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如何對(duì)風(fēng)電場(chǎng)和太陽(yáng)能電站生產(chǎn)的過剩電力加以利用？西門子與電力公司RWE合作研制出一個(gè)解決方案：風(fēng)電蓄熱系統(tǒng)。其思路是改變家用夜間蓄熱式電暖器以往刻板的充電模式，增強(qiáng)靈活性，使該類系統(tǒng)可以存儲(chǔ)多余的環(huán)保電能。在德國(guó)開展的兩個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目表明該系統(tǒng)具備實(shí)用性。

鋪設(shè)在地板下面的蓄熱式采暖系統(tǒng)，可以將風(fēng)電場(chǎng)和太陽(yáng)能電站在白天或夜晚生產(chǎn)的過剩電力儲(chǔ)存起來。

“靈光閃念能照亮世界，卻不能加熱火爐。”德國(guó)抒人弗里德里希•黑貝爾如是道。彼時(shí)乃1842年，而他想不到的是，在大約170年后的今天，靈光閃念還能讓風(fēng)電場(chǎng)和太陽(yáng)能電站生產(chǎn)的過剩電力加熱鍋爐。確切地說，這樣的“鍋爐”由夜間蓄熱式電暖器組成。

20世紀(jì)50年代，蓄熱式電暖器日漸盛行，取代了燃煤爐和燃油爐。其工作原理十分簡(jiǎn)單：將電能轉(zhuǎn)化為熱能。盡管初這種電熱設(shè)備只能用來燒熱水，但如今*的現(xiàn)代化電暖器還可以將熱能儲(chǔ)存到一個(gè)絕緣菱鎂芯體中。為了節(jié)省電費(fèi)，電暖器可以在用電低谷時(shí)段——主要是夜間，使用電力。電力公司RWE“風(fēng)電蓄熱”項(xiàng)目經(jīng)理 Jorg Rummeni解釋說：“一般而言，電暖器可以在夜間充電大概8個(gè)小時(shí)，白天充電兩個(gè)小時(shí)左右。”加熱元件裝在菱鎂芯體內(nèi)部，在這里，電能將被轉(zhuǎn)化為熱能并被儲(chǔ)存起來。這里的溫度可高達(dá)600攝氏度。到了白天，蓄熱式電暖器可以重新釋放這些熱能。這時(shí)，電暖器表面溫度將升至高40攝氏度。電暖器的內(nèi)置風(fēng)扇可根據(jù)需要，不停從芯體中吹出熱量。

很長(zhǎng)一段時(shí)間來，蓄熱式電暖器的名聲都不太好。有人誤以為它們是電老虎。這是因?yàn)?，有時(shí)候電暖器的體積過于龐大、設(shè)置不準(zhǔn)確或者陳舊過時(shí)。在這種情況下，當(dāng)在隔熱性能欠佳的房屋中使用時(shí)，它們會(huì)消耗大量電力也就不足為怪了。然而，只要針對(duì)目標(biāo)建筑物進(jìn)行精心改良，技術(shù)*的系統(tǒng)就能充分發(fā)揮電暖器的全部?jī)?yōu)勢(shì)。這樣的系統(tǒng)價(jià)格實(shí)惠，易于安裝，僅需少量維護(hù)?，F(xiàn)在，電暖器以熱能形式儲(chǔ)蓄電能的能力，這也是另一個(gè)顯著的優(yōu)勢(shì)。

靈活的充電模式。過去兩年半，西門子和RWE一直在潛心研究如何利用這種電暖器的蓄熱能力，來存儲(chǔ)采用可再生能源生產(chǎn)的電力。其目標(biāo)是為蓄熱式電暖器配備智能控制系統(tǒng)，將之用作儲(chǔ)存發(fā)電量波動(dòng)不定的風(fēng)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)生產(chǎn)的電能的裝置。Rummeni堅(jiān)信，這一理念必將成功。目前，德國(guó)約有140萬個(gè)住戶在使用蓄熱式電暖器，這些蓄熱式電暖器的平均裝機(jī)功率為10千瓦。Rummeni指出，“這些電暖器都有可能充當(dāng)蓄電裝置，總額定功率高達(dá)1400萬千瓦，年蓄電容量達(dá)140億度。如此之大的數(shù)字，令這些電暖器對(duì)整個(gè)電力行業(yè)都意義重大。”相形之下，德國(guó)抽水蓄能電站的蓄電容量總和也不過4000萬度，總功率僅700萬千瓦。

有鑒于此，西門子和RWE于2011年3月聯(lián)合發(fā)起了“RWE風(fēng)電蓄熱”項(xiàng)目。攜手tekmar Regelsysteme有限公司，它們決定在埃森市建成已有20年的Stoppenberg住宅區(qū)開展一項(xiàng)試驗(yàn)。試驗(yàn)區(qū)由50棟*相同的獨(dú)戶、雙戶和三戶住宅樓構(gòu)成，住戶均為RWE客戶。項(xiàng)目合作伙伴特地選擇了一個(gè)由同類型住宅構(gòu)成的小區(qū)，所有房屋均配備了安裝在地板下方的供暖系統(tǒng)，而沒有采用傳統(tǒng)鍋爐或蓄熱式采暖設(shè)備。首先，項(xiàng)目小組僅對(duì)這種地暖模式進(jìn)行試驗(yàn)，以明確該系統(tǒng)的蓄熱能力。

為了讓試驗(yàn)區(qū)的蓄熱式電暖器僅僅采用來自可再生能源的電力，必須對(duì)該設(shè)備進(jìn)行改造，以實(shí)現(xiàn)靈活的充電模式。Rummeni說：“剛啟動(dòng)項(xiàng)目的時(shí)候，我們想要找到改變其固定充電模式，使之變得更加靈活的方法。”為此，tekmar用新的智能控制裝置替換了舊的電暖器控制裝置。這些智能控制裝置可以利用無線網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)和關(guān)閉充電過程。這些充電控制裝置能夠確保，不論任何時(shí)候，只要在刮風(fēng)或陽(yáng)光明媚，就能將風(fēng)力或太陽(yáng)能等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)生產(chǎn)的過剩電力儲(chǔ)存起來，這樣它們就不會(huì)被白白浪費(fèi)掉。

西門子為該項(xiàng)目提供相關(guān)軟件。所提供的軟件名為“分布式能源管理系統(tǒng)（DEMS）”，于2002年開發(fā)成功。西門子虛擬電廠產(chǎn)品經(jīng)理Thomas Werner解釋道，“它可以預(yù)測(cè)并優(yōu)化蓄熱式電暖器的使用方式，同時(shí)將電力市場(chǎng)情況納入考慮。”該工具可決定在什么時(shí)候，儲(chǔ)存多少來自可再生能源的電力。它通過綜合考量天氣預(yù)報(bào)信息以及當(dāng)前電價(jià)和每個(gè)家庭的用電需求等因素，作出這些決定。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，DEMS可以單獨(dú)調(diào)節(jié)送入50個(gè)住戶的電暖器儲(chǔ)存的風(fēng)力和太陽(yáng)能發(fā)電量。蓄熱式電暖器一經(jīng)“充滿”，充電過程便會(huì)終止。

雙贏。2012年秋季，50個(gè)參測(cè)住戶對(duì)試驗(yàn)結(jié)果頗為滿意。Rummeni說：“新的蓄熱式電暖器讓室內(nèi)溫度比往年穩(wěn)定得多。”過去，配備蓄熱式電暖器的房屋在早晨相當(dāng)暖和，因?yàn)殡娕髟谝归g儲(chǔ)存了充足的熱量。然而，到了傍晚，室內(nèi)溫度就變得很低，因?yàn)殡娕髟诎滋靸?chǔ)存不了多少熱量。Rummeni指出，靈活的充電模式大大降低了溫度波動(dòng)幅度。

2012年秋季，受該項(xiàng)目取得的良好效果的鼓舞，西門子和RWE在德國(guó)的Meckenheim對(duì)30棟建筑物開展了新一輪試驗(yàn)。與在埃森市進(jìn)行的試驗(yàn)不同的是，Meckenheim項(xiàng)目側(cè)重于傳統(tǒng)鍋爐，以及少量蓄熱式采暖設(shè)備。這次試驗(yàn)涵蓋大約80臺(tái)電暖器，合并虛擬蓄電裝置總功率為1000千瓦。初步試驗(yàn)結(jié)果非常喜人。Rummeni表示，“Meckenheim項(xiàng)目表明，風(fēng)電蓄熱系統(tǒng)也適用于其他類型的夜間蓄熱式電暖器。”

試驗(yàn)結(jié)果表明，這條思路在技術(shù)上是可行的。下一步是確定這項(xiàng)新的蓄電技術(shù)能否明顯降低能耗。Rummeni認(rèn)為，相比于波動(dòng)供熱，更加均勻恒定的室內(nèi)溫度應(yīng)當(dāng)有助于提高采暖系統(tǒng)的能效。Rummeni提醒說，“但價(jià)格必須在客戶的承受范圍內(nèi)。”這項(xiàng)新技術(shù)的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，僅僅要求更換控制器，而不是整個(gè)采暖系統(tǒng)。然而，顯然，只有當(dāng)這項(xiàng)技術(shù)能夠降低采暖系統(tǒng)的運(yùn)行成本時(shí)，消費(fèi)者才會(huì)改用靈活采暖控制系統(tǒng)。Rummeni指出，要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，必須修訂有關(guān)法規(guī)。一種可能性是，實(shí)行稅收優(yōu)惠，鼓勵(lì)消費(fèi)者改用靈活型蓄熱式電暖器。

風(fēng)電蓄熱系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn)。同蓄熱式電暖器一樣，客戶可以在電價(jià)低廉時(shí)使用電力。此外，甚至室內(nèi)溫度也更加宜人。蓄熱式電暖器使用的是多余的環(huán)保電力，因而間接減少了二氧化碳排放。此外，通過改善供電和用電之間的平衡，該技術(shù)還有助于穩(wěn)定電網(wǎng)，降低電網(wǎng)負(fù)荷。這些*性造就了供電企業(yè)、客戶和環(huán)境的共贏局面。

如果面向個(gè)人消費(fèi)者的RWE風(fēng)電蓄熱系統(tǒng)能夠創(chuàng)造效益，那么，RWE計(jì)劃向更多客戶群提供智能控制解決方案。但首先，智能控制系統(tǒng)必須能將電價(jià)降至每度20歐分以下。如果是這樣的話，風(fēng)電場(chǎng)和太陽(yáng)能電站生產(chǎn)的電力，將成為點(diǎn)燃無數(shù)爐火的靈光閃念。

Ulrich Kreutzer

DEMS 3.0

十多年前，西門子開發(fā)出分布式能源管理系統(tǒng)（DEMS），并且從那時(shí)起，不斷更新和擴(kuò)展其功能。2013年10月，西門子在市場(chǎng)上發(fā)布DEMS 3.0和一個(gè)功能強(qiáng)大的新工具：DEMS Designer。有了這個(gè)新工具，用戶可以更加輕松地創(chuàng)建和運(yùn)行“虛擬電廠”。為了做到這一點(diǎn)，用戶需要在DEMS中輸入天氣預(yù)報(bào)、電力市場(chǎng)、風(fēng)電機(jī)組、太陽(yáng)能電池、蓄電系統(tǒng)和負(fù)能量（即負(fù)載）等信息。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，該軟件將制定一份具體的電力計(jì)劃，規(guī)定哪座發(fā)電廠應(yīng)當(dāng)在什么時(shí)候向電網(wǎng)輸送電力。除該特性外，DEMS Designer還具備可顯示當(dāng)前用電需求的自動(dòng)化地圖功能，可謂錦上添花。該系統(tǒng)的用戶界面非常簡(jiǎn)單，得益于此，對(duì)新客戶進(jìn)行操作培訓(xùn)所需時(shí)間縮短了60%。