用户程序执行
在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
西门子代理商气候变化已是不争的事实。问题是我们能否遏止气候变化？西门子开展的一项研究勾勒出通往《巴黎协定》目标的道路蓝图。
本世纪，人们的生活将发生怎样的转变？自动驾驶汽车能否驶上街头？癌症会不会被克服？能不能在火星上建立殖民地？没有人知道答案。然而，就地球未来的气温而言，我们有一个明确的目标：2015年签订的《巴黎气候协定》要求国际社会（美国除外）必须将**升温幅度限制在2摄氏度以内（以本世纪工业革命前的气温水平为基础）。我们还知道怎样才能实现这一目标：将温室气体，特别是二氧化碳（CO2）的排放量降至“零”。
但要实现这一目标，需要采取一整套脱碳措施。由于《巴黎协定》并未规定相应的举措，因此，各国**及国际科研机构一直在研究和讨论，需要采取哪些措施才能实现这个气候目标。依托其环保业务组合，西门子一直在帮助电能供应及需求两方面的客户降低碳足迹。2019年底，西门子发布一份意见书，在广泛深入的计算机模拟的基础上，以德国《2050年气候行动计划》为例，介绍了一系列有助于迈向碳中和的**经济措施。
在供应方面，**发电主力仍然是矿物燃料，如煤炭、天然气和石油，后果就是将大量温室气体排放到大气中。据世界银行称，2014年矿物燃料发电占比为67%，其余则为核电和可再生能源发电。德国的情况比**平均水平好一些。2019年，矿物燃料发电占比不到50%。德国**的气候计划提出：到2050年，德国可再生能源发电占比将提高至80%，其中风电的贡献较大。但要实现这一目标，必须有明确的计划。
当然，可再生能源发电并网殊非易事，因为风电和太阳能发电都具有显著的波动性。因此，同其他国家一样，德国也需要一个高度灵活而又稳定的电网。它必须借助智能电能管理系统来满足高峰需求，并在电力供大于求时，按需利用其他解决方案，如热泵、蓄电技术或制氢系统等，帮助稳定电网。然而，这并不意味着可以直接关停常规电厂。在可再生能源发电不能保证基本发电量的情况下，必须依靠其他电厂来保证电网稳定。不过，配备如西门子提供的联合循环和单循环燃气轮机等设施的燃气电厂，可以取代燃煤电厂供应基本发电量，并可在日后随可再生能源发电占比不断提高，用作备用系统。得益于此，德国将在2050年之前或更早时候，退出煤电生产。简而言之，必须像扩大可再生能源发电那样，以同样坚定的决心来推进常规发电转型。
在需求方面，所有经济领域必须更加紧密地结合在一起。其中的关键概念是，通过电气化和利用电能转化合成燃料双管齐下，实现供热、交通和工业等部门的“部门联合”。
譬如，如今供热的主要途径仍然是燃烧矿物燃料。这种情况将会发生改变。虽然集中供热主要利用热泵结合太阳能集热系统实现电气化，但已出现朝着借助生物质、“电阻加热器”和热泵等混合系统实现工业和区域集中供热的电气化转型趋势。如果这一趋势延续下去，这些技术可以取代天然气，致力于实现较终的二氧化碳减排目标。显而易见，在采取这些措施的同时，还应改善楼宇保温隔热措施，以及部署楼宇自控系统。
交通领域在很大程度上已经实现电气化，这主要是在公共交通领域：铁路、地铁、火车，甚至越来越多的公共汽车。但汽车，特别是私家车，也需要转型——考虑到2019年仅德国的汽车保有量就高达4500万辆，而在**范围内，截至2015年的数据为近9.5亿辆，这可不是个轻松的任务。西门子意见书指出，2030年之后，采用电能转化合成燃料的电动汽车将开始占到较大比例。西门子代理商
如果碳排放在所难免……
另一方面，理想情况下，货运应当从公路转移到铁路，如德国“Agora交通转型”（Agora Verkehrswende）倡议的*所呼吁的，但迄今为止这一趋势尚未成型。不过，卡车也可以采用混合动力解决方案，如电池和采用氢燃料和电能转化合成燃料的发动机。不仅如此，西门子的电气化高速路电车高架线系统，也很可能带来较大的灵活性。除公路运输之外，空运和海运脱碳亦至关重要。譬如，飞机应当越来越多地使用混合动力电动推进系统和合成燃料；西门子的研究预计，到2030年，首架100座混合动力电动飞机将投入运营。
在工业部门，脱碳不仅涉及供热，还牵涉到生产新产品，如化工行业生产化肥、塑料或清洁剂，这些生产活动仍主要采用矿物燃料。如果不能完全杜绝排放二氧化碳，比如水泥生产就是这种情况，那么，应当借助碳捕集和封存（CCS）技术，将二氧化碳分离出来并加以封存。CCS可以帮助实现90%以上的二氧化碳减排率。
这样看来，在**经济的各个领域推进电气化转型应是大幅降低温室气体排放量的较佳途径。但是，如果不在减排的同时提高能效，《巴黎协定》的宏伟目标将无法实现。高能效电力驱动系统、热泵、楼宇自控系统、火车等等，以及发电本身，都是如此。譬如，在适用情况下，工业部门都应当使用热电联产（CHP）方式。正如2019年5月《科学》杂志刊登的一篇文章所**强调的，到2030年，仅提高能效就可将温室气体排放量减少高达50%。
现在，这些创新技术能否创造一个气候变化得到控制的美丽新世界？到2*，**升温幅度能否真的控制在2摄氏度以内？尽管这些措施在技术上和经济上是切实可行的，但谁都不能打包票。正如西门子建议书及其他研究所强调的，这些举措的实施离不开国家及国际社会的政治意愿。譬如，德国**必须构建适当的政治框架，以便确保实现加速淘汰燃煤发电。为促进实现这一目标，德国也需要扶持新的电力市场，为可再生能源发电和低排放技术投资给予优惠，或者引入二氧化碳排放较低限价。西门子PLC
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断电之忧 日渐淡去
飞轮蓄电系统能防止数据中心停运，它们甚至可以为起重机提供动力。迄今为止，类似蓄电装置均要求进行繁复的维护。西门子新推出的解决方案，将很快改变这种状况。
过去，如果数据中心运营商想要保护其服务器不受断电影响，那么，他需要一台柴油发动机和大量电池，后者是一种名为“不间断电源（UPS）”设备的组成部分。发动机启动需耗时15秒左右。在此期间，电池可为机房持续供电。但是，尽管电池是很好的蓄电装置，但它们并不能储蓄大量电能，而服务器的能耗却很高。目前，电池依然是可以选择解决方案。但西门子研究院的Matthias Gerlich博士认为，飞轮蓄电系统是合理的替代方案。他指出：“它们能快速输出很高的功率，*占用太大空间，也不要求带空调的机房。”
飞轮蓄电系统由沉重的转子——即飞轮——和亦可用作发电机的电机构成。电机驱动飞轮以额定运行速度旋转，从而储蓄动能。反过来，飞轮可以将旋转动能传递至电机/发电机，由后者将动能转换为电能。这种装置可以在短时间内产生数千千瓦的电能。
以前飞轮蓄电系统的问题在于，它们通常价格高昂，并且要求进行繁复的维护。然而，Gerlich和他的团队研发了一个运行成本更低的可靠系统。目前他们正在对原型机进行试验。
260公斤重的飞轮以每分钟9,000转的速度运行
西门子的这个系统能提供持续15秒、功率125千瓦的电能。这个系统高约一米，直径60厘米。其核心是一个重达260公斤的钢制飞轮，在全真空环境中，它在磁悬浮轴承的作用下悬浮于空，并以每分钟9,000转的速度旋转。Gerlich解释道，“飞轮在磁悬浮轴承的作用下旋转，因而几乎*任何维护。”
飞轮上方，安装了一台配有电力电子系统的西门子电机。Gerlich指出：“这些电机经专门设计，可运行很长时间，此外，得益于大批量生产，其成本不是很高。”电机本身不是在真空中，而是在大气压力下运行。Gerlich的团队面临的挑战是将处于真空状态的飞轮，与在大气压力下运行的电机连接起来。他们的解决方案是使用带两个转子的磁阻耦合器——这支团队已向德国慕尼黑**局申报这项发明的**。
在这个系统中，一个陶瓷板充当了将飞轮与电机分隔开的真空隔板。此外，有两个齿形离合器片，它们分别位于距陶瓷板三毫米处。一个连接到飞轮上，另一个安装在电机轴承上。为了从飞轮蓄电系统获得电能，电机在开启后将以9,000 rpm的转速运行，这也是飞轮的旋转速度。然后，使用电磁体来产生磁场，在两个离合器片之间形成牵引力。因其磁中性，真空隔板不会妨碍这个过程。牵引力可使系统啮合，此时，电机就充当了发电机，提供所需电能。
低维护设计，降低运行成本
电磁体接通，系统啮合；电磁体关断，系统分离。这个过程十分简单，但其开发过程却十分漫长。工程师不得不为电机开发一个足够厚的、不会在系统啮合时发生弯曲的离合器片。与此同时，离合器片必须足够轻，以保证电机能尽快达到设计转速。工程师开发的离合器片厚仅7毫米，因而，电机可在短短150毫秒内达到9,000 rpm的转速。换句话说，这个系统能在转瞬之间输出电能。这意味着，当发生断电时，这个系统也能用于在柴油发电机开始供电之前，维持电源稳定。
为设计这个系统而付出的努力没有白费，正如Gerlich在报告中所指出的，西门子飞轮系统的维护要求低于竞争对手的解决方案。Gerlich说：“在我们的系统中，仅当必须让飞轮以设计转速运行时，或者发电时，电机才会工作。”另一方面，在常规飞轮系统中，电机和飞轮被牢牢地连接在一起，电机会随飞轮不停运行。这意味着必须更加频繁地维护电机。此外，西门子飞轮系统不要求任何昂贵的特殊组件。相比而言，竞品的电机也是在真空中运行，“但在真空中运行的电机成本不菲，”Gerlich解释道。
对**级电容器构成竞争
价格实惠的标准组件、低维护设计、低运行成本。有了这样的卖点，西门子推出的飞轮蓄电系统或许很快将对**级电容器构成竞争。Gerlich表示，“我们想打造一个价位与**级电容器相当的系统。” 工业企业一般采用**级电容器来在短时间内提供大量电能。然而，**级电容器的缺点在于其充电次数有限。而西门子的飞轮系统可以根据需要无限次运行。需要更换的只有电机——在其运行数千小时之后。
未来，这个系统可能被用于各式各样的应用。譬如，它可以在断电时用作备用系统。不过，工业企业也可以使用这个系统。Gerlich还认为，起重机可以使用这个系统。这是因为升举重物要在短时间内耗用大量电能，飞轮系统可以提供这样的电能。当载荷降低时，它可以重新获得电能，以用于再次加快飞轮转速。电动汽车也能受益于飞轮蓄电系统。Gerlich说：“目前尚未计划任何汽车应用，但不能排除其可能性。”
能源是驱动经济和社会发展必不可少的动力。在我国，环境问题已受到广泛关注，对于企业的节能减排要求愈发严格。同时，能源经济结构调整也不断深化。如何让未来的能源生产和消费保持良好的经济性、可靠性和可持续性？*认为，因地制宜地发展靠近用户端的分布式能源，是实现更加科学、合理和友好的电力生产与使用的可行之路。
我国分布式能源的发展现状如何？遇到了哪些机遇与挑战？又该如何应对？厦门大学中国能源政策研究院院长林伯强教授、天津华电北宸分布式能源有限公司副总经理邓优群和中国节能协会热电产业联盟秘书长张东胜分别从各自的角度分享了他们的观点。
发展分布式是能源转型的合理选择
当前，我国能源结构仍以化石能源为主，清洁能源和可再生能源利用水平有待提高，但整体能源产消结构正不断优化。2016年全国能源工作会议发布的数据显示，当年我国一次能源生产中的煤炭占比**低于70%，非化石能源增速接近12%。2019年上半年，我国清洁能源装机增量明显**火电，可再生能源占新增装机比重达70%。
对此，张东胜认为，我国能源结构已进入战略性调整期，油气替代煤炭，非化石能源替代化石能源的双重更替正在加快，要想提高环保治理水平，能源领域供给侧结构改革应摆在首要位置。
与此同时，太阳能和风能等新能源已开始蓬勃发展。在林伯强看来，分布式能源是解决新能源利用难题的重要途径。他指出，虽然我国风电和太阳能总装机容量已达****，但“弃风、弃光”现象依然比较严重。
“大型新能源基地主要集中在西部和西北部，但当地的用电市场容量有限，要让机组被充分利用，必须借助特高压输电系统，经长距离将电力输送到东部经济发达地区。但是，这种方式的输送成本太高。此外，新能源**的波动性还会对电网系统带来冲击。总体来看，新能源的利用小时数太低。要想突破这个瓶颈，采用分布式能源是一条可行之路，也是当前我国**已经明确的发展思路。这种方式的较大优势就是发电设施距离负荷中心比较近，可以在一定程度上避免大规模的‘弃风’、‘弃光’问题。”他解释道。
张东胜认为，我国应大力发展分布式能源的主要原因有三点：其一，分布式能源让能源生产靠近需求侧，将电力线损和热（冷）力管损等降到较低，以“温度对口，梯级利用”为原则，按照不同热力温度对能源进行不同程度的利用，可大幅提升能效；其二，无论分布式天然气还是分布式光伏，都属于清洁高效能源，能显著降低废气、废水和固体废弃物的排放；其三，数字化技术的进步，尤其是智能电网等新技术的应用普及，为分布式能源系统发展开拓了思路，也提供了技术基础。
尽管具有许多优势，分布式能源在我国的推广应用依然受限于诸多因素，需要国家从政策层面给予进一步支持。对此，张东胜指出，由于应用在分布式能源领域的小型燃气轮机、光伏组件和储能系统等价格高昂，分布式能源的建设成本仍然较高，与常规能源相比，经济性相对较差。如果没有国家财政政策的支持，过长的投资回收期将影响投资热情。因此，技术开发鼓励、投资鼓励和税收激励，电力体制改革和热力体制改革等国家有关部门的宏观政策，以及地方**的区域发展政策，都是推广分布式能源应用不可或缺的外部环境。
产业系统性创新需要突破瓶颈
除了政策支持，分布式能源的发展也需要技术支持。由于**的间歇性和随机性等问题，分布式能源在并网后容易引起电压波动和电压闪变，要实现配电网的功率平衡，保证供电可靠性和电能质量是主要挑战。
林伯强表示：“要解决新能源的波动性问题，就要将储能等创新技术充分融入微电网模式。在此方面，拥有先进微电网数字化和自动化技术的跨国企业可以为中国企业提供借鉴。像西门子这样的跨国公司，可以通过先进的技术解决储能问题，并把智能微电网和分布式一体化管理做得更好，从技术上和商业模式上破解中国分布式能源发展中存在的问题。”
林伯强认为，人才与技术相辅相成。要实现一个产业的系统性创新，核心作用离不开人。德国长期以来一直采取双元制教育来应对这方面的挑战。在这种制度下，学生可以进入公立职业学校学习，同时可在西门子这样的企业里以带薪实习的方式接受在职培训。这样就将人才培养和产业实践很好地结合起来。我国的分布式能源行业正在走向成熟，像这种理论与实践相结合的人才培养方式或许可以为我们提供一些启发。
与传统能源系统相比，分布式能源项目因为规模小、技术新，在实际落地过程中有自己的特点。在电力行业从事了多年分布式能源研究和实践的邓优群认为，做好分布式能源项目的关键点有四个。**，精选厂址、分步实施，按市场需求逐步推进项目；*二，去电厂化、培养用户，抛开建设现有大型燃气发电站和大型风电光伏基地的思路，根据新能源本身的特点，以因地制宜的理念实现协调发展；*三，合理配置、降低造价，用较科学的优化方案实现能源梯级利用；*四，提质增效、引入竞争，在不断变化的环境中用创新型视角改善运营管理。
结合丰富的实践经验，邓优群对分布式能源项目建设给出了自己的意见：“如果分布式能源站只是为了发电，而没有将冷热负荷投入使用，是不经济的。因此，分布式能源不能以发电为主要目的，而要以冷热定电，以真实效益好为原则，充分保证机组利用小时数达到4500小时以上，整体效率达到70%以上，利用好多余的热水和蒸汽，且综合应用各种包括冷却塔、热泵回收技术、燃气进气冷却和天然气加热等节能措施。尤其应注意不要建设规模过大的项目，要打破现有设计规程，更加灵活地布置机组，同时重视培育市场和适应区域需求。”
若想达到这种效果，企业应该对项目中复杂的能源流动与转化进行综合统筹和把控。如果在发电、输配电、储能等环节采用不同供应商的产品，则有可能影响信息传递效率和项目整体可控性。对此，张东胜指出：“在分布式能源系统建设中，采用整体解决方案，可以使业主在勘测、设计、建设、运维等各个阶段降低技术风险和财务风险，并规避由此带来的一系列问题。”
“整体解决方案是现代商业服务的必然产物，整合了资源，简化了流程，也提高了效率。”张东胜用“四个有利于”进行了总结，“这种方式有利于统一标准、接口、数据和规范，提高设备协作和人机协作之间的稳定性；有利于系统整体优化，方便扩充；有利于降低投资成本，提高投资可控性；有利于工期保证和运维稳定，为人员培训搭建桥梁。”
市场潜在增长性应受关注
谈到分布式能源的未来，邓优群持乐观态度。“美国现在有7000到8000个燃气分布式项目，我国计划在2020年达到1000个。目前来看，发展速度还没有完全跟上，但潜力巨大。”他表示。
邓优群认为，**、企业、供应商三方都要重视用户的选择和培养，对需求市场给予更多关注。
张东胜则指出，分布式能源的发展也是装备商的盛宴。中小型燃气轮机在未来的爆发性增长可以预期。面对机遇，像西门子这样的跨国企业，应当加强与中国本土企业在技术开发和装备生产等方面的合作，做到优势互补、培育市场，发挥好自身在系统集成和控制系统方面的优势，在系统优化配置和能源高效利用上做好文章。
“分布式能源的发展，将带来一次能源生产行业、电力行业、技术供应、设备产销、用户端等全产业链的繁荣。这将是能源领域的一次转型，也是一次重要的历史机遇。”张东胜表示。
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