實踐出真知：意大利智能電網

西門子（中國）有限公司

實踐出真知：意大利智能電網

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強大系統：三套CSP拋物面反射鏡、一個輸出功率高達80千瓦的光伏電站，以及三臺能生產250千瓦電能、300千瓦熱能的微型燃氣輪機，為熱那亞大學提供電力。

在位于薩沃納的熱那亞大學校園里，西門子與來自這所高校的研究人員聯合建造了一個電網，它整合了常規發電設施、可再生能源發電設施以及蓄電設備。該項目旨在研發面向城市的微電網概念。項目的合作雙方大獲成功。西門子和意大利的Enel電力公司將在2015年米蘭世界博覽會上，展出這個已幫助熱那亞大學大幅降低電費的智能電網。

高聳入云的金屬拋物面反射器，看上去像是巨大的碟形衛星天線。然而，它的作用并非接收世界各地電視臺發送的信號，而是捕集環保太陽能。在其焦點，循環液體被加熱，從而采集太陽能。除不排放二氧化碳的熱能之外，這種集中式太陽能系統（CSP）還能以可持續發展的方式發電。譬如，在日照充足的西班牙和加利福尼亞州等地區，輸出功率高達數千千瓦的大型CSP設施已經投入運行。

事實上，在城市中心，也可以部署小規模CSP設施，如在位于意大利北部，距離熱那亞約45公里的小城薩沃納。這里安裝的三套拋物面反射器可以生產3千瓦電能、9千瓦熱能。它們是一個獨特項目的一部分，該項目建造的意大利首個微電網已于2014年初投入運行，而現在它還將為適用于整個城市和區域的類似解決方案提供參考。未來，這種智能配電網絡將整合不同的常規發電設施、可再生能源發電設施，以及蓄電設備、可控用電設備，從而形成一個既環保又可靠的供電系統。自給自足型微電網能在靠近最終用戶的地方發電，它們是發展未來分布式電力系統不可或缺的環節。

這個微電網可滿足熱那亞大學大約一半的用電需求（每年100萬度）

西門子正在全球范圍內與諸如熱那亞大學等研究伙伴合作，共同開發適用于這種將在今后幾年為社區、城市和企業供電的微電網的新型解決方案。熱那亞大學與意大利研究部聯合開展的智能多聯產微電網（SPM）計劃，出資240萬歐元扶持該項目，西門子受托建造了整個系統。

過去，熱那亞大學校園從公共電網獲得電能，并運行著一套配備了兩臺鍋爐的大型天然氣采暖設備。而自從該微電網投運之后，此網則可滿足熱那亞大學大約一半的用電需求——每年100萬度。在這個系統中，除這三套CSP拋物面反射鏡外，還部署了一個最大輸出功率為80千瓦的光伏電站，以及三臺能生產250千瓦電能、300千瓦熱能的微型燃氣輪機。此外，這個系統還包含：用于加熱和制冷的吸收式制冷機、兩座電動汽車充電站、兩套蓄熱設備，以及蓄電容量為100度的鈉鎳電池。所以，在風力不大、陽光也不明媚，并且天然氣價格相對較高的時候，它能夠為校園供應三小時電能。

西門子提供的DEMS系統，能對所有電能流動情況進行實時監控。

此SPM系統還只是為薩沃納的熱那亞大學校園供電。SPM計劃主管Federico Delfino教授表示，“其實，我們的校園和一個完整的城市社區十分類似，因為它包括教學樓、辦公樓、餐廳和修理廠。我們的校園占地6萬平方米，共有10棟建筑物，在校生大約1700人。”

此SPM系統的核心是SICAM微電網管理器，它連接至西門子的智能電力管理系統（分布式電力管理系統，DEMS）和SICAM PAS SCADA系統。DEMS使用智能電表來實時監測所有電能流動情況，確保所有發電設備和裝置優化運行。此外，它可以借助歷史數據和當前信息，生成耗電預測，譬如，針對即將在實驗室里開展的耗電量巨大的實驗，做出預測。它還可根據天氣預報預測可再生能源發電設施的發電量。這些預測的準確率高達80%，因此，這個系統可以提前規劃燃氣輪機的運行。當供電量足夠多時，DEMS將對SPM系統中的蓄電設備進行充電，以便進一步降低能耗、節省成本。Delfino解釋道，“控制和管理要求特別嚴格，因為我們必須同時優化電氣和供熱系統。在這方面，我們的SPM系統在國際上亦屬首創。”

SCADA系統監測、顯示、控制整套設施

該項目最大的挑戰之一，是確保集中采集并保存系統組件傳出的所有數據。盡管IEC 61850-7-420標準規定了適用于智能電網組件的通信協議，但低壓設備制造商更愿意使用簡單一些的標準，這意味著有關設備、傳感器和執行器最初并不具備“共同語言”。另一個問題，是所有這些組件都是為專有監控程序而設計的，難以輕松支持集中式SCADA程序。SCADA由計算機系統構成，可以監測、直觀顯示并控制整套設施。薩沃納選用的是基于西門子SIMATIC WinCC平臺的SICAM PAS系統。該系統可監測、控制所有組件，并直觀顯示它們的狀態和工況。Delfino解釋道，“為了解決通信問題，我們開發了能將各設備的不同協議，轉換為IEC 61850-7-420標準的電路，然后，我們在整個校園里均安裝了這種電路。這樣一來，這些設備之間的相互‘理解’，就再也沒有任何困難。”

熱那亞大學每年的電費從30萬歐元降至20萬歐元

該電網已投運近一年時間，研究人員對此十分滿意。熱那亞大學無疑獲益匪淺。Delfino說：“我們已可滿足自身一半左右的用電需求。此外，SPM的設計允許我們在未來進一步集成更多可再生能源發電設施，這將助力我們做到用電完全自給自足。這樣的自給自足很重要，特別是在尚未接通公共電網或電網不穩定的地區。我們的電費也從每年30萬歐元，降至20萬歐元，二氧化碳排放量則從每年820噸，減少至700噸。”Delfino認為，所有這些成就，證明了微電網的可行性、有效性。現在，重要的是要開展更大規模的新項目。為此，他已經聯系了其他意大利城市。他也定期接待來自世界各地——包括中國、沙特阿拉伯和韓國的參觀者。

在西門子，Bernd Koch負責微電網業務拓展，他也認為，再也沒有任何障礙阻止這種智能電網的商業化應用。Koch說：“在薩沃納，我們使用的全部是當前市場上買得到的組件，用于操作系統的算法也非常可靠。總體而言，SPM符合我們的期望，有時甚至明顯超出期望。”為了盡快將這項新技術推向市場，西門子還參與了其他參考項目，譬如，在溫哥華的不列顛哥倫比亞理工學院和英國的紐卡斯爾大學開展的項目。在加拿大項目中，所建電網僅由太陽能電池板和蓄電裝置組成，如電池和電動汽車，未使用礦物燃料。紐卡斯爾大學項目則側重于配電網的測量數據采集和電網控制，因為這是對優化電網運行的新算法進行驗證的基礎。