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上海西齐机电设备有限公司

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实践出真知：意大利智能电网

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。

然而，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*特项目的一部分，该项目建造的意大利一个微电网已于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较终用户的地方发电，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**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，还部署了一个较大输出功率为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，因而，譬如，在风力不大、阳光也不明媚，并且天然气价格碰巧相对较高的时候，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1,700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**。”

SCADA系统监测、显示、控制整套设施

该项目较大的挑战之一，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、传感器和执行器较初并不具备“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是“Supervisory Control and Data Acquisition（监控和数据采集）”的首字母缩写，它由计算机系统构成，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**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

未来智能电网亮相米兰世界博览会

在将于今年5月1日至10月31日举办的2015年米兰世界博览会上，公众可以亲眼目睹未来的智能电网。意大利Enel电力公司将采用西门子技术，在世博会场馆内搭建一个智能电网，它将覆盖所有展厅、输电网络和电动汽车充电站。智能电表将实时提供能耗数据，SCADA系统将控制并直观显示整个电网，西门子DESIGO楼宇管理系统将优化所有展厅的能耗。参观者将能看到，某一时刻，世博会使用的是哪种电能资源，以及对用电设备进行智能控制，是怎样提高总体系统效率的。此外，还将设置一个“智慧城市控制中心”，以展示未来将如何优化管理整座城市的电力分配。

西门子和来自热那亚大学的研究人员已经为此奠定了基础，正如Delfino所解释的那样，“现在已经可以相对轻松地在小城市和较大城区，部署我们的智能电网。”

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罗安达电网重获新生

随着安哥拉石油开采业的蓬勃发展，首都罗安达迈上了高速发展之路。然而，断电、偷电、以及因密集的施工活动对电缆造成的损坏等事件，每天都在发生。为了查明薄弱环节，同时为电网扩建打开通道，西门子对罗安达的电力网络进行了模拟。

新兴之城罗安达。官方数据显示，安哥拉首都罗安达拥有六、七百万居民。然而，实际数字或许高得多。仿佛一块磁铁，罗安达吸引了全国各地的大量民众，人们纷纷涌向这座位于大西洋之滨的城市，每个人都想从安哥拉石油业的巨大繁荣中获得好处。每天，大西洋沿岸的油田都会生产出两百万桶原油，使得安哥拉**过尼日利亚，成为非洲较大的石油生产国。

安哥拉经济的迅猛增长，为国家提供了充足的财政预算——这些资金亟需用于扩建该国的基础设施，因为罗安达一直徘徊在崩溃的边缘。罗安达当地供电企业Empresa de Distribui??o de Electricidade de Luanda（EDEL）公司的总裁Helder Ad?o表示：“只有40%到50%的家庭已通电。在这座城市的郊区，散落着聚集了大量新来者的贫民窟。为这些自发形成、杂乱无章的聚居区供电，几乎不可能。此外，偷电、频繁断电和建筑工程造成的电缆破坏等事件，令我们不堪其扰。正因为如此，我们正在向西门子求助。希望西门子能帮助我们利用新的方法和技术，提高电力网络的稳定性。”

目前，已朝实现电网的稳定性迈出了第一步。来自西门子安哥拉的André Jorge指出：“西门子代表EDEL公司，展开了一项综合研究。这项研究有史以来**次创建了一个罗安达供电网络的完整模型。在这个过程中，我们不仅记录了所有必要的数据，而且开展了有关保护电网的研究。这是因为当发生短路时，如果网络保护不充分，会令设备受到严重损坏。而且，这也会威胁到操作控制装置的工作人员的健康。”

查明薄弱环节。研究开始时，要做的**件事，是从混乱中建立起秩序。来自西门子葡萄牙的Jose Damasio是在现场负责研究工作的技术经理。他说：“迄今为止，罗安达的电网一直是在混乱中成长，没有任何总体计划。譬如，一些网段甚至在总部没有记录；有些数据是不完整、甚至相互矛盾的。我们用了大量时间来弥补网络规划中的所有这些缺口。”

他的葡萄牙同事Damasio和许多EDEL员工在现场采集的数据，被发送至德国爱尔兰根。在这里，西门子基础设施与城市业务领域智能电网业务集团的Christian Blug带领着一个项目组，对罗安达的供电网络进行了全面检视。他解释道：“这座城市的中压配电网，分为两个电压等级：60千伏和15千伏。60千伏的配电网，负责从电厂和总输电网接受电能，并将之输送至18座60/15千伏的变电站。然后，15千伏的配电网，再将从变电站输出的电能，配送给低压用电设备。”

西门子*能快速查明电力网络的薄弱环节。Blug解释道：“过去经常发生持续时间长、影响范围大、并且有时会造成巨大财产损失的大规模断电。这些意外事故，有的是因维护和维修体系中的薄弱环节引起的，但大多数是由于网络保护不充分而造成的。”譬如，诸如线路差动保护等重要的保护功能，不是根本不存在，就是大都被停用——这或许是因为在施工活动中，太过频繁地断开了保护继电器。能够正常起作用的线路差动保护系统，由两台分别安装在线路两端的保护装置构成。每一台装置都向对方发送其测得的电流值。如果两个值之间存在差异，那么，电力开关将切断连接。在罗安达的电力网络中，一些线路段上的保护装置已被停用，因而不能发挥作用，但这些线路段并未从网络中断开。因此，有时短路事件，会造成灾难性的后果。譬如，以前曾有一座变电站因这种短路事件而被完全损毁。

可靠的数据。在爱尔兰根，西门子*用名为“PSS SINCAL”的网络计算程序，以及在罗安达记录的数据，创建了一个数字化网络模型，系统分析了这种网络保护不充分的情况。Blug说：“借助这个模型，我们计算出发生故障时流入的短路电流。根据这些数据，我们开发了一个新的网络保护系统，并打造了一个庞大的一揽子解决方案。”

这个一揽子解决方案，提出了许多改进建议，如哪些地方需要加装保护继电器等意见。此外，还包含了一个专为安哥拉制定的、全面的技术转移计划。西门子不仅将完整的网络计算模型交给了客户，而且在现场安装了PSS SINCAL程序，并对EDEL员工进行了关于如何使用这个程序的培训。Blug表示：“得益于这些举措，现在EDEL公司可以自行更新其数据库，并且掌握了可靠的数据，以用于未来的电网建设。”西门子将继续帮助罗安达。譬如，西门子计划于2014年年初，建成一座新的变电站，并且已经就另外三座变电站签订了服务合同。

未来，罗安达必须奋力推进其基础设施的扩建，以免形成“冠状动脉血栓”，阻碍其发展。但这次技术转移能否成功，只能取决于安哥拉地方当局。Damasio说：“作为网络模型的一部分而建立的数据库已经过时。EDEL公司必须尽快弥补这个信息缺口，才能实现有控制的网络扩张。”这是因为，在安哥拉的心脏罗安达，新增的4万千瓦电能只够满足其8个月的用电需求。到时候，必须再一次增加罗安达的总供电量。