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電能需求高峰迫使電力公司要在“調(diào)峰”設(shè)施上花費數(shù)十億美元，而這些設(shè)施卻很少使用。能根據(jù)電價實時波動調(diào)節(jié)電力需求的智能化樓宇自控系統(tǒng)可起到調(diào)峰作用，并經(jīng)濟、高效地幫助穩(wěn)定整個發(fā)電和配電網(wǎng)絡(luò)。

從快餐店到聳立的辦公樓，樓宇擁有各種各樣的形狀和尺寸。但是大多數(shù)建筑物有兩點是相同的：對能源的胃口很大以及能效提升潛力很大。實際上，根據(jù)美國和德國政府的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，住宅和商用建筑消耗了全球40%的一次能源，并且排放了全球21%的二氧化碳。

建筑物的節(jié)能潛力到底有多大？“取決于不同的建筑物，節(jié)能幅度在25%至50%之間。” 西門子中央研究院高性能樓宇研究項目負責(zé)人、樓宇和城市節(jié)能技術(shù)權(quán)威ThomasGrünewald指出。

位于美國的西門子零售與商業(yè)系統(tǒng)公司（RCS）專門從事大型連鎖商場的能源管理，來自該公司的數(shù)據(jù)證實了這一點。盡管電力成本不斷攀升，但是該公司客戶的電費卻降低了15%至30%。鑒于美國商用建筑占樓宇總能耗的比例高達46%，因此RCS對能源需求的潛在長期影響將是巨大的。

炸薯條與能源分析。位于內(nèi)華達州Reno的LoadIQ從事的是類似的業(yè)務(wù)。這是一家由位于加州伯克利的西門子商用技術(shù)中心投資的初創(chuàng)公司，該公司擁有一種能大幅度降低美國7萬家快餐店電費的技術(shù)。經(jīng)過培訓(xùn)之后，就能利用該技術(shù)借助*的信號處理功能將快餐店的用電變化與獨立的設(shè)備關(guān)聯(lián)起來，比如烤箱、炸爐和冷藏設(shè)備。“該系統(tǒng)能觀察設(shè)備每次開關(guān)帶來的用電變化。”LoadIQ的*執(zhí)行官Hampden Kuhns博士說道，“每個變化都有對應(yīng)的*標記。比如，一個50瓦的阻性白熾燈和一個50瓦的感性熒光燈就有*不同的標記。”設(shè)備標識非常復(fù)雜，因為許多設(shè)備有多個周期。“但是我們找到了分隔每個周期然后重新組合的方法，為設(shè)備形成*標記。”Kuhns說道，“這可以識別一臺設(shè)備內(nèi)不同的活動，比如洗碗機內(nèi)大量用電的水加熱周期。該技術(shù)甚至還可結(jié)合快餐店的工作安排，檢測系統(tǒng)效率不高的時段。”

設(shè)備實際用電信息將定期與額定耗電量以及競爭性設(shè)備的電力需求進行對比。最終，如果發(fā)現(xiàn)重大偏差，LoadIQ技術(shù)可向業(yè)主報告，建議對特定設(shè)備進行維修或更換。

LoadIQ是“2011年加州清潔技術(shù)開放能源效率獎”的得主，并獲得了國家科學(xué)基金會（NSF）第二期小企業(yè)創(chuàng)新研究資助，它將開始在小型商業(yè)設(shè)施中試驗其技術(shù)。

削減對調(diào)峰電廠的需求。提高能效、削減電費的需求不僅限于企業(yè)和消費者。實際上，在許多國家整個發(fā)電和輸電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性正危如累卵。比如，如果電力需求接近容量上限，就有可能發(fā)生電壓突降或停電。為了避免出現(xiàn)這種情況，電力公司通常會利用所謂的“調(diào)峰”設(shè)施。但是因為這種設(shè)施很少啟用，它們的運營費用非常昂貴。其結(jié)果是電力價格突然飆升，漲幅達數(shù)倍。

“在美國，整個發(fā)電和配電基礎(chǔ)設(shè)施中有10%是用來滿足峰值電力需求的，但是使用率只有1%。”位于新澤西州普林斯頓的西門子美國研究院的“西門子 發(fā)明家”、自動化專家George Lo博士解釋道。有鑒于此，電力公司很顯然想竭力避免電力高峰，因為這樣可節(jié)省投資調(diào)峰設(shè)施的成本。“但是，如果我們繼續(xù)沿著原來的道路前進，美國在未來十年內(nèi)將需要1900臺調(diào)峰設(shè)備，以滿足不斷增長的用電需求。”

隨著美國和全球各地的公司開發(fā)出自己的應(yīng)對電價突然飆升的機制，他們開始考慮如何全面應(yīng)對需求高峰問題。比如，RCS的基于IT的智能化負荷管理（ILM）樓宇自動平臺，不僅可降低每天的用電需求，而且憑借其響應(yīng)電力市場信號的能力，有潛力全天候響應(yīng)電價的波動。為了加強采用西門子系統(tǒng)的樓宇參與樓宇電網(wǎng)通信項目的能力，ILM功能將在今年晚些時候被集成于西門子Apogee樓宇自控系統(tǒng)，使數(shù)以千計的Apogee樓宇作為獨立的用電戶，進一步降低對很少使用的調(diào)峰設(shè)施的需求。“如果有大量的樓宇采用這種方式運營，就可避免出現(xiàn)用電高峰，并自動化實時調(diào)節(jié)電力負荷。”Lo指出。

樓宇智能控制盒。如何做到這一點，尤其是在大型多用途建筑物中？這是加州大學(xué)伯克利分校新建研究大樓Saturdja Dai Hall里的能效專家的宏偉目標之一。采用西門子Apogee樓宇自控系統(tǒng)的Saturdja Dai Hall，是樓宇電網(wǎng)技術(shù)的試驗基地，比如自動化需求響應(yīng)（ADR）。為了確保樓宇能自動化智能響應(yīng)電價波動，西門子美國有限公司、西門子中央研究院和西門子樓宇科技集團正在與加州大學(xué)伯克利分校攜手合作，在Saturdja Dai Hall測試西門子中央研究院開發(fā)的“智能化能源盒”。“產(chǎn)品理念是當(dāng)峰值可以預(yù)測時，該智能盒將分析不同的方案：從削減非關(guān)鍵區(qū)域的制冷和照明到覆蓋所有墻插用電設(shè)備的微調(diào)分布式響應(yīng)。它將預(yù)計的電價和天氣條件考慮在內(nèi)，包括需求響應(yīng)期間太陽和建筑物的關(guān)系。最終，它將選定 的方案并實施。”Lo解釋道。

在不給樓宇用戶帶來不便的同時實現(xiàn)這種響應(yīng)并非易事。這就必須了解建筑物內(nèi)不同單元的安排、習(xí)慣和能源需求重要性排序等信息。除那些重要或關(guān)鍵的不能進行電力調(diào)節(jié)的區(qū)域之外，智能化能源盒通過將其需求響應(yīng)分布至盡可能多的系統(tǒng)，可最大限度減少造成的不便。

對于這整個過程而言，甚為關(guān)鍵的是允許樓宇自動系統(tǒng)讀取來自電力公司的ADR信號的協(xié)議。由美國勞倫斯伯克利國家實驗室（LBNL）開發(fā)并在近期獲得美國能源部批準的“OpenADR”協(xié)議，正在迅速贏得全球認同，可能會成為樓宇電網(wǎng)通信標準。“這非常重要，LBNL正在數(shù)百個地點測試OpenADR。Saturdja Dai Hall就是其中的一個點——得益于智能化能源盒的采用。其問題是電力批發(fā)價格每分鐘都有波動，而電力零售價格卻經(jīng)常保持不變。智能化能源盒能對此帶來改變——將用電從固定開銷*轉(zhuǎn)變?yōu)槟鼙环e極管理的費用。”積極倡導(dǎo)UCB加入這項技術(shù)研究的機械工程系教授David M. Auslander表示。

Saturdja Dai樓宇管理人員Domenico Caramagno說道：“數(shù)以千計的建筑物可從這個盒子中獲益。不僅可以在需求響應(yīng)期間調(diào)節(jié)電力負荷，從而獲益于電力公司的現(xiàn)金激勵計劃，而且可全天候最大限度節(jié)省電能。這就是我們前進的方向。”