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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(lái)。

“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(shuō),，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(lái)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(shuō)：“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(lái),。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(lái),，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(lái)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(wàn)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(wàn)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(wàn)度,，總功率僅700萬(wàn)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(lái)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(shuō)：“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(wú)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(lái)，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(lái)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(shuō)：“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(shuō),，“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(wú)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%。