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如何對風(fēng)電場(chǎng)和太陽(yáng)能電站生產(chǎn)的過(guò)剩電力加以利用？西門(mén)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。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，增強靈活性，使該類(lèi)系統可以存儲多余的環(huán)保電能。在德國開(kāi)展的兩個(gè)試點(diǎn)項目表明該系統具備實(shí)用性。

鋪設在地板下面的蓄熱式采暖系統，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(guò)剩電力儲存起來(lái)。

“靈光閃念能照亮世界，卻不能加熱火爐。”德國抒人弗里德里希•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(guò)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：將電能轉化為熱能。盡管初這種電熱設備只能用來(lái)燒熱水，但如今*的現代化電暖器還可以將熱能儲存到一個(gè)絕緣菱鎂芯體中。為了節省電費，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部，在這里，電能將被轉化為熱能并被儲存起來(lái)。這里的溫度可高達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。電暖器的內置風(fēng)扇可根據需要，不停從芯體中吹出熱量。

很長(cháng)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。這是因為，有時(shí)候電暖器的體積過(guò)于龐大、設置不準確或者陳舊過(guò)時(shí)。在這種情況下，當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，只要針對目標建筑物進(jìn)行精心改良，技術(shù)*的系統就能充分發(fā)揮電暖器的全部?jì)?yōu)勢。這樣的系統價(jià)格實(shí)惠，易于安裝，僅需少量維護?，F在，電暖器以熱能形式儲蓄電能的能力，這也是另一個(gè)顯著(zhù)的優(yōu)勢。

靈活的充電模式。過(guò)去兩年半，西門(mén)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)存儲采用可再生能源生產(chǎn)的電力。其目標是為蓄熱式電暖器配備智能控制系統，將之用作儲存發(fā)電量波動(dòng)不定的風(fēng)電和光伏發(fā)電系統生產(chǎn)的電能的裝置。Rummeni堅信，這一理念必將成功。目前，德國約有140萬(wàn)個(gè)住戶(hù)在使用蓄熱式電暖器，這些蓄熱式電暖器的平均裝機功率為10千瓦。Rummeni指出，“這些電暖器都有可能充當蓄電裝置，總額定功率高達1400萬(wàn)千瓦，年蓄電容量達140億度。如此之大的數字，令這些電暖器對整個(gè)電力行業(yè)都意義重大。”相形之下，德國抽水蓄能電站的蓄電容量總和也不過(guò)4000萬(wàn)度，總功率僅700萬(wàn)千瓦。

有鑒于此，西門(mén)子和RWE于2011年3月聯(lián)合發(fā)起了“RWE風(fēng)電蓄熱”項目。攜手tekmar Regelsysteme有限公司，它們決定在埃森市建成已有20年的Stoppenberg住宅區開(kāi)展一項試驗。試驗區由50棟*相同的獨戶(hù)、雙戶(hù)和三戶(hù)住宅樓構成，住戶(hù)均為RWE客戶(hù)。項目合作伙伴特地選擇了一個(gè)由同類(lèi)型住宅構成的小區，所有房屋均配備了安裝在地板下方的供暖系統，而沒(méi)有采用傳統鍋爐或蓄熱式采暖設備。首先，項目小組僅對這種地暖模式進(jìn)行試驗，以明確該系統的蓄熱能力。

為了讓試驗區的蓄熱式電暖器僅僅采用來(lái)自可再生能源的電力，必須對該設備進(jìn)行改造，以實(shí)現靈活的充電模式。Rummeni說(shuō)：“剛啟動(dòng)項目的時(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(xiàn)網(wǎng)絡(luò )啟動(dòng)和關(guān)閉充電過(guò)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)電系統生產(chǎn)的過(guò)剩電力儲存起來(lái)，這樣它們就不會(huì )被白白浪費掉。

西門(mén)子為該項目提供相關(guān)軟件。所提供的軟件名為“分布式能源管理系統（DEMS）”，于2002年開(kāi)發(fā)成功。西門(mén)子虛擬電廠(chǎng)產(chǎn)品經(jīng)理Thomas Werner解釋道，“它可以預測并優(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，儲存多少來(lái)自可再生能源的電力。它通過(guò)綜合考量天氣預報信息以及當前電價(jià)和每個(gè)家庭的用電需求等因素，作出這些決定。根據這些數據，DEMS可以單獨調節送入50個(gè)住戶(hù)的電暖器儲存的風(fēng)力和太陽(yáng)能發(fā)電量。蓄熱式電暖器一經(jīng)“充滿(mǎn)”，充電過(guò)程便會(huì )終止。

雙贏(yíng)。2012年秋季，50個(gè)參測住戶(hù)對試驗結果頗為滿(mǎn)意。Rummeni說(shuō)：“新的蓄熱式電暖器讓室內溫度比往年穩定得多。”過(guò)去，配備蓄熱式電暖器的房屋在早晨相當暖和，因為電暖器在夜間儲存了充足的熱量。然而，到了傍晚，室內溫度就變得很低，因為電暖器在白天儲存不了多少熱量。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，受該項目取得的良好效果的鼓舞，西門(mén)子和RWE在德國的Meckenheim對30棟建筑物開(kāi)展了新一輪試驗。與在埃森市進(jìn)行的試驗不同的是，Meckenheim項目側重于傳統鍋爐，以及少量蓄熱式采暖設備。這次試驗涵蓋大約80臺電暖器，合并虛擬蓄電裝置總功率為1000千瓦。初步試驗結果非常喜人。Rummeni表示，“Meckenheim項目表明，風(fēng)電蓄熱系統也適用于其他類(lèi)型的夜間蓄熱式電暖器。”

試驗結果表明，這條思路在技術(shù)上是可行的。下一步是確定這項新的蓄電技術(shù)能否明顯降低能耗。Rummeni認為，相比于波動(dòng)供熱，更加均勻恒定的室內溫度應當有助于提高采暖系統的能效。Rummeni提醒說(shuō)，“但價(jià)格必須在客戶(hù)的承受范圍內。”這項新技術(shù)的一個(gè)優(yōu)勢是，僅僅要求更換控制器，而不是整個(gè)采暖系統。然而，顯然，只有當這項技術(shù)能夠降低采暖系統的運行成本時(shí)，消費者才會(huì )改用靈活采暖控制系統。Rummeni指出，要實(shí)現這一點(diǎn)，必須修訂有關(guān)法規。一種可能性是，實(shí)行稅收優(yōu)惠，鼓勵消費者改用靈活型蓄熱式電暖器。

風(fēng)電蓄熱系統有許多優(yōu)點(diǎn)。同蓄熱式電暖器一樣，客戶(hù)可以在電價(jià)低廉時(shí)使用電力。此外，甚至室內溫度也更加宜人。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(guò)改善供電和用電之間的平衡，該技術(shù)還有助于穩定電網(wǎng)，降低電網(wǎng)負荷。這些*性造就了供電企業(yè)、客戶(hù)和環(huán)境的共贏(yíng)局面。

如果面向個(gè)人消費者的RWE風(fēng)電蓄熱系統能夠創(chuàng )造效益，那么，RWE計劃向更多客戶(hù)群提供智能控制解決方案。但首先，智能控制系統必須能將電價(jià)降至每度20歐分以下。如果是這樣的話(huà)，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)數爐火的靈光閃念。

Ulrich Kreutzer

DEMS 3.0

十多年前，西門(mén)子開(kāi)發(fā)出分布式能源管理系統（DEMS），并且從那時(shí)起，不斷更新和擴展其功能。2013年10月，西門(mén)子在市場(chǎng)上發(fā)布DEMS 3.0和一個(gè)功能強大的新工具：DEMS Designer。有了這個(gè)新工具，用戶(hù)可以更加輕松地創(chuàng )建和運行“虛擬電廠(chǎng)”。為了做到這一點(diǎn)，用戶(hù)需要在DEMS中輸入天氣預報、電力市場(chǎng)、風(fēng)電機組、太陽(yáng)能電池、蓄電系統和負能量（即負載）等信息。根據這些數據，該軟件將制定一份具體的電力計劃，規定哪座發(fā)電廠(chǎng)應當在什么時(shí)候向電網(wǎng)輸送電力。除該特性外，DEMS Designer還具備可顯示當前用電需求的自動(dòng)化地圖功能，可謂錦上添花。該系統的用戶(hù)界面非常簡(jiǎn)單，得益于此，對新客戶(hù)進(jìn)行操作培訓所需時(shí)間縮短了60%。