不再是单向道

　　未来，智能电网和电表将在供电系统管理中大显身手。这就要求我们要对用户需求等变量进行实时的控制。德国爱尔兰根西门子智能电网试验中心的研发人员，目前正开发相应解决方案，包括根据模拟结果开发相应算法。

　　欧洲在大约 120 年前建立了第一座发电厂，随后逐步扩建其电力系统，通过电源插座为用户提供电力。“长久以来，我们在很大程度上是走着一条不明就里的路子。”阿尔邦能源股份公司总经理Jürgen Knaak说道，该公司是瑞士小镇阿尔邦的一家地方电力公用事业公司，镇上有 13,000 个居民。“甚至于时至今日，用户和电力供应者都不知道电力何时进入供电线路，线路中究竟有多少电。”不过，随着智能电表的出现，这一现状不久便将改观。自 2007 年开始，西门子已将该镇上大约 8,700户的电表更换为新型高科技设备。“对于电力行业而言，这是名副其实的变革，它的性质堪比手机和互联网的面世。” Knaak解释道。

　　在阿尔邦，“不明就里”就是指人们对于镇上电网的实际运转情况基本毫不知情，这方面的信息仅限于对家庭、企业和生产工厂用电量进行的定期统计。然而在未来，这一信息将远远不够。“电力的生产和供应会日趋复杂，我们必须有能力应对这一挑战。” Knaak说。阿尔邦目前安装的西门子 Amis 智能电表，是现今最先进的设备，它不仅可以统计用电量，还能够通过相应接口收集天然气、自来水和区域供暖表计数据。然后，这些数据被实时传送给电力公司，从而确保电力供应商始终全面掌握每个用户的用电需求——小到个人家庭的冰箱，大至大型工业用户，均可实时了如指掌。截至目前，阿尔邦镇已安装大约3,300 部智能电表，整个安装工程计划在 2013 年底完成。

　　随着那一天的到来，Knaak将迎来一个新时代，这个纪元将为他带来全新的业务模式，成为公司成功运营的保障。究其原因，就在于在未来的电力市场中，信息与电力具有同等重要的意义，详细的用电量数据将使电力公司能够提供个性化的电价模式，从而获得真正的竞争优势。

　　对于用户而言，意义又将何在？他们不仅可以更清楚地了解自己的企业或家中何处在用电；还能够更有针对性地管理用电。例如，Knaak可以精确到秒的程度，向瑞士圣加仑市的市政公用事业公司说明何时从康斯坦茨湖抽取饮用水所需的电费最低，从而为该公司提供更好的电价模式。同时，得益于实时抄表提供的丰富信息，阿尔邦能源公司还可以在产电量过剩因而电价很低时买进电力，从而提高赢利。

　　智能电表。十年或十五年后将是怎样的情形？据Knaak介绍，表面看去，对于个人或商业电力用户而言，情况不会有太大变化。这是因为那时电力仍将通过电源插座供应，当然，也仍将随时有电可用。但是如今仍广泛使用的，半年或一年才抄录一次的机械电表将退居科技博物馆。

　　未来的电网将成为一种信息网络，使家庭用户能够选择在电价低谷时段使用洗衣机。电器将实现完全的自动化控制，用户可以在线打开或关闭设备，也可以委托电网运营商的能源优化程序来在线打开或关闭这些设备。“一如既往地实施该方法，极有可能大幅降低耗电量。”瑞士联邦能源办公室能源研究部负责人Michael Moser如是预测。如此一来，瑞士的能源消耗可望降低 5% 至 10% 左右，从而缓解用户和环境的压力。

　　电力高速路。智能电表只是向数字供电系统方向发展过程中的一个副产品。电网设计将带来更大的技术和经济挑战，因为未来将有大部分电力不再像如今这样由少数几座大型发电厂生产，而是由众多中小型发电厂生产的。这些发电厂有时可能仅仅生产满足内部需求的电力，有时又会向电网送电。

　　在此以前基本上还只是“单向道”的电网，将被改造为“多车道”能源高速公路（参阅《未来之窗》秋季刊第12页）。例如，在风力强劲时，风力发电机将满负荷运转，而当用电需求上升时，天然气和生物质发电厂将开机发电。此外，还将有越来越多的电能存储系统投入使用，用以收储产量时高时低的可再生能源电力。

　　现在看来，智能电网或许尚显遥不可及。但科研人员——包括位于爱尔兰根的西门子中央研究院智能电网试验中心的研究人员，已经着手探索多种先进系统。该试验中心的专家，正在研发适合用于智能电网的特殊控制算法和硬件组件。在此研发过程中，将结合利用实验和颇为复杂的模拟。“比如说，我们正在针对一个真实存在的德国村庄的输电网络进行模拟，这个村庄的大部分电力来自光伏发电站。”Jochen Schäfer 博士介绍道。他在西门子中央研究院开展的“智能电网灯塔”项目中负责硬件组件的研发、测试和演示工作。

　　在此模拟中，该村庄的一条街道成为特别关注的对象。“这个地方有几个大型光伏发电站，却只有屈指可数的几个小型电力用户，这意味着当太阳辐射强烈时，将使电网的稳定性陷入十分严峻的境地。” Schäfer解释道。针对这一问题，专家们进行了实验室试验，他们以1:7 的比例模拟了该电网涉及的各个因素，包括发电站、电力用户和线路电阻等。

　　研究人员利用从单独的电网获取自身所需电力的逆变器来模拟太阳能电池。这样便可以设置适当的试验条件，譬如入射太阳辐射的强度。“我们现在不仅可以在模拟中对控制算法和极端情形进行试验和研究，也可以在现实条件下这样做。”西门子智能电网研究项目经理Joachim Bamberger表示。

　　实际上，演示中的场景可能出现云层飘过村庄的情况。这会导致虚拟光伏系统产生的电量（即由逆变器馈入电网的电力）显著减少。考虑到该村庄必须依靠当地电力充分满足其电力需求，研究人员在爱尔兰根实验室中的热电联产发电站启动以前，利用电池临时补偿减少的电量。

　　研究人员通过之前在模拟中试验过的交易机制，对电力产量和实际需求进行比较。“电池和热电联产发电厂等可调整的部分，可对当地电力交易所的价格信号做出响应。”Bamberger解释道。当可用太阳能发电量降低时，电价将相应上涨，结果该村成本更高的发电或蓄电系统（例如热电联产发电厂和电池）将开机供电。同时由于电价会影响热泵、制冷机等设备的耗电量，村庄的用电量也将降低（参阅第 17 页）。

　　“如果在模拟中能够证明这些电子控制系统行之有效，我们便可以利用模拟研究结果在实验室试验中对系统进行测试，并演示其操作。” Schäfer介绍道。截至目前，研究结果十分理想，西门子研究人员甚至已开始计划在南德电力公司Allgäuer überland - werk (AüW) 运营的一个电网上进行现场试验。届时，我们将朝着实现未来智能电网这一目标又跨进一大步。