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隔壁的城市

維也納正計劃建造一座在樓宇系統(tǒng)與供電系統(tǒng)之間實現(xiàn)互聯(lián)互通，從而發(fā)揮協(xié)力優(yōu)勢的城市。其愿景是：世界的富有生命力的實驗室，可對未來城市所需的節(jié)能增效技術進行優(yōu)化。

Aspen項目旨在試驗能夠在未來城市實現(xiàn)*能效的技術。

乍看之下，要在這個位于奧地利維也納東北部郊區(qū)的荒廢機場上修建一座實驗室，可能有點令人不可思議。但話又說回來，這座實驗室將需要大量的活動空間——事實上，需要足以供約2萬人使用的寬敞空間。這是因為，這座“實驗室”將是一座城市——或許是有史以來建造的*座可供科學家和城市規(guī)劃師研究如何優(yōu)化樓宇系統(tǒng)、可再生能源發(fā)電系統(tǒng)、地方配電網絡以及整個電網之間的相互作用，從而最大限度地提高能效，并降低總能耗的城市。（在中國天津，西門子還參與了另一個大型城市基礎設施項目。）

對于世界各地的城市而言，Aspern將具有重要意義，因為要想在遏制氣候變化的戰(zhàn)爭中贏得勝利，就需要在能耗和溫室氣體排放量分別占全球總量的75%和85%的城市中開戰(zhàn)。

“Aspern——維也納的城市湖畔” ，這座占地240公頃的實驗室，是歐洲最大的開發(fā)項目之一。盡管如今除了一個地鐵站和一棟已竣工建筑物之外，這里還是一片荒蕪，但到2015年年初，將有望建成3420套公寓、部分校園和宿舍。按計劃，到2028年，Aspern將擁有約8500套公寓、2萬個工作崗位、一所商業(yè)學校和一個研究中心——從所有這些地方，搭乘地鐵僅需25分鐘便能抵達維也納市中心。

Aspern并不只是一個大型房地產開發(fā)項目那么簡單。使其在遍布全球的數(shù)十個大型項目中獨樹一幟的是一份協(xié)議，一份由維也納市政府、當?shù)仉娏荆╓ien Energie）和西門子于不久前簽訂的、為期5年、斥資約4000萬歐元，共同成立一家合資企業(yè)（JV）的協(xié)議。西門子是參與該項目的個工業(yè)合作伙伴。西門子中央研究院（CT）研究與技術中心負責人Wolfgang Heuring博士透露，事實上，一個由西門子中央研究院以及西門子基礎設施與城市業(yè)務領域的智能電網集團和樓宇科技集團牽頭的聯(lián)合研究計劃，主張將這座城市變成一個“富有生命力的實驗室”。他說：“Aspern為有助于實現(xiàn)節(jié)能增效和可持續(xù)城市發(fā)展的技術集成解決方案，提供了一個試驗臺。對于西門子以及對于我們的研發(fā)活動而言，通過實地試驗來掌握技術集成方法，極其重要。”

同樣，這個項目也是維也納市政府的頭等要事。維也納市政府已經做出承諾，要最大限度地減輕其環(huán)境影響，同時提升人們的生活質量。Marc H. Hall是維也納市政服務企業(yè)Wiener Stadtwerke控股股份公司的執(zhí)行委員會成員，主要負責能源、研究、技術和創(chuàng)新等事務，他表示：“我們想要著手應對未來的能源需求，其關鍵在于采用智能能源管理系統(tǒng)和智能家庭解決方案，以及如何將諸如集中供暖等傳統(tǒng)解決方案與新的分布式解決方案整合起來。”

雖然已經在宜居城市指數(shù)排行榜上高居首位，同時也在“全球十大智慧城市”排名中名列前茅，維也納仍然希望進一步減少其對環(huán)境的影響。但是，要以意味深遠的方式實現(xiàn)這一目標，要求維也納客觀地評判其當前的能效水平，這是為日后的進展監(jiān)測所做的初步準備。西門子中央研究院可持續(xù)發(fā)展城市技術創(chuàng)新項目負責人Bernd Wachmann博士解釋道：“為此，必須克服數(shù)據(jù)源分散的問題。必須從樓宇自控系統(tǒng)收集不同類型的數(shù)據(jù)，將之與當前及預測天氣信息相合并，進行數(shù)據(jù)整合。這種數(shù)據(jù)預測理念為實現(xiàn)實時優(yōu)化和決策支持奠定了基礎。”

建筑物會說話。這正是西門子想要在Aspern項目中實現(xiàn)的目標。西門子打造了一個三合一解決方案包，其中包括適用于智能樓宇的電源管理解決方案；面向低壓電網的解決方案——即將電能從變壓器輸送至單獨樓宇和公寓的配電網；以及用于管理“大數(shù)據(jù)”的解決方案，包括建立城市數(shù)據(jù)中心。與幾乎所有其他大型城市開發(fā)項目不同的是，在Aspern項目中，這些系統(tǒng)的所有組件都必須能夠分享數(shù)據(jù)，而不論其制造商是誰。

僅這一條技術規(guī)范要求就使得Aspern項目要采用全新的采購流程。Vesna Mikulovic負責對西門子樓宇科技集團在歐洲開展的各個試點項目進行戰(zhàn)略協(xié)調，她表示：“在建造一座智慧城市時，如果試圖采用陳舊的招投標制度，那么，將永遠不可能實現(xiàn)服務集成。最終將不得不采購盡管廉價但卻無法相互通信的組件。在Aspern項目中，我們采取的做法是，摒棄孤立方式，著眼服務集成需求，制定新的業(yè)務規(guī)則。簡而言之，集成是我們在大型城市開發(fā)項目中面臨的最嚴峻的挑戰(zhàn)。”

但是，攻克這個挑戰(zhàn)需要付出代價，至少就初始資本支出而言。正因如此，Aspern合資企業(yè)承擔了常規(guī)組件與智能組件的成本差價，以及安裝諸多可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的成本，同樣也是出于這個原因，將僅在幾棟具有代表性的樓宇安裝可再生能源發(fā)電系統(tǒng)。因此，為了盡可能多地掌握關于節(jié)能增效的知識，Aspern合資企業(yè)將支持安裝不同的技術“混搭”解決方案，這些技術從光伏太陽能電池板和熱泵，到各式各樣的蓄能解決方案，不一而足。一個經專門設計，可以最大限度地降低能耗，同時最大限度地提高成本效益的電源管理系統(tǒng)，將實現(xiàn)本地用電設備、發(fā)電設施和蓄電裝置等的集成和協(xié)調控制。這些建筑物中的供暖系統(tǒng)及其他主要用電設備、樓宇自控系統(tǒng)，有時甚至包括家用電器等，都將配備傳感器，用于追蹤其電能使用情況和能效。經樓宇住戶在租房或購房協(xié)議中明示同意，將通過標準化雙向通信，與電力公司交換選定信息，如樓宇負荷預測。此外，將為Aspern建設一個嶄新的低壓電網，這給了Aspern合資企業(yè)一個的機會，可以為這個電網配備一個傳感器網絡，以便實時測定其性能。最終，得到的所有數(shù)據(jù)將被傳送至城市數(shù)據(jù)中心。智慧城市業(yè)務高級經理Monika Sturm博士將負責協(xié)調西門子中央研究院的Aspern項目，她說：“總而言之，通過分析能效最高的技術組合及其對最終用戶行為的影響，我們希望這個*的IT基礎設施組合能幫助我們從優(yōu)化目標的角度，理解這些基礎系統(tǒng)之間的關聯(lián)。”

然而，理解這些關聯(lián)，將提出詮釋方面的艱巨挑戰(zhàn)。Sturm說：“我們將需要挖掘這些信息的深層含義。”她指出，從根本上講，監(jiān)測低壓電網是一個新的研究領域。“一旦*批樓宇的住戶入住并且配套系統(tǒng)投入運行，我們將立即開始評估其生成的數(shù)據(jù)，以便理解對電網和樓宇都有影響的各種變量和因素之間的關系。”這反過來又要求開發(fā)能夠理解這些新數(shù)據(jù)的專門算法。由此得到的信息將特別重要，因為計劃要求對可再生能源發(fā)電系統(tǒng)進行高度集成。Sturm表示：“我們需要知道在不斷變化的天氣條件下，所有這些在不同組合中運行的系統(tǒng)是如何影響電網和樓宇的。這樣的研究將帶領我們走向預測優(yōu)化，甚至進一步提高能效。”

本地發(fā)電。Aspern的“富有生命力的實驗室”理念包含了許多的特性，其中一個特性是，其電網的成本效益將不再基于經典的需求響應系統(tǒng)。智能樓宇技術專家Mikulovic表示：“我們的目標是盡可能地提高本地發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量，并借助本地蓄電裝置，盡可能多地使用本地發(fā)電系統(tǒng)生產的電能。然后，正如我們所看到的，下一步是與智能低壓電網進行交互。一旦做到這一步，樓宇與電網之間的協(xié)調將變得簡單許多。”

Mikulovic解釋道，在配備了Aspern合資企業(yè)提供的節(jié)能增效解決方案的樓宇中，樓宇管理系統(tǒng)將協(xié)調從光伏發(fā)電或太陽能發(fā)電系統(tǒng)供應給樓宇熱泵的電能。她解釋道：“要實現(xiàn)這一點，需要進行預測以及管理發(fā)電和蓄電。所有這一切構成了一個艱巨的樓宇級數(shù)據(jù)集成挑戰(zhàn)，因為要分析不同的發(fā)電方案組合。”

西門子中央研究院智能電網核心技術計劃項目經理Robert Simon表示：“Aspern將是智能電網的一個非常重要的佐證。”他指出，如今的樓宇已經是多模態(tài)系統(tǒng)，因為這些樓宇已經集供電、燃氣和供暖/制冷等多個系統(tǒng)于一身。“我們的智能電網解決方案從電網入手，然后逐步將樓宇和電廠集成到電網中，最終目標是提升多模態(tài)電能系統(tǒng)在智能電網中所起的作用。因此，Aspern是將我們新近取得的開發(fā)成果帶入現(xiàn)實世界，并預期新的市場要求的理想之地。”

西門子的Gerald Murauer是Aspern合資企業(yè)的負責人，他說：“我看到了回報。這個回報是知識，是原型應用，是智慧城市理念確實可行的論證。假設這個理念是可行的，那么，其中涉及的西門子技術將受益匪淺，包括樓宇自控系統(tǒng)和電能自動化系統(tǒng)，智能電網技術，以及將所有這些系統(tǒng)集成起來的能力。”

Arthur F. Pease

城市與居民：系統(tǒng)集成帶來的益處

將以往彼此獨立的系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)整合起來，將令城市及其居民的生活發(fā)生怎樣的改變？答案是：緩慢而又深刻的轉變。不妨試想，在維也納Aspern社區(qū)的一棟擁有100套住房的公寓樓內，通過整合其眾多系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)，可以最大限度地降低每一套公寓的能耗和二氧化碳排放量。譬如，在寒冷的冬季午后，早在日落西山，氣溫下降之前，由蓄電池供電的熱泵可使蘊含了熱能的井水在公寓樓內循環(huán)，從而實現(xiàn)供暖。這些電池已經在白天——或者這個星期的早些時候，由大樓屋頂?shù)墓夥l(fā)電系統(tǒng)充滿電。此外，公寓樓的樓宇自控系統(tǒng)將根據(jù)溫度預測、人體感應傳感器數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)等，協(xié)調這整個過程。公寓樓住戶將參加從降低大樓總能耗的角度出發(fā)，激勵個人最大限度降低能耗的計劃——這也是西門子的研究項目之一。隨著時間的推移，這棟公寓樓將學會如何最大限度地降低其總能耗——數(shù)十座其他設施也將學會這樣做——并與低壓電網分享信息。西門子的Gerald Murauer是Aspern合資企業(yè)的負責人，他說：“由此得到的信息有望幫助實現(xiàn)節(jié)能增效、保護環(huán)境以及形成專門技術，從而造福于世界各地的城市。”事實上，這座新城的一個重要組成部分，同時也是這座城市的*棟建筑物，是“aspernIQ技術中心”。這是一座經專門設計，為初創(chuàng)企業(yè)提供辦公場所的Energy Plus設施。Murauer補充道：“我們預計，從Aspern項目中收獲的知識，將掀起一陣智慧城市創(chuàng)業(yè)潮。”

城市亦將有“大腦”

西門子中央研究院（CT）的科學家希望讓城市像電機一樣平穩(wěn)運行。為了降低能耗和二氧化碳排放量，同時改善人們的生活質量，他們正在試驗一個名為“城市智能平臺”的可靈活擴展的高性能數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)。這個平臺可以處理各式各樣的系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)，包括公寓樓、電廠以及交通、供水、照明等基礎設施等等。目前，正在意大利米蘭和羅馬尼亞Timisoara試驗，如何利用這個平臺的組件，通過集成城市供水管網和發(fā)電基礎設施等輸出的數(shù)據(jù)，減少漏水量和最大限度地降低耗電量。此外，正在德國柏林、意大利Rovereto和芬蘭坦佩雷發(fā)起旨在優(yōu)化交通的試點項目。

這樣的項目有望產生海量數(shù)據(jù)，從這些數(shù)據(jù)中可以形成新的知識。西門子中央研究院可持續(xù)發(fā)展城市技術創(chuàng)新項目負責人Bernd Wachmann解釋道：“隨著數(shù)據(jù)傳入城市智能平臺，數(shù)據(jù)分析算法將能夠實時評估遍布城市的各種系統(tǒng)的運行情況。”該平臺的長期愿景著眼更遠。平臺項目經理Christian Schwingenschlogl表示：“可以預見的是，由此將產生某種數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)。它就像一個自然系統(tǒng)，其中每個組成要素都將具備反饋循環(huán)，因此，這個系統(tǒng)——以及最終整座城市——都能在自然能源限制范圍內進行自我調節(jié)。”

城市智能平臺由一組可適應城市*要求的模塊化程序構成，可以從多種不同的基礎設施系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)，將之轉換為標準化格式，并在這些數(shù)據(jù)之間建立關聯(lián)，以及將這些數(shù)據(jù)與諸如天氣預報和歷史數(shù)據(jù)模式等其他信息相結合。Wachmann指出，其結果是可清晰明了地了解各種城市活動過程，從而為節(jié)約資源和節(jié)省資金開啟了機會之門。

Arthur F. Pease

美國空軍學院大幅降低能源成本

據(jù)美國能源信息署日前發(fā)布的研究報告稱，到2035年，全球能耗增幅將超過50%。為了積極應對這一趨勢，西門子中央研究院與波音能源結成戰(zhàn)略聯(lián)盟，提出了一個采用西門子高級樓宇自控和能源管理技術的解決方案，有望將樓宇能耗降低40%，將峰值負荷降低25%。西門子與波音攜手加州大學伯克利分校及KEMA服務公司，為位于科羅拉多州的美國空軍學院部署西門子智能樓宇管理系統(tǒng)。這個系統(tǒng)經專門設計，可無縫集成單獨控制的樓宇及樓宇子系統(tǒng)，從而最大限度地降低總能耗。

位于新澤西州普林斯頓的西門子美國研究院自動控制技術領域研究小組組長Yan Lu博士解釋道：“較之當前市場上現(xiàn)有的系統(tǒng)，西門子智能樓宇管理系統(tǒng)是一個面向用電設備和供電系統(tǒng)的集成化程度更高的解決方案?，F(xiàn)在，可以將曾經由多家廠商提供的不同服務，整合到一個更為精簡的系統(tǒng)中，打造出涵蓋整個園區(qū)的優(yōu)化動態(tài)節(jié)能解決方案。”通過將不同的子系統(tǒng)和樓宇集成到一個統(tǒng)管全局的能源監(jiān)測和控制系統(tǒng)中，智能樓宇管理系統(tǒng)可以順應內部及外部環(huán)境的變化，為一棟樓宇或一個建筑群做出能源管理決策。雖然大多數(shù)系統(tǒng)都依賴于靜態(tài)編程和設置，但智能樓宇管理系統(tǒng)利用了創(chuàng)新動態(tài)決策流程，以便實現(xiàn)根據(jù)天氣和占用情況的變化，提高能源利用效率。而根據(jù)動態(tài)電價作出相應調整，還能進一步節(jié)省電能。目前正在開展深度能效和微型電網級需求響應試驗項目。