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智能建筑与电动汽车间的对话：城市能源互联网不再遥远

所谓的“智慧城市”将以能够平衡电力供需的电网为特征。打造智慧城市，始于建设智能建筑，建筑物要能够了解住户用电需求，可以将电动汽车电池纳入电力预测范围，并对不断变化的天气条件做出响应，以及自动调整以较大限度提高其能效。西门子涉足所有以上这些领域。

世界上较先进的建筑物都有“大脑”——一种能够平衡并调和各种相冲突利益需求的*神经系统，比如，要能较大限度地降低能耗、并保证住户舒适度和电网稳定性等。

西门子开发了能够做到这一点的楼宇自控系统。这个名为“Desigo CC”的系统是一个允许将所有楼宇系统整合到一起上进行直观操作的管理平台。来自西门子楼宇科技的Naoufel Ayachi表示：“当前，消防、采暖、通风和气候控制、照明、录像监视等建筑物的所有系统，通常仍然是单独控制的。我们的管理站**次将所有这些系统整合起来，并实时显示每一个系统的状态。因此，工作人员仅需接受一套系统的培训即可，这也是许多办公楼、学校、医院和购物中心以及数座机场纷纷部署Desigo CC的原因之一。”

尽管取得了这样的成功，但新管理平台设立的标准仅仅是个开端，因为Desigo已经成为了西门子打造一系列智能楼宇开发项目的核心要素，并为将来在整个城区实现智能化提供帮助

当建筑物与汽车进行通讯时

多年来，能源*一直在追问，城市电网怎样才能支持大量的电动汽车。如今，答案已逐渐浮现。在欧盟开展的名为Artemis电力互联网研究项目的框架内，西门子研究人员已经借助Desigo平台，展示了如何将电动汽车车队集成到楼宇管理中。来自西门子*研究院的Randolf Mock解释道：“在这个项目中，我们将电动汽车连接至Desigo平台，并且不仅仅将它们视为用电者，而且也将之视作临时储能装置。就楼宇管理而言，它们可以充当蓄电装置。譬如，早晨，电动汽车抵达写字楼，并连接至充电站——但在傍晚员工们回家之前它们不必充满电。白天这些车辆可以被用作缓冲装置，譬如，在突然变天乌云密布时，它们反而可以向楼宇输送电能，从而弥补屋顶光伏发电系统发电量的下降。”

实现这一点的基础是允许车辆与充电站进行通讯的“能源互联网”。而在这个例子中，楼宇管理系统从充电站获得了关于车辆充电需求的信息。然后，它根据这些信息，以及从气候控制、采暖装置及其他耗电设备等采集来的数据，来预告第二天的用电需求。Mock解释道：“需求预告会发送给电网运营商，后者再据此建议保证用电量情况下的固定价格。如果楼宇未能遵循其需求预测，换句话说，如果它耗用的电能太多或太少，那么，它可能要支付罚金。为了避免发生这种情况，Desigo将连接至充电站的电动汽车作为蓄电或供电装置，从而可以保持整个楼宇的用电需求平稳。”

美国智能建筑榜样

西门子正在研发的智能楼宇解决方案不只是Desigo平台。美国的一个项目演示了智能楼宇不只是将电动汽车集成到供电系统中的关键因素，而且也是实现电网稳定和降低能耗需求的关键因素。来自西门子美国研究院的Thomas Grünewald表示：“在美国，有各种类型的所谓‘调峰电厂’，它们每年仅发电数个小时，以避免用电高峰时段电网**负荷。这些电厂的运营成本十分高昂，因此，对廉价解决方案的需求很大。几年前，我们在加州大学伯克利分校初次尝试了这样一种解决方案。”在这个项目中，Grünewald的团队为一栋建筑物配备了一个“智能能源盒”，它可以在用电高峰时段，有的放矢地降低用电需求。这缓解了整个电网的压力，从而也节约成本。Grünewald说：“这个智能装置可以关闭某些特定的耗电设备，例如照明和空调系统。在这个过程中，它考虑了诸如预期电价、天气预报和能让员工保持高工作效率的良好室内环境条件的标准值等因素。这既能节约能源，又能节省资金，同时还能为建筑物内的用户维持适当的舒适度。在用电高峰时段之外的其他时段，这个系统也能降低能耗需求——伯克利分校的这栋建筑物的能耗降低了30%。”

在美国科罗拉多州斯普林斯开展的一个项目中，西门子研究人员将这项技术向前推进了一步。Grünewald解释道：“我们将当地的美国空军学院的整个建筑综合体，连接到微型电网中。同伯克利分校的系统一样，软件根据电价和天气数据来管理用电需求，但这个系统还能在多栋建筑物之间分配节电潜力。这种类型的微型电网使用了基于市场的方法来处理数据，并且采用了统一的电力管理系统，在这样的布置中，它是仅次于建筑物本身的大型独立装置。甚至整个城区也可能成为这样一个智能电网的组成部分，并进行相互通信。这样一来，便可以利用合作性电力管理方法，挖掘出甚至更大的优化潜力。”

在线建筑物

这些例子表明了智能楼宇在未来所能达到的高度。这样的建筑物将能够更加精准地管理其能源需求，并且与其他建筑物相连接，以构成微型电网。这将稳定主电网，补偿供电波动，以及降低总的用电需求。

Mock说：“未来的智能楼宇将利用多种类型的临时储能装置来做到这一点，譬如，我先前提到的电动汽车，以及诸如水箱等蓄热装置和诸如飞轮等机械装置。通过我们的Desigo系统可预览如何管理和智能控制所有这些装置。”

Ayachi表示：“楼宇的智能控制也将越来越向数字化发展。未来，我们将看到没有任何基础设施的云计算解决方案。成本将低很多，这些系统将*维护，并且几乎不要求任何工作人员，客户可以*性或针对特定时间段预订系统。客户还将能通过智能手机轻松进入设置端。”

Grünewald持类似观点。他说：“未来，用户将更加广泛地使用智能手机或其他终端来与建筑物进行通信，并且还能够设置其个人舒适度参数。然后，楼宇管理系统将能够在用户抵达之前，根据用户的偏好来布置其工位，并在用户不在办公室的时候节约用电。”所有这一切综合起来，似乎楼宇将越来越有能力“听取”客户意见并满足其愿望。

电气化公路初登场

目前，装备有受电弓的卡车已**驶上公路。西门子在瑞典斯德哥尔摩北部架设了一段长达两公里的适用于电动和混合动力卡车的架空线。在这段路上，来自汽车制造商Scania公司的两辆柴电混合动力卡车从架空线处获得电能，且在行驶过程中不排放任何废气。这项技术有望在2018年前证明其实际可行性。

*预计，到2050年，货运量将达到现在的三倍。因此，尽管铁路系统不断扩建，但未来道路上行驶的卡车数量仍将比现在多得多。以瑞典为例，由交通产生的二氧化碳排放量占全国总排放量的三分之一以上，其中近半数来自于货运。正因如此，瑞典决定在2030年前让其交通部门摆脱对化石燃料的依赖。然而，随着货运量不断增长，仅仅扩建铁路是不够的，还需要找到减少公路货运碳排放量的解决方案。在这种情况下，电气化公路或许是较佳辅助解决方案。通过为期两年的试运行，瑞典希望了解西门子eHighway系统是否适于未来长期使用。

效率是柴油卡车的两倍

eHighway系统是西门子专为繁忙的短途货运路线开发的高能效、低排放解决方案。这个系统由高速公路上的架空电线以及配备了智能受电弓的电动或混合动力卡车构成。在这个方案中，传感器系统可让受电弓在较高90公里的时速下自动连接或断开架空线。在铺设了架空线的路段，卡车不会排放任何废气。在常规路段上，卡车将根据具体驱动方式切换为柴油、天然气或电池运行模式。由于更高效的电力驱动设备，eHighway系统的能效约为80%，大约是柴油卡车的两倍。此外，架空线的输电效率高达99%，非常环保。如果卡车将回收的制动能量输送回电网，还可进一步提高eHighway系统的能效。

自2011年起，西门子一直在研发可让电力驱动车辆通过车顶受电弓从架空线获得电能的eHighway系统技术。ENUBA 1项目主要研究电动重型运输车以减轻城市环境污染。作为这个项目的一部分，西门子提出了重型运输车基于电力接触网运行的概念，并在柏林北部一条专门建造的测试道路上测试了其技术可行性。在ENUBA 2项目中，西门子与Scania公司合作进一步完善了这个概念，并测试其技术可行性。这个研究项目在Gro? D?lln建造了更大规模的测试道路，并模拟了现实生活中实际操作时的各种条件。现在，西门子正在加利福尼亚州和瑞典开展试点项目，**在公共道路上演示eHighway系统。

西门子发电服务工程师通过为 华润电力湖北有限公司蒲圻电厂内蒸汽轮机的阀座进行升级改造，延长了蒸汽轮机的使用寿命，为电力供应提供可靠**。

清晨的**缕阳光刚爬上赤壁山的山**，西门子工程师沈英俊就已收拾好沉甸甸的背包，与团队的同事们一起迎来漫长的一天。

从赤壁市驱车30分钟就能到达华润电力湖北有限公司蒲圻电厂。2012年，这座掩映在青山绿水间的电厂购入两台功率为1000MW的蒸汽轮机。自2012年和2013年分别正式投产以来，它们已为千家万户源源不断地输送了数百亿度电。

西门子团队的任务是为蒸汽轮机的阀座进行升级改造。阀座是蒸汽轮机的关键部件，可与阀板配合，防止轮机内的气体泄漏。升级改造能够延长蒸汽轮机的使用寿命，为电力供应提供可靠**。

古战场有新事

 当各地游客纷至沓来，在赤壁古战场上遥想当年草船借箭的巧思，火烧连环船的惊险以及诸葛孔明执扇临风的英姿时，几十公里外的赤壁市却**停下发展的脚步。

这座人口不足70万的小城素有“湖北南大门”之称。而蒲圻电厂自2004年正式发电以来已为湖北省及华中地区输送了大量电力，推动了赤壁市的经济发展。

对蒲圻电厂来说，两台1000MW的蒸汽轮机可谓发电的“主力军”，因此在保养方面**不容有失。据蒲圻电厂管理人员介绍，蒸汽轮机的阀座表面有一层硬质合金，这层合金一旦脱落，会损坏轮机内的叶片。那样则需要长时间停机修理，甚至可能造成更大的损失。

举例来说，1台蒸汽轮机1天能发电约1700万度。而修理叶片较少也要停机1个月。如果按照1度电0.36元来计算，1台蒸汽轮机停机1个月给电厂带来的损失就有1.8亿元左右。

为了预防阀座可能出现的问题，避免经济损失，快速且高质量的阀座升级改造必不可少。因此，蒲圻电厂找到了西门子。电厂的管理人员表示，由于厂内蒸汽轮机使用的是西门子的技术，因此他们对西门子有充分的信任。更重要的是，西门子所使用的现场阀座升级改造工具非常先进，在国内*一**。

工程师的“*门法宝”

阀座升级改造向来是一项需要“大动干戈”的工程。工程师要先使用机加工设备将原有的阀座表面合金去除，再焊上新的表面，之后再次进行机加工以保证表面形状与图纸完全相同。为此，电厂通常要将阀座从管道上完整割下，再运回原厂家维修。这不仅要消耗大量人力、物力和财力，也将大大延长电厂的停机时间。

为了避免这些时间和人力的浪费，西门子带来了“*门法宝”——便携式计算机数控（CNC）阀门镗床和现场便携式阀门堆焊系统。阀门镗床可以对阀体进行快速机加工，准确挖除需要更换的硬质合金，并在焊接之后按照图纸精确处理阀座表面弧度。阀门堆焊系统则可在阀座表面焊接新材料并保证焊缝均匀，从而避免人工操作造成的焊缝缺陷。