实践出真知：意大利智能电网

西门子（中国）有限公司

实践出真知：意大利智能电网

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强大系统：三套CSP抛物面反射镜、一个输出功率高达80千瓦的光伏电站，以及三台能生产250千瓦电能、300千瓦热能的微型燃气轮机，为热那亚大学提供电力。

在位于萨沃纳的热那亚大学校园里，西门子与来自这所高校的研究人员联合建造了一个电网，它整合了常规发电设施、可再生能源发电设施以及蓄电设备。该项目旨在研发面向城市的微电网概念。项目的合作双方大获成功。西门子和意大利的Enel电力公司将在2015年米兰世界博览会上，展出这个已帮助热那亚大学大幅降低电费的智能电网。

高耸入云的金属抛物面反射器，看上去像是巨大的碟形卫星天线。然而，它的作用并非接收世界各地电视台发送的信号，而是捕集环保太阳能。在其焦点，循环液体被加热，从而采集太阳能。除不排放二氧化碳的热能之外，这种集中式太阳能系统（CSP）还能以可持续发展的方式发电。譬如，在日照充足的西班牙和加利福尼亚州等地区，输出功率高达数千千瓦的大型CSP设施已经投入运行。

事实上，在城市中心，也可以部署小规模CSP设施，如在位于意大利北部，距离热那亚约45公里的小城萨沃纳。这里安装的三套抛物面反射器可以生产3千瓦电能、9千瓦热能。它们是一个独特项目的一部分，该项目建造的意大利首个微电网已于2014年初投入运行，而现在它还将为适用于整个城市和区域的类似解决方案提供参考。未来，这种智能配电网络将整合不同的常规发电设施、可再生能源发电设施，以及蓄电设备、可控用电设备，从而形成一个既环保又可靠的供电系统。自给自足型微电网能在靠近最终用户的地方发电，它们是发展未来分布式电力系统不可或缺的环节。

这个微电网可满足热那亚大学大约一半的用电需求（每年100万度）

西门子正在全球范围内与诸如热那亚大学等研究伙伴合作，共同开发适用于这种将在今后几年为社区、城市和企业供电的微电网的新型解决方案。热那亚大学与意大利研究部联合开展的智能多联产微电网（SPM）计划，出资240万欧元扶持该项目，西门子受托建造了整个系统。

过去，热那亚大学校园从公共电网获得电能，并运行着一套配备了两台锅炉的大型天然气采暖设备。而自从该微电网投运之后，此网则可满足热那亚大学大约一半的用电需求——每年100万度。在这个系统中，除这三套CSP抛物面反射镜外，还部署了一个最大输出功率为80千瓦的光伏电站，以及三台能生产250千瓦电能、300千瓦热能的微型燃气轮机。此外，这个系统还包含：用于加热和制冷的吸收式制冷机、两座电动汽车充电站、两套蓄热设备，以及蓄电容量为100度的钠镍电池。所以，在风力不大、阳光也不明媚，并且天然气价格相对较高的时候，它能够为校园供应三小时电能。

西门子提供的DEMS系统，能对所有电能流动情况进行实时监控。

此SPM系统还只是为萨沃纳的热那亚大学校园供电。SPM计划主管Federico Delfino教授表示，“其实，我们的校园和一个完整的城市社区十分类似，因为它包括教学楼、办公楼、餐厅和修理厂。我们的校园占地6万平方米，共有10栋建筑物，在校生大约1700人。”

此SPM系统的核心是SICAM微电网管理器，它连接至西门子的智能电力管理系统（分布式电力管理系统，DEMS）和SICAM PAS SCADA系统。DEMS使用智能电表来实时监测所有电能流动情况，确保所有发电设备和装置优化运行。此外，它可以借助历史数据和当前信息，生成耗电预测，譬如，针对即将在实验室里开展的耗电量巨大的实验，做出预测。它还可根据天气预报预测可再生能源发电设施的发电量。这些预测的准确率高达80%，因此，这个系统可以提前规划燃气轮机的运行。当供电量足够多时，DEMS将对SPM系统中的蓄电设备进行充电，以便进一步降低能耗、节省成本。Delfino解释道，“控制和管理要求特别严格，因为我们必须同时优化电气和供热系统。在这方面，我们的SPM系统在国际上亦属首创。”

SCADA系统监测、显示、控制整套设施

该项目最大的挑战之一，是确保集中采集并保存系统组件传出的所有数据。尽管IEC 61850-7-420标准规定了适用于智能电网组件的通信协议，但低压设备制造商更愿意使用简单一些的标准，这意味着有关设备、传感器和执行器最初并不具备“共同语言”。另一个问题，是所有这些组件都是为专有监控程序而设计的，难以轻松支持集中式SCADA程序。SCADA由计算机系统构成，可以监测、直观显示并控制整套设施。萨沃纳选用的是基于西门子SIMATIC WinCC平台的SICAM PAS系统。该系统可监测、控制所有组件，并直观显示它们的状态和工况。Delfino解释道，“为了解决通信问题，我们开发了能将各设备的不同协议，转换为IEC 61850-7-420标准的电路，然后，我们在整个校园里均安装了这种电路。这样一来，这些设备之间的相互‘理解’，就再也没有任何困难。”

热那亚大学每年的电费从30万欧元降至20万欧元

该电网已投运近一年时间，研究人员对此十分满意。热那亚大学无疑获益匪浅。Delfino说：“我们已可满足自身一半左右的用电需求。此外，SPM的设计允许我们在未来进一步集成更多可再生能源发电设施，这将助力我们做到用电完全自给自足。这样的自给自足很重要，特别是在尚未接通公共电网或电网不稳定的地区。我们的电费也从每年30万欧元，降至20万欧元，二氧化碳排放量则从每年820吨，减少至700吨。”Delfino认为，所有这些成就，证明了微电网的可行性、有效性。现在，重要的是要开展更大规模的新项目。为此，他已经联系了其他意大利城市。他也定期接待来自世界各地——包括中国、沙特阿拉伯和韩国的参观者。

在西门子，Bernd Koch负责微电网业务拓展，他也认为，再也没有任何障碍阻止这种智能电网的商业化应用。Koch说：“在萨沃纳，我们使用的全部是当前市场上买得到的组件，用于操作系统的算法也非常可靠。总体而言，SPM符合我们的期望，有时甚至明显超出期望。”为了尽快将这项新技术推向市场，西门子还参与了其他参考项目，譬如，在温哥华的不列颠哥伦比亚理工学院和英国的纽卡斯尔大学开展的项目。在加拿大项目中，所建电网仅由太阳能电池板和蓄电装置组成，如电池和电动汽车，未使用矿物燃料。纽卡斯尔大学项目则侧重于配电网的测量数据采集和电网控制，因为这是对优化电网运行的新算法进行验证的基础。