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上海西齐机电设备有限公司

嗡嗡作响的电厂

如何大幅降低电厂和变电站产生的噪声？西门子发电与天然气集团声学部门的一支团队为降低噪声和振动进行了专门的模拟和优化。

很少人会对微风轻抚树叶的沙沙声感到不悦，但如果电厂在其周围发出相同强度的声响（约35分贝），人们将做出截然不同的反应。有鉴于此，西门子发电与天然气集团的一支声学专家团队正在利用高级模拟技术将电厂环境噪声降至最低。

模拟技术可以在动工建造电厂之前，通过对电厂噪声源的调整和测试，尽可能降低电厂实际噪声值。只有在所有指标都达到最优后，施工才会开始。这支声学家团队成立于1987年，已成功帮助许多电厂大幅降低噪音。

噪声云

这支声学家团队的工作地点位于德国埃尔兰根，他们不仅能优化电厂的噪声水平，处理变电站噪音也不在话下。专家们用三维模型呈现了大小相当于4个足球场的电力设施并对每个细节进行了细致的研究。噪声用彩色云状物表现。声学家团队首先研究了变电站大厅等建筑物内部的噪声分布，不放过任何一个能想到的参数。同时，为了使噪声模拟达到更好的效果，他们还需要了解变电站场址、建筑材料类型以及建筑物的形状和大小等信息。接下来，他们将借助声学软件和比较测量数据来确定变电站大厅内部的噪声水平。根据这些数据，他们就可以进行模拟并确定控制噪声的措施。

阻隔噪声

当声学家团队计算出建筑物内部的噪声水平后，他们将模拟建筑物外部的声音传播环境。Holger Ennes这样描述显示器上的3D模型：“那里有一棵树，这里有一些灌木丛，还有一条小径、一幢房屋、一条街道、一座桥，模拟将呈现出电力设施建成后周边的所有细节。我们还要考虑该地区的风力风向特点、空气吸收能力、土壤吸收能力，温度以及阻碍声音传播的障碍物等变量。”

随后，专家团队会将所得到的声音传播数据与法定噪声限值及客户要求作对比。如果计算值超出这些限值或还有可能进一步降低噪声水平，Ennes及团队将给出调整电力设施布局的建议以进一步降低噪声水平。有时，调整措施可能涉及到加厚外墙或设置隔音屏障。在有些情况下，专家也可能建议封闭户外设备，例如为变压器或泵加装隔音罩。

Ennes兴奋地说：“我们团队不仅研究如何控制陆地上的电厂和变电站的噪声，同时也研究北海上变电站的噪声控制措施。在建造海上风电场时，需要将钢桩固定在海床上，而施工产生的噪声会在水中快速传播，速度是空气传播的4倍，但这些噪声不能超过规定限值。”过大的噪声会对海洋哺乳动物造成伤害。因此，在这种情境下也需要由专家制定并实施降噪方案。

如果德国想在2050年前实现将可再生能源发电比例提高至80%的目标，它就必须借助系统性的解决方案。一个以西门子为核心的研发网络正在开发的微电网或许可以提供一个可能性。如今，西门子从这个项目中汲取的经验将有望转化为经济效益。为此，公司还出资成立了egrid合资企业。

德国正全力推进向可再生能源经济的转型。目前，可再生能源占德国能源构成的比重已达25%左右。然而，如果德国想实现在2050年前将可再生能源发电比例提高至80%的能源转型目标，它将需要向电网输送更多利用可再生能源生产的电力。

时至今日，德国可再生能源发电设施的装机容量已接近当前电网所能承受的极限。基于此，政府需要建设智能电网，确保即使可再生能源的发电量随天气而波动，分布式发电系统也能持续不断地为电力用户提供充足的电力。与现有电网不同的是，智能电网能在配电的同时平衡发电与用电，且其调控范围还将直达最终用电环节。

为保证这种方法的有效性，在2011年到2013年间，西门子领导的一个研究小组在德国南部Allg?u地区的Wildpoldsried，建造了一个智能电网并进行了测试。这一项目是德国IRENE（可再生能源与电动交通集成）计划的一部分。Michael Metzger博士是西门子在IRENE研究网络中的项目经理。他解释说，Wildpoldsried是这个计划的理想启动地点。他表示：“早在2010年，Wildpoldsried利用风电、太阳能发电和生物质发电设施生产的电能就已达到其用电量的两倍左右了。换句话说，它已经展示了一些我们希望未来在整个德国能够看到的图景。”

IRENE项目已于2013年底圆满结束。事实证明，这个智能电网能够灵活地平衡社区内波动的电能供应和用电需求以维持电网稳定。要实现这一点，专家们借助了许多先进的技术和产品，这其中就有两个可控的配电变压器和一个蓄电池组装置。社区的智能电网还配备了复杂的测量系统、先进的通信基础设施以及分布式可再生能源发电系统（如光伏和沼气发电单元）。

在项目中，科研合作伙伴与Wildpoldsried的居民都是受益者。有了智能电网，如今，Wildpoldsried的发电量已达到其居民用电量的五倍以上，大大超过了高峰时段的需求量。

这样一来，IRENE项目的合作伙伴便能创造出理想的技术条件以开展后续研究计划，并朝着实现德国2050年能源转型的目标逐步迈进。2014年7月，预计为期三年的IREN2计划正式启动。

德国亚琛工业大学的Torsten Sowa在谈到IREN2项目的背景时表示：“如果自2050年起，五分之四的电能将来自可再生能源而非常规电厂，那么就当前的技术水平而言，我们仍面临着一个重大挑战。因为当前使用的可再生能源的能源系统尚不能提供所谓的系统服务，例如提供无功功率以维持叠加电网的电压。换句话说，要想实现2050年的目标，我们需要新型解决方案。”

IREN2项目提供了科学研究以及实际测试自主独立网络和拓扑电厂的优化运行的机会。研究人员对新型网络结构及其管理进行研究，以期从技术和经济上找到优化包含分布式发电设施和附加组件的电力系统的方法。

将研究成果转化为经济效益

现在，西门子专家计划与Allg?uer überlandwerk合作将研究成果转化为经济效益。为此，Allg?uer überlandwerk成立了egrid公司。2017年5月，西门子获得了egrid公司49%的股份。

这家合资企业向配电网运营商提供关于智能电网如何在可再生能源占比很高的情况下进行扩展的相关建议。在谈到应避免不必要的电网扩展时，Metzger表示：“我们可以为项目加入更多‘智能’，而非仅仅增添砖瓦。”这一点的实现要归功于西门子专家从IRENE计划中归纳出来的优化配电网规划标准。

公用设施、市政府和工业企业是egrid公司的首批客户之一。西门子能源管理集团电力技术国际业务部负责人Michael Schneider解释道：“我们面向分布式供电和储能的解决方案是源于实际的实用解决方案，这将让我们的客户受益匪浅。通过这种方式，我们正与Allg?uer überlandwerk一起积极支持新的能源政策。”现在，egrid不仅是一家脱胎于研究项目的合资企业，它还带来了经济效益——egrid将助力新的能源政策的落实。