打造未來(lái)電網(wǎng)的尖端骨干

西門子推出的HVDC PLUS輸電技術(shù)將在今后幾十年內(nèi)為基于可再生能源的電力供應(yīng)打下基礎(chǔ)。

在理想情況下，可再生能源本應(yīng)取自何處，就用之何處。然而，現(xiàn)實(shí)情況并非始終如此。譬如，海上風(fēng)電場(chǎng)生產(chǎn)的電力必須輸送至沿海地區(qū)。這一過(guò)程通常需要使用高壓直流輸電線路（HVDC）。當(dāng)輸電電纜長(zhǎng)度超過(guò)80公里時(shí)，HVDC是最為高效的解決方案。HVDC系統(tǒng)通過(guò)換流站將海上風(fēng)電場(chǎng)產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。這些直流電在被輸送至陸地后，又會(huì)經(jīng)換流站轉(zhuǎn)換回交流電。舉例來(lái)說(shuō)，通過(guò)這一過(guò)程，北海上的一條海上直流輸電線路可以實(shí)現(xiàn)低于4%的輸電損耗。

陸地上的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)電場(chǎng)和水電站產(chǎn)生的電力往往需要跨越遙遠(yuǎn)的距離才能到達(dá)城市地區(qū)。例如，為了將德國(guó)北部風(fēng)電場(chǎng)產(chǎn)生的電能傳輸至南部地區(qū)，一條總長(zhǎng)度達(dá)3800公里的新輸電線路正在規(guī)劃之中。這一項(xiàng)目同樣采用直流輸電。西門子能源業(yè)務(wù)的HVDC換流器產(chǎn)品開發(fā)主管J?rg Dorn表示：“這些電力高速公路將構(gòu)成未來(lái)電力網(wǎng)絡(luò)的骨干。”

這并不足為奇。因?yàn)檩旊娙萘繛?500兆瓦的三相交流輸電系統(tǒng)在800公里的輸電距離內(nèi)會(huì)產(chǎn)生約9%的輸電損耗，而直流輸電可以將損耗降低30%到50%不等。從2010年起，西門子在中國(guó)建成的一套HVDC系統(tǒng)就證明了直流輸電線路能夠成功運(yùn)行。這套系統(tǒng)的輸電容量高達(dá)5000兆瓦，可將在云南的水電站生產(chǎn)的電力輸送至遠(yuǎn)在1400公里之外的廣東省內(nèi)的大城市。通過(guò)取代由燃煤產(chǎn)生的補(bǔ)充電力，廣東省每年可減排二氧化碳約3000萬(wàn)噸。

不僅如此，HVDC輸電還有一個(gè)獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，它可以將由于電網(wǎng)頻率不同而在技術(shù)上不可兼容的三相交流電網(wǎng)連接起來(lái)。因此，對(duì)西門子來(lái)說(shuō)，繼續(xù)優(yōu)化HVDC技術(shù)是明智之舉。目前，西門子是全球領(lǐng)先的HVDC系統(tǒng)制造商之一，擁有約40%的市場(chǎng)份額。

隔離故障

在一些應(yīng)用場(chǎng)景中，使用傳統(tǒng)HVDC技術(shù)需要耗費(fèi)大量的精力且成本高昂，西門子為此開發(fā)出了專門的HVDC解決方案。比如說(shuō)，2010年，HVDC PLUS技術(shù)被首次使用，通過(guò)一條穿越東灣區(qū)的長(zhǎng)85公里的電纜將坐落于加利福尼亞州州匹茲堡的天然氣電廠生產(chǎn)的電力輸送至舊金山市中心。

HVDC PLUS設(shè)施能帶來(lái)諸多益處。比方說(shuō)，不同于傳統(tǒng)HVDC系統(tǒng)，HVDC PLUS通常不要求在電網(wǎng)中使用交流濾波器。這是因?yàn)樵贖VDC PLUS系統(tǒng)中，電流轉(zhuǎn)換所需的絕緣柵雙極晶體管（IGBT）模塊能夠以高度智能的方式實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)開關(guān)，從而讓換流過(guò)程產(chǎn)生接近理想的電流和電壓波形。這樣就無(wú)需使用濾波器，從而節(jié)省了空間，使HVDC PLUS解決方案極其適用于如海上風(fēng)電場(chǎng)等系統(tǒng)。當(dāng)然，西門子還在堅(jiān)持不懈地改進(jìn)其電力電子系統(tǒng)。例如，在2016年8月于巴黎舉辦的國(guó)際大電網(wǎng)委員會(huì)（CIGRE）展會(huì)上，西門子發(fā)布了性能是以往型號(hào)的兩倍的IGBT模塊。這意味著實(shí)現(xiàn)規(guī)定性能所需的模塊數(shù)量更少，從而可以節(jié)省更多空間。

不僅如此，盡管常規(guī)HVDC系統(tǒng)需要在有輸電干線電壓的情況下才能從交流電轉(zhuǎn)換為直流電，HVDC PLUS設(shè)施可自行產(chǎn)生這種電壓。由此帶來(lái)的好處是，當(dāng)輸電線上的電壓發(fā)生中斷，或當(dāng)某個(gè)電廠徹底停機(jī)時(shí)，這項(xiàng)新技術(shù)能夠自行生成干線電壓，實(shí)現(xiàn)“黑啟動(dòng)”，從而降低斷電風(fēng)險(xiǎn)。

除此之外，如果高架電力線遭遇雷擊，那么采用全橋技術(shù)的新一代發(fā)電換流器將允許系統(tǒng)在短短數(shù)百毫秒內(nèi)多次重新啟動(dòng)，確保故障被隔離而不擴(kuò)散。

深埋地底還是架空

傳統(tǒng)HVDC技術(shù)已融合了40多年持續(xù)研發(fā)所取得的成果，而HVDC PLUS技術(shù)則相對(duì)較新。不過(guò)，西門子已在對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步研發(fā)。目前，功率最大的HVDC PLUS系統(tǒng)連接法國(guó)Baixas與西班牙Santa Llogaia。它長(zhǎng)65公里，有兩套系統(tǒng)，通過(guò)兩條輸電容量各為1000兆瓦的地下電纜輸送電力。迄今為止，HVDC PLUS技術(shù)一直被用于地下電纜線路。然而，借助采用全橋技術(shù)的新型IGBT模塊，計(jì)劃在2022年之前竣工的貫穿德國(guó)南北、長(zhǎng)340公里的Ultranet輸電線路，將能夠使用輸電容量高達(dá)2000兆瓦的靈活、可靠的高架線路。Ultranet項(xiàng)目只是朝著未來(lái)覆蓋全歐洲的、基于可再生能源的直流電網(wǎng)邁出的第一步，歐洲電力輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)預(yù)計(jì)將在2050年建成這個(gè)電網(wǎng)。這些系統(tǒng)以及其他概念都旨在滿足今后幾十年的能源供應(yīng)要求。

LO3 Energy是一家剛剛起步的紐約公司，它正在與西門子數(shù)字電網(wǎng)部門和西門子初創(chuàng)企業(yè)投資部門next47合作，在布魯克林區(qū)測(cè)試一個(gè)微電網(wǎng)項(xiàng)目。這里的居民不論是否安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)，都可以在所謂的區(qū)塊鏈平臺(tái)上相互購(gòu)買和出售太陽(yáng)能電力，這個(gè)平臺(tái)將自動(dòng)記錄每一筆交易。當(dāng)颶風(fēng)來(lái)襲時(shí)，這個(gè)孤網(wǎng)可以獨(dú)立運(yùn)行，自給自足。這個(gè)項(xiàng)目在推進(jìn)可再生發(fā)電資源的分布式供電系統(tǒng)過(guò)程中，具有開拓性意義。

陽(yáng)光明媚的日子里，Martha Cameron家的電表會(huì)倒著轉(zhuǎn)。原因很簡(jiǎn)單：她家的屋頂安裝了一套太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。坐落于布魯克林區(qū)寧?kù)o美麗的Park Slope街區(qū)，這排赤褐色砂石建筑建于1900年前后。當(dāng)艷陽(yáng)高照時(shí)，如她用不完18個(gè)光伏太陽(yáng)能電池板生產(chǎn)的電力，剩余的電力將回饋電網(wǎng)。2010年Cameron是第一個(gè)安裝這套太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的人。不過(guò)很快，在這條兩旁種滿挪威楓樹和梧桐的林蔭道上，又有5幢大樓安裝了太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。

2016年4月，首次交易發(fā)生在那些沒有安裝太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的居民和自家太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生過(guò)剩電力的居民之間。在總部設(shè)在布魯克林區(qū)的能源初創(chuàng)企業(yè)LO3 Energy的幫助下，Park Slope街區(qū)及相鄰的Gowanus街區(qū)、Boerum Hill街區(qū)的居民建起了布魯克林微電網(wǎng)（Brooklyn Microgrid）項(xiàng)目。這個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目之所以可行，是因?yàn)樗軡M足三個(gè)條件。首先，歸功于LO3 Energy的“TransActive Grid”區(qū)塊鏈平臺(tái)，這項(xiàng)技術(shù)為每筆交易生成時(shí)間標(biāo)記，形成一連串安全區(qū)塊，這樣每筆能源交易都有記錄。其次，西門子數(shù)字電網(wǎng)業(yè)務(wù)部門提供了針對(duì)微電網(wǎng)的技術(shù)解決方案。第三，西門子初創(chuàng)企業(yè)投資部門next47通過(guò)融資、項(xiàng)目技術(shù)專長(zhǎng)和咨詢等方式為這類潛在顛覆性的技術(shù)給予支持。

不過(guò)，布魯克林微電網(wǎng)的目標(biāo)不只是實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好型電力的小規(guī)模交易。鑒于2012年桑迪颶風(fēng)造成的毀滅性災(zāi)難，這個(gè)項(xiàng)目計(jì)劃在微電網(wǎng)內(nèi)安裝電池蓄電裝置，以便在下一次風(fēng)暴造成緊急狀況時(shí)，至少暫時(shí)保持穩(wěn)定供電用于照明。如有可能，最終將根據(jù)太陽(yáng)能發(fā)電情況調(diào)整局部用電需求。舉例來(lái)講，可以在陽(yáng)光燦爛時(shí)對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行充電，電池蓄電裝置無(wú)需額外升壓電路

不論是阿拉斯加荒野，還是紐約市街區(qū)，在截然不同的環(huán)境中，自給自足的微電網(wǎng)都扮演著重要角色。無(wú)論是基于風(fēng)力、太陽(yáng)能、水力還是生物質(zhì)等分布式發(fā)電系統(tǒng)蓬勃發(fā)展起來(lái)的電力市場(chǎng)，微電網(wǎng)的重要性都與日俱增。LO3 Energy正從西門子推進(jìn)的微電網(wǎng)中獲益，譬如，自2014年起在巴伐利亞州南部村莊Wildpoldsried投入運(yùn)行的微電網(wǎng)。這些微電網(wǎng)包含網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、開關(guān)、創(chuàng)新電池解決方案和智能電表。

與布魯克林微電網(wǎng)合作，也讓西門子能源管理集團(tuán)獲益匪淺，因?yàn)門ransActive Grid平臺(tái)基于分布式網(wǎng)絡(luò)化記賬系統(tǒng)，采用加密技術(shù)以成本低廉的防偽方式保存數(shù)據(jù)。舉例來(lái)講，它能確保用戶收到原裝部件，因?yàn)樗山柚鶵FID芯片和區(qū)塊鏈無(wú)縫追溯部件來(lái)源——這是西門子可能感興趣的眾多應(yīng)用之一。

這種直接在計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)商業(yè)交易，十分經(jīng)濟(jì)劃算，具有巨大潛力。目前，全球范圍內(nèi)通過(guò)區(qū)塊鏈管理的資產(chǎn)總值高達(dá)16億美元。據(jù)加密貨幣平臺(tái)Coinmarketcap稱，從2013年到2016年，這些資產(chǎn)的增幅高達(dá)令人瞠目的1600%。貝爾法斯特的普華永道區(qū)塊鏈專家Seamus Cushley表示，僅在2016年前9個(gè)月，與區(qū)塊鏈有關(guān)的初創(chuàng)企業(yè)就獲得了14億投資。

這些發(fā)展為電力交易帶來(lái)了新的維度?，F(xiàn)在，住戶無(wú)需中間機(jī)構(gòu)就可以交易少量綠色電力。自動(dòng)拍賣機(jī)制以用電戶愿意支付的最高電價(jià)為導(dǎo)向，決定電力價(jià)格。然而，就布魯克林微電網(wǎng)而言，局部太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)生產(chǎn)的電力并非其參與者使用的唯一電力。尚未安裝太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的住戶使用的電力依然主要來(lái)自是距離最近的常規(guī)電廠生產(chǎn)的電力。但他們購(gòu)買了鄰居的太陽(yáng)能光伏電池板的“環(huán)境屬性”，這類似于消費(fèi)者過(guò)去在選擇可再生能源生產(chǎn)的電力時(shí)所購(gòu)買的綠色電力信用額。現(xiàn)在，他們可以向?qū)嶋H電力供應(yīng)者直接購(gòu)買。

這個(gè)方法并不新鮮。消費(fèi)者向電力公司購(gòu)買利用可再生能源生產(chǎn)的電力，就是為偏遠(yuǎn)地區(qū)的風(fēng)電場(chǎng)、太陽(yáng)能電站、水電站或生物質(zhì)發(fā)電廠等電力生產(chǎn)者向電網(wǎng)輸送電力提供資金支持。如今在布魯克林區(qū)，消費(fèi)者支付的電費(fèi)使他們的鄰居獲利，而非那些遙遠(yuǎn)的無(wú)名風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商。然而，金錢不是大多數(shù)項(xiàng)目參與者的主要考慮因素。LO3 Energy的業(yè)務(wù)發(fā)展主管Scott Kessler指出：“這個(gè)街區(qū)希望為下一場(chǎng)颶風(fēng)做好準(zhǔn)備，負(fù)責(zé)任地處理環(huán)境問(wèn)題，以及增進(jìn)團(tuán)結(jié)?！?/P>

要想實(shí)現(xiàn)這個(gè)愿景，布魯克林微電網(wǎng)不能局限于幾個(gè)屈指可數(shù)的參與者。到2017年初，它將覆蓋50棟赤褐色砂石建筑、公寓樓、學(xué)校、加油站、消防站和幾幢工廠建筑。目標(biāo)是在2018年之前擁有1000個(gè)參與者。它還計(jì)劃安裝電池蓄電裝置，甚至更廣泛的光伏發(fā)電系統(tǒng)。所有這一切都將得到西門子數(shù)字電網(wǎng)業(yè)務(wù)部門提供的微電網(wǎng)管理系統(tǒng)支持，有了這個(gè)系統(tǒng)，哪怕發(fā)生全市范圍斷電，也可確保微電網(wǎng)自給自足地供電。

電力小區(qū)網(wǎng)絡(luò)

要取得成功，區(qū)塊鏈平臺(tái)和微電網(wǎng)需要一套監(jiān)管制度。在紐約州這套制度由“能源愿景改革（REV）”來(lái)提供。這個(gè)平臺(tái)的目的是最大限度地降低供電系統(tǒng)的脆弱性——颶風(fēng)桑迪將這一點(diǎn)暴露無(wú)遺，同時(shí)更多使用可再生能源資源和降低成本。布魯克林微電網(wǎng)可以很好地檢驗(yàn)這些目標(biāo)。西門子能源管理集團(tuán)的Stefan Jessenberger表示：“微電網(wǎng)是核心，它為由電力小區(qū)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的未來(lái)電力世界奠定了基礎(chǔ)。區(qū)塊鏈也促成了這個(gè)過(guò)程，大大簡(jiǎn)化了在小區(qū)內(nèi)部執(zhí)行電力交易的方式?！?/P>

西門子數(shù)字電網(wǎng)業(yè)務(wù)部門、next47和LO3 Energy都堅(jiān)信基于區(qū)塊鏈的微電網(wǎng)潛力巨大，因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)可用于任何分布式電力系統(tǒng)。Kessler說(shuō)：“我們?cè)诓剪斂肆治㈦娋W(wǎng)中積累的經(jīng)驗(yàn)，無(wú)疑將在未來(lái)的項(xiàng)目中發(fā)揮作用。”與此同時(shí)，Martha Cameron對(duì)所取得的成績(jī)備感自豪，她說(shuō)：“我們是電力供應(yīng)者?！?/P>

     公司主要從事工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域設(shè)備的研發(fā)、銷售、維修和承接自動(dòng)化工程及技術(shù)服務(wù)等，集產(chǎn)品銷售、自動(dòng)化控制工程、設(shè)備維修為一體，銷售西門子PLC、觸摸屏、變頻器、SITOP電源、數(shù)控系統(tǒng)(840D、802S/C、802SL、828D 801D)、伺服數(shù)控V20/V90/V80V60、軟啟動(dòng)、備件等各系列產(chǎn)品。企業(yè)主要業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)范圍： 為工業(yè)企業(yè)提供智能制造整體解決方案頂層設(shè)計(jì)咨詢和規(guī)劃服務(wù)； 為工業(yè)企業(yè)數(shù)字化工廠產(chǎn)線設(shè)計(jì)、建設(shè)、互聯(lián)互通等提供專業(yè)的產(chǎn)品、技術(shù)和 服務(wù)。 為工業(yè)企業(yè)提供遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、調(diào)試運(yùn)維及工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)解決方案和 服務(wù)。 為工業(yè)企業(yè)和政府提供電氣自動(dòng)化控制、傳動(dòng)整體解決方案及項(xiàng)目集成、實(shí)施應(yīng)用。 為工業(yè)企業(yè)提供西門子工業(yè)軟件及數(shù)字化工廠解決方案和實(shí)施服務(wù)。 為工業(yè)企業(yè)提供西門子自動(dòng)化控制、網(wǎng)絡(luò)通訊、變頻電機(jī)、低壓元器件、智能儀表等電氣控制、傳動(dòng)產(chǎn)品及高、中、低壓、西門子8PT配電產(chǎn)品、能源集團(tuán)自動(dòng)化等產(chǎn)品、技術(shù)和 服務(wù)。 為工業(yè)企業(yè)智能裝備層面提供自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自動(dòng)導(dǎo)引車、RFID、傳感器、數(shù)據(jù)采集智能網(wǎng)關(guān)、低壓配電柜、智能配電柜及電抗器、濾波器及快速布線端子板等產(chǎn)品。