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布魯克林的微電網

LO3 Energy是一家剛剛起步的紐約公司，它正在與西門子數字電網部門和西門子初創企業投資部門next47合作，在布魯克林區測試一個微電網項目。這里的居民不論是否安裝光伏發電系統，都可以在所謂的區塊鏈平臺上相互購買和出售太陽能電力，這個平臺將自動記錄每一筆交易。當颶風來襲時，這個孤網可以獨立運行，自給自足。這個項目在推進可再生發電資源的分布式供電系統過程中，具有開拓性意義。

陽光明媚的日子里，Martha Cameron家的電表會倒著轉。原因很簡單：她家的屋頂安裝了一套太陽能發電系統。坐落于布魯克林區寧靜美麗的Park Slope街區，這排赤褐色砂石建筑建于1900年前后。當艷陽高照時，如她用不完18個光伏太陽能電池板生產的電力，剩余的電力將回饋電網。2010年Cameron是*個安裝這套太陽能發電系統的人。不過很快，在這條兩旁種滿挪威楓樹和梧桐的林蔭道上，又有5幢大樓安裝了太陽能發電系統。

LO3 Energy創始人兼*執行官Lawrence Orsini站在布魯克林區一排接入微電網的房屋頂上。

2016年4月，首次交易發生在那些沒有安裝太陽能發電系統的居民和自家太陽能發電系統產生過剩電力的居民之間。在總部設在布魯克林區的能源初創企業LO3 Energy的幫助下，Park Slope街區及相鄰的Gowanus街區、Boerum Hill街區的居民建起了布魯克林微電網（Brooklyn Microgrid）項目。這個試點項目之所以可行，是因為它能滿足三個條件。首先，歸功于LO3 Energy的“TransActive Grid”區塊鏈平臺，這項技術為每筆交易生成時間標記，形成一連串安全區塊，這樣每筆能源交易都有記錄。其次，西門子數字電網業務部門提供了針對微電網的技術解決方案。第三，西門子初創企業投資部門next47通過融資、項目技術專長和咨詢等方式為這類潛在顛覆性的技術給予支持。

不過，布魯克林微電網的目標不只是實現環境友好型電力的小規模交易。鑒于2012年桑迪颶風造成的毀滅性災難，這個項目計劃在微電網內安裝電池蓄電裝置，以便在下一次風暴造成緊急狀況時，至少暫時保持穩定供電用于照明。如有可能，最終將根據太陽能發電情況調整局部用電需求。舉例來講，可以在陽光燦爛時對電動汽車進行充電，電池蓄電裝置無需額外升壓電路。

總統街（President Street）——*批基于區塊鏈技術的點對點電力交易在這里進行。

巨大潛力

不論是阿拉斯加荒野，還是紐約市街區，在截然不同的環境中，自給自足的微電網都扮演著重要角色。無論是基于風力、太陽能、水力還是生物質等分布式發電系統蓬勃發展起來的電力市場，微電網的重要性都與日俱增。LO3 Energy正從西門子推進的微電網中獲益，譬如，自2014年起在巴伐利亞州南部村莊Wildpoldsried投入運行的微電網。這些微電網包含網絡控制系統、開關、創新電池解決方案和智能電表。

與布魯克林微電網合作，也讓西門子能源管理集團獲益匪淺，因為TransActive Grid平臺基于分布式網絡化記賬系統，采用加密技術以成本低廉的防偽方式保存數據。舉例來講，它能確保用戶收到原裝部件，因為它可借助RFID芯片和區塊鏈無縫追溯部件來源——這是西門子可能感興趣的眾多應用之一。

這種直接在計算機之間進行的點對點商業交易，十分經濟劃算，具有巨大潛力。目前，全球范圍內通過區塊鏈管理的資產總值高達16億美元。據加密貨幣平臺Coinmarketcap稱，從2013年到2016年，這些資產的增幅高達令人瞠目的1600%。貝爾法斯特的普華永道區塊鏈專家Seamus Cushley表示，僅在2016年前9個月，與區塊鏈有關的初創企業就獲得了14億投資。

在“產銷者”住戶家中安裝TAG裝置。

為下次颶風做好準備

這些發展為電力交易帶來了新的維度。現在，住戶無需中間機構就可以交易少量綠色電力。自動拍賣機制以用電戶愿意支付的最高電價為導向，決定電力價格。然而，就布魯克林微電網而言，局部太陽能發電系統生產的電力并非其參與者使用的電力。尚未安裝太陽能發電系統的住戶使用的電力依然主要來自是距離最近的常規電廠生產的電力。但他們購買了鄰居的太陽能光伏電池板的“環境屬性”，這類似于消費者過去在選擇可再生能源生產的電力時所購買的綠色電力信用額。現在，他們可以向實際電力供應者直接購買。

這個方法并不新鮮。消費者向電力公司購買利用可再生能源生產的電力，就是為偏遠地區的風電場、太陽能電站、水電站或生物質發電廠等電力生產者向電網輸送電力提供資金支持。如今在布魯克林區，消費者支付的電費使他們的鄰居獲利，而非那些遙遠的無名風電場運營商。然而，金錢不是大多數項目參與者的主要考慮因素。LO3 Energy的業務發展主管Scott Kessler指出：“這個街區希望為下一場颶風做好準備，負責任地處理環境問題，以及增進團結。”

要想實現這個愿景，布魯克林微電網不能局限于幾個屈指可數的參與者。到2017年初，它將覆蓋50棟赤褐色砂石建筑、公寓樓、學校、加油站、消防站和幾幢工廠建筑。目標是在2018年之前擁有1000個參與者。它還計劃安裝電池蓄電裝置，甚至更廣泛的光伏發電系統。所有這一切都將得到西門子數字電網業務部門提供的微電網管理系統支持，有了這個系統，哪怕發生全市范圍斷電，也可確保微電網自給自足地供電。

電力小區網絡

要取得成功，區塊鏈平臺和微電網需要一套監管制度。在紐約州這套制度由“能源愿景改革（REV）”來提供。這個平臺的目的是最大限度地降低供電系統的脆弱性——颶風桑迪將這一點暴露無遺，同時更多使用可再生能源資源和降低成本。布魯克林微電網可以很好地檢驗這些目標。西門子能源管理集團的Stefan Jessenberger表示：“微電網是核心，它為由電力小區網絡構成的未來電力世界奠定了基礎。區塊鏈也促成了這個過程，大大簡化了在小區內部執行電力交易的方式。”

西門子數字電網業務部門、next47和LO3 Energy都堅信基于區塊鏈的微電網潛力巨大，因為這項技術可用于任何分布式電力系統。Kessler說：“我們在布魯克林微電網中積累的經驗，無疑將在未來的項目中發揮作用。”與此同時，Martha Cameron對所取得的成績備感自豪，她說：“我們是電力供應者。”

新型高效燃氣輪機

如今的燃氣輪機必須既高效又極為靈活——西門子全新HL級燃氣輪機能夠滿足這一要求。HL級燃氣輪機適于供應基礎發電量，同時用作可再生能源發電系統的備用系統，它可在聯合循環發電裝置中實現高達63%以上的發電效率。更重要的是，西門子計劃在中期內將HL級燃氣輪機的發電效率提高至65%。

西門子最大的燃氣輪機在柏林的生產歷史已有110多年。目前，西門子燃氣輪機中的旗艦產品是SGT-8000H系列，全球范圍內已有57套SGT-8000H燃氣輪機投入商業運行。其發電效率高達61.5%，這是2016年在杜塞爾多夫Fortuna聯合循環發電廠測得的數據。 然而，現在西門子新發布的HL級燃氣輪機進一步提高了發電效率，它可在聯合循環發電裝置中實現高達63%以上的發電效率。西門子發電與天然氣集團全球銷售總裁Karim Amin解釋道，“新的燃氣輪機進一步優化了H級的成熟設計。”

為了實現更高燃燒溫度，西門子工程師優化了燃氣輪機的不同部件，如渦輪葉片上的陶瓷涂層。

針對更高燃燒溫度而設計

更高燃燒溫度是提高發電效率的關鍵要素。全新HL級燃氣輪機將燃燒溫度提高了約100開爾文。為了實現這一點，西門子工程師優化了燃氣輪機的不同部件，如渦輪葉片上的陶瓷涂層。西門子大型燃氣輪機產品經理Guido Schuld解釋道，“高溫會在陶瓷涂層與葉片金屬之間產生很高應力，這將導致涂層開裂。因此，我們使用激光器將表面陶瓷涂層切割成一個個方塊。這可以減輕應力，因為這些方塊可以像高速路路面混凝土板一樣朝著對方擴展。這樣，我們就可以使用更厚涂層和更高溫度。”然而，渦輪葉片內部結構也有助于增強部件的耐高溫性能。譬如，采用新型鑄造工藝，開發人員進一步優化了葉片的風冷通道，從而改善散熱效果。

優化壓氣機進一步提高發電效率

工程師還改進了燃氣輪機進氣口處的壓氣機。經改進后，它現在只有12個壓縮級，比SGT-8000H系列少1級。這可節省發電裝置內部空間和燃氣輪機運輸所需空間。為確保空氣經充分壓縮，我們調節了壓氣機葉片，以實現最大氣動效率。Schuld表示，“可以將之與飛機翼尖做比較，為避免惱人的湍流，翼尖是彎曲的。此外，我們使用更*的仿真技術，計算并優化了壓氣機的各個級在諸如氣候和工況等不同條件下的相互作用。”

提高發電效率有許多好處。對于天然氣價格較高的國家，其益處是，提高發電效率能為發電公司大大節省成本。譬如，許多亞洲國家就是這種情況，它們依賴于油輪運輸的較為昂貴的液化天然氣（LNG）。Amin說：“我們的研究表明，相比于SGT-8000H系列，新的HL級燃氣輪機可將發電成本再降低5%。得益于此，在天然氣價格較高的國家，每年每臺燃氣輪機可以節省1500萬到2000萬美元成本。另外，新型燃氣輪機可以減少排放二氧化碳，因為實現相同發電量所需燃料更少。”

可再生能源發電的*搭檔

*的燃氣輪機不僅必須極其高效——隨著可再生能源發電在電力構成中的占比越來越大，它們還必須實現最高靈活性。陰天或無風的時候，燃氣電站必須接替可再生能源發電系統，確保穩定供電。然而，要做到這一點，電站運營者必須能夠迅速啟動和關閉這些發電裝置。在這方面，新的HL級燃氣輪機也青出于藍而勝于藍。HL級燃氣輪機啟動時的性能爬升速率為每分鐘85 MW，比SGT-8000H系列高30 MW。Amin表示，“這使得HL級燃氣輪機成為可再生能源發電的*搭檔。”

配備SGT5-8000H燃氣輪機，杜塞爾多夫Lausward電廠Fortuna聯合循環發電廠仍然是可持續發展性的發電裝置之一。

為了改良新的HL級燃氣輪機，以滿足世界各地的客戶各不相同的要求，自2015年開始研發以來，來自許多不同西門子業務部門的代表參與了研發過程，包括戰略專家和銷售專家，以及工程師和制造專員及服務專員。

3D打印的燃氣輪機部件

為了進一步縮短研發周期，西門子采用了新型制造技術。在柏林的工廠就可以看到一種這樣的技術。在那里，隔著3D打印機的玻璃窗板，激光束掃過金屬粉末。激光束所到之處，火花熠熠，一個部件就這樣逐層制造出來。3D打印加快了原型部件的生產和測試，有助于盡早提供新技術。西門子的新型制造工藝專家Ingo Kelbassa指出，“增材制造特別適合燃燒器和燃氣輪機的高溫部件。3D打印開辟出全新的設計空間。譬如，它使我們得以優化渦輪葉片內部的風冷通道。”

新的西門子燃氣輪機經專門設計，可輕松連接至西門子為電廠運營者提供的數字服務。它們亦可連接至MindSphere——西門子基于云的開放式物聯網操作系統。MindSphere提供了許多強大的分析工具，以便客戶直接洞悉機器的運行數據，幫助他們做出決策。

西門子已經在柏林工廠以及德國首都附近的清潔能源中心，對新的HL級燃氣輪機進行了廣泛深入的測試。西門子計劃于2018年年中，在合作伙伴之一、北卡羅來納州的Duke Energy公司的場地上建造*臺HL級燃氣輪機發電裝置。這個發電裝置的燃氣輪機將接入當地電網，并于2020年開始投入運行。新的HL級燃氣輪機將為進一步的發展奠定技術基礎。Amin說：“我們希望在中期內，HL級燃氣輪機的發電效率可達到65%。”

智慧型連鎖店

連鎖超市、百貨商店和快餐店等是典型的擁有成百上千家門店的零售企業。一般而言，同一家連鎖企業旗下的所有門店都具有相同的用電需求，因此，覆蓋整個連鎖企業的自動能源管理系統（EMS）對其大有裨益。一個典型的例子是，西門子EMS系統通過采集數據并持續優化美國各地的大約1500家ALDI超市的運營，取得了令人矚目的成效。

提高能效是每個人的當務之急——其中一個最重要的原因是，無需使用的能源才是最清潔的能源。現實中存在巨大的節能潛力，特別是在樓宇、工業和交通等領域。

西門子專注于提高能效的例子數不勝數，包括通過優化汽車工業機器人運動從而優化能耗的研究項目，以及可以大幅降低大型建筑物環境足跡的解決方案。西門子新落成的總部大廈即為其中的*。

準確找出浪費環節

據美國環境保護署稱，美國商業建筑物的能源平均有30%是被浪費掉的。通常，其中四分之三的浪費集中在兩個方面：室內溫濕度控制——即暖通空調（HVAC）系統——和照明。這種嚴重低能效的原因很簡單：大多數建筑物當初建造之時，還沒有人考慮過可持續發展問題。

怎么辦呢？盡管只要將舊設備更換為更*的新系統就可以在一定程度上改善能效，但這樣的翻新改造不僅耗費財力物力和時間，而且基本無助于解決優化建筑物的長期總體能效、測定建筑物能效和對同一連鎖企業中的數百座類似建筑物的能效表現進行比較等問題。

采用現場控制技術，能源相關系統均配備傳感器以持續監測其性能。

提煉數據

西門子樓宇科技集團旗下、總部設在德克薩斯州*市的零售和商業系統（RCS）業務部門提供的現場控制EMS系統，可以解決所有這些問題。RCS總經理Marcus Boerkei解釋道：“在連鎖型建筑物安裝EMS系統，好比給它們配備了一個神經系統。可以持續監測設備性能的傳感器安裝在能源相關系統中，包括暖通空調系統和照明系統，以及光伏發電系統、告示牌、冷藏間和垃圾壓縮機等。”

此外，西門子EMS解決方案在購物區部署二氧化碳傳感器，用作移動偵測裝置——這是實時確定需要多少室外空氣來維持空氣質量的關鍵參數。這個系統也將溫控器和照明控制裝置連接至配備自有Linux計算機和嵌入式網絡服務器的控制箱。每家門店的控制箱都會每隔60秒詢問一次傳感器，并每隔2個小時向連鎖企業總部發送一份狀態報告。

這樣的系統可以產生海量數據。西門子發布的稱：“在監測和控制一座中型建筑物（3000平方米）的過程中，高效的EMS系統每天要采集約40000個帶時間戳的數據點。對于一個擁有1000家門店的企業，這相當于每年產生超過100億個數據點。”為幫助零售商將EMS數據轉化為有價值的信息，系統將這些數據洪流細化為數十組智能觀察數據，以分析其模式并從中提煉出可指導行動的真知灼見。

購物節能

美國各地已有將近1500家ALDI零售店安裝了西門子現場控制EMS系統。其中大多數都是現有門店翻新改造，而其余系統則是安裝在新建門店。

與ALDI門店中的EMS系統產生的海量數據相輔相成的，是現場控制企業門戶，它是一個基于云的數據分析平臺，可為零售商提供企業級數據顯示板、KPI和異常報告，以便快速查明并解決原本可能導致耗電量過大或對客戶舒適度造成不利影響的問題。這個系統還可以精簡問題的發現過程，以及通過智能系統派遣HVAC檢修技術人員并遠程驗證其完成的工作，從而幫助ALDI降低維護成本。

現在，歸功于云端數據管理和持續數據采集，EMS軟件也幫助ALDI確定哪個制冷系統在什么溫濕度環境下工作表現，以及哪個系統的運行和能效記錄。Boerkei表示：“所有這些信息都有助于優化現有設施的功能，并為規劃新的設施提供支持。它也允許ALDI實時分析門店的產品組合，與去年同期進行比較，甚至將其產品組合的表現與行業平均水平進行比較。”

西門子EMS解決方案在購物區部署二氧化碳傳感器，用作移動偵測裝置——這是實時確定需要多少室外空氣來維持空氣質量的關鍵參數。

4000戶家庭

在2012年于16家門店完成初期試運行，證實現場控制系統有能力降低門店的能耗之后，ALDI選擇了西門子。2013年在180家門店全面部署，證明了EMS系統可以在整個區域內取得同樣的成效。通過共同努力，ALDI與西門子在短短10個月內成功完成其余門店的安裝。著名的美國雜志《環境*》將這項創新技術評選為2016年年度項目。ALDI還計劃隨著其在美國不斷擴張，新的門店亦將安裝現場控制系統。

ALDI估計，門店的碳排放量占其總碳排放量的很大部分。現在通過安裝現場控制EMS系統，ALDI預期它每年的碳排放量可減少29000噸——相當于每年路上的汽車減少6100輛，或者為4000戶家庭供電。不僅如此，與該項目有關的電費節省已超出ALDI的資本投資標準，帶來了良好的投資回報（ROI）。