決方案提供參考。未來，這種智能配電網(wǎng)絡(luò)將整合不同的常規(guī)發(fā)電設(shè)施、可再生能源發(fā)電設(shè)施，以及蓄電設(shè)備、可控用電設(shè)備，從而形成一個(gè)既環(huán)保又可靠的供電系統(tǒng)。自給自足型微電網(wǎng)能在靠近最終用戶的地方發(fā)電，它們是發(fā)展未來分布式電力系統(tǒng)*的環(huán)節(jié)。

盡在掌控：與熱那亞大學(xué)的學(xué)子一道，F(xiàn)ederico Delfino教授開發(fā)出新型微電網(wǎng)解決方案。

這個(gè)微電網(wǎng)可滿足熱那亞大學(xué)大約一半的用電需求（每年100萬度）

西門子正在全球范圍內(nèi)與諸如熱那亞大學(xué)等研究伙伴合作，共同開發(fā)適用于這種將在今后幾年為社區(qū)、城市和企業(yè)供電的微電網(wǎng)的新型解決方案。熱那亞大學(xué)與意大利研究部聯(lián)合開展的智能多聯(lián)產(chǎn)微電網(wǎng)（SPM）計(jì)劃，出資240萬歐元扶持該項(xiàng)目，西門子受托建造了整個(gè)系統(tǒng)。

過去，熱那亞大學(xué)校園從公共電網(wǎng)獲得電能，并運(yùn)行著一套配備了兩臺(tái)鍋爐的大型天然氣采暖設(shè)備。而自從該微電網(wǎng)投運(yùn)之后，此網(wǎng)則可滿足熱那亞大學(xué)大約一半的用電需求——每年100萬度。在這個(gè)系統(tǒng)中，除這三套CSP拋物面反射鏡外，還部署了一個(gè)最大輸出功率為80千瓦的光伏電站，以及三臺(tái)能生產(chǎn)250千瓦電能、300千瓦熱能的微型燃?xì)廨啓C(jī)。此外，這個(gè)系統(tǒng)還包含：用于加熱和制冷的吸收式制冷機(jī)、兩座電動(dòng)汽車充電站、兩套蓄熱設(shè)備，以及蓄電容量為100度的鈉鎳電池，因而，譬如，在風(fēng)力不大、陽光也不明媚，并且天然氣價(jià)格碰巧相對(duì)較高的時(shí)候，它能夠?yàn)樾@供應(yīng)三小時(shí)電能。

西門子提供的DEMS系統(tǒng)，能對(duì)所有電能流動(dòng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控

此SPM系統(tǒng)還只是為薩沃納的熱那亞大學(xué)校園供電。SPM計(jì)劃主管Federico Delfino教授表示，“其實(shí)，我們的校園和一個(gè)完整的城市社區(qū)十分類似，因?yàn)樗ń虒W(xué)樓、辦公樓、餐廳和修理廠。我們的校園占地6萬平方米，共有10棟建筑物，在校生大約1,700人。”

此SPM系統(tǒng)的核心是SICAM微電網(wǎng)管理器，它連接至西門子的智能電力管理系統(tǒng)（分布式電力管理系統(tǒng)，DEMS）和SICAM PAS SCADA系統(tǒng)。DEMS使用智能電表來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所有電能流動(dòng)情況，確保所有發(fā)電設(shè)備和裝置優(yōu)化運(yùn)行。此外，它可以借助歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)前信息，生成耗電預(yù)測(cè)，譬如，針對(duì)即將在實(shí)驗(yàn)室里開展的耗電量巨大的實(shí)驗(yàn)，做出預(yù)測(cè)。它還可根據(jù)天氣預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)可再生能源發(fā)電設(shè)施的發(fā)電量。這些預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率高達(dá)80%，因此，這個(gè)系統(tǒng)可以提前規(guī)劃燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行。當(dāng)供電量足夠多時(shí)，DEMS將對(duì)SPM系統(tǒng)中的蓄電設(shè)備進(jìn)行充電，以便進(jìn)一步降低能耗、節(jié)省成本。Delfino解釋道，“控制和管理要求特別嚴(yán)格，因?yàn)槲覀儽仨毻瑫r(shí)優(yōu)化電氣和供熱系統(tǒng)。在這方面，我們的SPM系統(tǒng)在國(guó)際上。”

面向未來的思考：學(xué)生們?cè)跓崮莵喆髮W(xué)圖書館里討論未來的電力解決方案。

SCADA系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、顯示、控制整套設(shè)施

該項(xiàng)目最大的挑戰(zhàn)之一，是確保集中采集并保存系統(tǒng)組件傳出的所有數(shù)據(jù)。盡管IEC 61850-7-420標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了適用于智能電網(wǎng)組件的通信協(xié)議，但低壓設(shè)備制造商更愿意使用簡(jiǎn)單一些的標(biāo)準(zhǔn)，這意味著有關(guān)設(shè)備、傳感器和執(zhí)行器最初并不具備“共同語言”。另一個(gè)問題，是所有這些組件都是為專有監(jiān)控程序而設(shè)計(jì)的，難以輕松支持集中式SCADA程序。SCADA是“Supervisory Control and Data Acquisition（監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集）”的首字母縮寫，它由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成，可以監(jiān)測(cè)、直觀顯示并控制整套設(shè)施。薩沃納選用的是基于西門子SIMATIC WinCC平臺(tái)的SICAM PAS系統(tǒng)。該系統(tǒng)可監(jiān)測(cè)、控制所有組件，并直觀顯示它們的狀態(tài)和工況。Delfino解釋道，“為了解決通信問題，我們開發(fā)了能將各設(shè)備的不同協(xié)議，轉(zhuǎn)換為IEC 61850-7-420標(biāo)準(zhǔn)的電路，然后，我們?cè)谡麄€(gè)校園里均安裝了這種電路。這樣一來，這些設(shè)備之間的相互‘理解’，就再也沒有任何困難。”

強(qiáng)大系統(tǒng)：三套CSP拋物面反射鏡、
一個(gè)輸出功率高達(dá)80千瓦的光伏電站，
以及三臺(tái)能生產(chǎn)250千瓦電能、300千瓦熱能的
微型燃?xì)廨啓C(jī)，為熱那亞大學(xué)提供電力。

熱那亞大學(xué)每年的電費(fèi)從30萬歐元降至20萬歐元

該電網(wǎng)已投運(yùn)近一年時(shí)間，研究人員對(duì)此十分滿意。熱那亞大學(xué)無疑獲益匪淺。Delfino說：“我們已可滿足自身一半左右的用電需求。此外，SPM的設(shè)計(jì)允許我們?cè)谖磥磉M(jìn)一步集成更多可再生能源發(fā)電設(shè)施，這將助力我們做到用電*自給自足。這樣的自給自足很重要，特別是在尚未接通公共電網(wǎng)或電網(wǎng)不穩(wěn)定的地區(qū)。我們的電費(fèi)也從每年30萬歐元，降至20萬歐元，二氧化碳排放量則從每年820噸，減少至700噸。”Delfino認(rèn)為，所有這些成就，證明了微電網(wǎng)的可行性、有效性。現(xiàn)在，重要的是要開展更大規(guī)模的新項(xiàng)目。為此，他已經(jīng)聯(lián)系了其他意大利城市。他也定期接待來自世界各地——包括中國(guó)、沙特阿拉伯和韓國(guó)——的參觀者。

在西門子，Bernd Koch負(fù)責(zé)微電網(wǎng)業(yè)務(wù)拓展，他也認(rèn)為，再也沒有任何障礙阻止這種智能電網(wǎng)的商業(yè)化應(yīng)用。Koch說：“在薩沃納，我們使用的全部是當(dāng)前市場(chǎng)上買得到的組件，用于操作系統(tǒng)的算法也非?？煽??？傮w而言，SPM符合我們的期望，有時(shí)甚至明顯超出期望。”為了盡快將這項(xiàng)新技術(shù)推向市場(chǎng)，西門子還參與了其他參考項(xiàng)目，譬如，在溫哥華的不列顛哥倫比亞理工學(xué)院和英國(guó)的紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)開展的項(xiàng)目。在加拿大項(xiàng)目中，所建電網(wǎng)僅由太陽能電池板和蓄電裝置組成，如電池和電動(dòng)汽車，未使用礦物燃料。紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)項(xiàng)目則側(cè)重于配電網(wǎng)的測(cè)量數(shù)據(jù)采集和電網(wǎng)控制，因?yàn)檫@是對(duì)優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行的新算法進(jìn)行驗(yàn)證的基礎(chǔ)。

可以在校園控制室內(nèi)操作智能電網(wǎng)。

智能電網(wǎng)虛擬視圖中也包含拋物面反射鏡。

可以在校園控制室內(nèi)操作智能電網(wǎng)。

拋物面反射鏡可在其焦點(diǎn)精確采集平行光束。

該系統(tǒng)也為校園里的電動(dòng)汽車提供充電站。

穿梭于校園的幾輛電動(dòng)汽車，也是智能電網(wǎng)的組成部分。

設(shè)計(jì)草圖變成了現(xiàn)實(shí)，電池模塊已部署到位。

未來智能電網(wǎng)亮相米蘭世界博覽會(huì)

在將于今年5月1日至10月31日舉辦的2015年米蘭世界博覽會(huì)上，公眾可以親眼目睹未來的智能電網(wǎng)。意大利Enel電力公司將采用西門子技術(shù)，在世博會(huì)場(chǎng)館內(nèi)搭建一個(gè)智能電網(wǎng)，它將覆蓋所有展廳、輸電網(wǎng)絡(luò)和電動(dòng)汽車充電站。智能電表將實(shí)時(shí)提供能耗數(shù)據(jù)，SCADA系統(tǒng)將控制并直觀顯示整個(gè)電網(wǎng)，西門子DESIGO樓宇管理系統(tǒng)將優(yōu)化所有展廳的能耗。參觀者將能看到，某一時(shí)刻，世博會(huì)使用的是哪種電能資源，以及對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行智能控制，是怎樣提高總體系統(tǒng)效率的。此外，還將設(shè)置一個(gè)“智慧城市控制中心”，以展示未來將如何優(yōu)化管理整座城市的電力分配。

西門子和來自熱那亞大學(xué)的研究人員已經(jīng)為此奠定了基礎(chǔ)，正如Delfino所解釋的那樣，“現(xiàn)在已經(jīng)可以相對(duì)輕松地在小城市和較大城區(qū)，部署我們的智能電網(wǎng)。”