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以“小”制“大”：美國電力網(wǎng)絡(luò)中的微電網(wǎng)

相比傳統(tǒng)系統(tǒng)，智能微電網(wǎng)可以令分布式發(fā)電設(shè)施的運(yùn)行更可靠高效。西門子正在參與一項(xiàng)紐約州的社區(qū)能源彈性基金項(xiàng)目，并為加州的一個(gè)印第安保留地優(yōu)化發(fā)電。

西門子正與美國客戶攜手合作，讓發(fā)電設(shè)施靠近用電場所。這一舉措增加了電網(wǎng)中分布式能源所占比例。許多主要用電客戶，如軍事基地、大學(xué)、大型商業(yè)場所等，都希望投資建設(shè)現(xiàn)場發(fā)電設(shè)施。對(duì)這些客戶來說，擁有距離較近且能由供電方獨(dú)立控制的發(fā)電設(shè)施能夠帶來更高的供應(yīng)彈性和能源安全性。而微電網(wǎng)設(shè)計(jì)和控制軟件可以輕松集成并優(yōu)化現(xiàn)有的能源基礎(chǔ)設(shè)施、可再生能源發(fā)電及用電場所的功能，為未來電網(wǎng)擴(kuò)張?zhí)峁┝司哂醒诱剐缘幕A(chǔ)設(shè)施布局。

西門子致力于分布式能源和微電網(wǎng)的開發(fā)，并已在紐約州的微電網(wǎng)基金項(xiàng)目中獲得了17個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)。紐約州州長科莫已撥出3000多萬美元的?？钣糜谠撝莸纳鐓^(qū)能源供應(yīng)彈性微電網(wǎng)項(xiàng)目。在項(xiàng)目*階段，西門子攜手合作伙伴咨詢公司Booz Allen Hamilton以及軟件公司Power Analytics對(duì)微電網(wǎng)的技術(shù)及商業(yè)可行性開發(fā)進(jìn)行投資。對(duì)這些智能電力網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行評(píng)估將有助于相關(guān)方為社區(qū)提供更清潔、可靠和經(jīng)濟(jì)的電能。

更靈活且易調(diào)控的微電網(wǎng)
美國擁有總長約1060萬公里的電力線，其中一些已有近百歲“高齡”。這些電力線路的總長是德國電力線路總長（約180萬公里）的5倍以上。因此，監(jiān)控并確保大型電網(wǎng)的穩(wěn)定性不僅非常耗時(shí)，而且成本高昂。這些成本最終將由用戶承擔(dān)。相比傳統(tǒng)系統(tǒng)，獨(dú)立的微電網(wǎng)更為靈活且易于調(diào)控，因?yàn)樗鼈儾粫?huì)受到附近電網(wǎng)波動(dòng)的影響。

利用美國Xebec公司的變壓吸附系統(tǒng)將沼氣升級(jí)為純氫的設(shè)施。圖片由Blue Lake Rancheria提供。

紐約州能源研究和開發(fā)署（NYSERDA）負(fù)責(zé)管理該州的微電網(wǎng)項(xiàng)目。項(xiàng)目共分為三個(gè)階段：可行性研究階段、詳細(xì)設(shè)計(jì)階段和項(xiàng)目實(shí)施階段。*階段旨在評(píng)估微電網(wǎng)解決方案的技術(shù)可行性以及商業(yè)可行性。在此階段，項(xiàng)目小組將會(huì)提出發(fā)電方式與裝機(jī)容量，確定必要的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施升級(jí)，列出供電方扮演的角色及微電網(wǎng)解決方案的成本。這一階段的研究將討論微電網(wǎng)中分布式可再生能源（如光伏和生物氣設(shè)施）的使用與優(yōu)化管理，這也將有助于提升分布式能源在電網(wǎng)中所占比例。*階段的可行性研究預(yù)計(jì)將在2016年*季度完成。

適用于所有社區(qū)的智能微電網(wǎng)
2016年秋季，一套微電網(wǎng)將在美國的一塊印第安保留地內(nèi)投入運(yùn)營。這塊微電網(wǎng)位于加州的Blue Lake Rancheria，由西門子與同在加州的洪堡州立大學(xué)Schatz能源研究中心和電力公司Pacific Gas & Electric合作開發(fā)。該微電網(wǎng)很快將向保留地內(nèi)的建筑物供電，覆蓋建筑包括酒店、賭場和占地0.4平方公里的紅十字會(huì)緊急避難所。

為了生產(chǎn)環(huán)保電力，該微電網(wǎng)將加入一套輸出為0.5 MW的光伏陣列、一套生物質(zhì)設(shè)施、柴油發(fā)電機(jī)和工作容量為950 kWh的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。該光伏陣列是加州洪堡縣最大的光伏陣列，每年將能夠減少約150噸的二氧化碳排放。

西門子主要負(fù)責(zé)指導(dǎo)保留地內(nèi)微電網(wǎng)的電力和熱能供應(yīng)系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)。西門子充分考慮了場地內(nèi)不同的需求及特殊要求，包括地理位置和不同負(fù)載規(guī)模等。系統(tǒng)架構(gòu)將支持可再生能源發(fā)電及對(duì)電力基礎(chǔ)設(shè)施組件的高級(jí)控制。

在Blue Lake Rancheria，西門子將提供較為關(guān)鍵的微電網(wǎng)系統(tǒng)組件之一——控制軟件。西門子充分利用了它在電力設(shè)施控制中心軟件領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，開發(fā)出*的微電網(wǎng)控制解決方案以滿足微電網(wǎng)客戶的特定需求。該軟件負(fù)責(zé)系統(tǒng)的管理和控制，并可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期益處。

無需全天候值守人員
西門子Spectrum Power Microgrid Management軟件解決方案的一大優(yōu)勢是令微電網(wǎng)運(yùn)行無需全天候值守人員。微電網(wǎng)內(nèi)的所有基礎(chǔ)設(shè)施（包括發(fā)電和電網(wǎng)組件）都通過該軟件的SCADA平臺(tái)進(jìn)行監(jiān)控和控制。SCADA平臺(tái)是一套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它能夠快速整合、儲(chǔ)存、通信并實(shí)時(shí)提供所有數(shù)據(jù)。簡而言之，該網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)能夠執(zhí)行控制任務(wù)并優(yōu)化微電網(wǎng)的能源管理。高級(jí)控制功能（如天氣和負(fù)載預(yù)測）可以完成對(duì)發(fā)電和用電情況的預(yù)測，實(shí)現(xiàn)以降低成本或減排為主的 系統(tǒng)平衡。西門子*的微電網(wǎng)軟件提供了一個(gè)靈活、可擴(kuò)展的平臺(tái)，以動(dòng)態(tài)、節(jié)能的方式控制分布式發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)。該軟件可使系統(tǒng)快速應(yīng)對(duì)干擾并與當(dāng)?shù)仉娏具M(jìn)行通信，降低保留地的停電風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)電網(wǎng)來說，*的控制系統(tǒng)非常重要，因?yàn)轱L(fēng)能和太陽能等可再生能源在電網(wǎng)中所占比重的不斷提升正在帶來更大的電網(wǎng)波動(dòng)，并提高了用于確保可靠電力供應(yīng)的成本。另外，“產(chǎn)銷合一者”越來越多。“產(chǎn)銷合一者”包括在使用電力的同時(shí)也向電網(wǎng)輸送電力的樓宇或電動(dòng)車等。它們需要作為分散的單元被整合到電網(wǎng)內(nèi)。盡管能源結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，西門子正在開發(fā)微電網(wǎng)，以確保能源得到高效的傳輸和分配。