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布鲁克林的微电网

LO3 Energy是一家刚刚起步的纽约公司，它正在与西门子数字电网部门和西门子初创企业投资部门next47合作，在布鲁克林区测试一个微电网项目。这里的居民不论是否安装光伏发电系统，都可以在所谓的区块链平台上相互购买和出售太阳能电力，这个平台将自动记录每一笔交易。当飓风来袭时，这个孤网可以独立运行，自给自足。这个项目在推进可再生发电资源的分布式供电系统过程中，具有开拓性意义。

阳光明媚的日子里，Martha Cameron家的电表会倒着转。原因很简单：她家的屋顶安装了一套太阳能发电系统。坐落于布鲁克林区宁静美丽的Park Slope街区，这排赤褐色砂石建筑建于1900年前后。当艳阳高照时，如她用不完18个光伏太阳能电池板生产的电力，剩余的电力将回馈电网。2010年Cameron是*个安装这套太阳能发电系统的人。不过很快，在这条两旁种满挪威枫树和梧桐的林荫道上，又有5幢大楼安装了太阳能发电系统。

LO3 Energy创始人兼*执行官Lawrence Orsini站在布鲁克林区一排接入微电网的房屋顶上。

2016年4月，首次交易发生在那些没有安装太阳能发电系统的居民和自家太阳能发电系统产生过剩电力的居民之间。在总部设在布鲁克林区的能源初创企业LO3 Energy的帮助下，Park Slope街区及相邻的Gowanus街区、Boerum Hill街区的居民建起了布鲁克林微电网（Brooklyn Microgrid）项目。这个试点项目之所以可行，是因为它能满足三个条件。首先，归功于LO3 Energy的“TransActive Grid”区块链平台，这项技术为每笔交易生成时间标记，形成一连串安全区块，这样每笔能源交易都有记录。其次，西门子数字电网业务部门提供了针对微电网的技术解决方案。第三，西门子初创企业投资部门next47通过融资、项目技术专长和咨询等方式为这类潜在颠覆性的技术给予支持。

不过，布鲁克林微电网的目标不只是实现环境友好型电力的小规模交易。鉴于2012年桑迪飓风造成的毁灭性灾难，这个项目计划在微电网内安装电池蓄电装置，以便在下一次风暴造成紧急状况时，至少暂时保持稳定供电用于照明。如有可能，最终将根据太阳能发电情况调整局部用电需求。举例来讲，可以在阳光灿烂时对电动汽车进行充电，电池蓄电装置无需额外升压电路。

总统街（President Street）——*批基于区块链技术的点对点电力交易在这里进行。

巨大潜力

不论是阿拉斯加荒野，还是纽约市街区，在截然不同的环境中，自给自足的微电网都扮演着重要角色。无论是基于风力、太阳能、水力还是生物质等分布式发电系统蓬勃发展起来的电力市场，微电网的重要性都与日俱增。LO3 Energy正从西门子推进的微电网中获益，譬如，自2014年起在巴伐利亚州南部村庄Wildpoldsried投入运行的微电网。这些微电网包含网络控制系统、开关、创新电池解决方案和智能电表。

与布鲁克林微电网合作，也让西门子能源管理集团获益匪浅，因为TransActive Grid平台基于分布式网络化记账系统，采用加密技术以成本低廉的防伪方式保存数据。举例来讲，它能确保用户收到原装部件，因为它可借助RFID芯片和区块链无缝追溯部件来源——这是西门子可能感兴趣的众多应用之一。

这种直接在计算机之间进行的点对点商业交易，十分经济划算，具有巨大潜力。目前，全球范围内通过区块链管理的资产总值高达16亿美元。据加密货币平台Coinmarketcap称，从2013年到2016年，这些资产的增幅高达令人瞠目的1600%。贝尔法斯特的普华永道区块链专家Seamus Cushley表示，仅在2016年前9个月，与区块链有关的初创企业就获得了14亿投资。

在“产销者”住户家中安装TAG装置。

为下次飓风做好准备

这些发展为电力交易带来了新的维度。现在，住户无需中间机构就可以交易少量绿色电力。自动拍卖机制以用电户愿意支付的最高电价为导向，决定电力价格。然而，就布鲁克林微电网而言，局部太阳能发电系统生产的电力并非其参与者使用的电力。尚未安装太阳能发电系统的住户使用的电力依然主要来自是距离最近的常规电厂生产的电力。但他们购买了邻居的太阳能光伏电池板的“环境属性”，这类似于消费者过去在选择可再生能源生产的电力时所购买的绿色电力信用额。现在，他们可以向实际电力供应者直接购买。

这个方法并不新鲜。消费者向电力公司购买利用可再生能源生产的电力，就是为偏远地区的风电场、太阳能电站、水电站或生物质发电厂等电力生产者向电网输送电力提供资金支持。如今在布鲁克林区，消费者支付的电费使他们的邻居获利，而非那些遥远的无名风电场运营商。然而，金钱不是大多数项目参与者的主要考虑因素。LO3 Energy的业务发展主管Scott Kessler指出：“这个街区希望为下一场飓风做好准备，负责任地处理环境问题，以及增进团结。”

要想实现这个愿景，布鲁克林微电网不能局限于几个屈指可数的参与者。到2017年初，它将覆盖50栋赤褐色砂石建筑、公寓楼、学校、加油站、消防站和几幢工厂建筑。目标是在2018年之前拥有1000个参与者。它还计划安装电池蓄电装置，甚至更广泛的光伏发电系统。所有这一切都将得到西门子数字电网业务部门提供的微电网管理系统支持，有了这个系统，哪怕发生全市范围断电，也可确保微电网自给自足地供电。

电力小区网络

要取得成功，区块链平台和微电网需要一套监管制度。在纽约州这套制度由“能源愿景改革（REV）”来提供。这个平台的目的是最大限度地降低供电系统的脆弱性——飓风桑迪将这一点暴露无遗，同时更多使用可再生能源资源和降低成本。布鲁克林微电网可以很好地检验这些目标。西门子能源管理集团的Stefan Jessenberger表示：“微电网是核心，它为由电力小区网络构成的未来电力世界奠定了基础。区块链也促成了这个过程，大大简化了在小区内部执行电力交易的方式。”

西门子数字电网业务部门、next47和LO3 Energy都坚信基于区块链的微电网潜力巨大，因为这项技术可用于任何分布式电力系统。Kessler说：“我们在布鲁克林微电网中积累的经验，无疑将在未来的项目中发挥作用。”与此同时，Martha Cameron对所取得的成绩备感自豪，她说：“我们是电力供应者。”

新型高效燃气轮机

如今的燃气轮机必须既高效又极为灵活——西门子全新HL级燃气轮机能够满足这一要求。HL级燃气轮机适于供应基础发电量，同时用作可再生能源发电系统的备用系统，它可在联合循环发电装置中实现高达63%以上的发电效率。更重要的是，西门子计划在中期内将HL级燃气轮机的发电效率提高至65%。

西门子最大的燃气轮机在柏林的生产历史已有110多年。目前，西门子燃气轮机中的旗舰产品是SGT-8000H系列，全球范围内已有57套SGT-8000H燃气轮机投入商业运行。其发电效率高达61.5%，这是2016年在杜塞尔多夫Fortuna联合循环发电厂测得的数据。 然而，现在西门子新发布的HL级燃气轮机进一步提高了发电效率，它可在联合循环发电装置中实现高达63%以上的发电效率。西门子发电与天然气集团全球销售总裁Karim Amin解释道，“新的燃气轮机进一步优化了H级的成熟设计。”

为了实现更高燃烧温度，西门子工程师优化了燃气轮机的不同部件，如涡轮叶片上的陶瓷涂层。

针对更高燃烧温度而设计

更高燃烧温度是提高发电效率的关键要素。全新HL级燃气轮机将燃烧温度提高了约100开尔文。为了实现这一点，西门子工程师优化了燃气轮机的不同部件，如涡轮叶片上的陶瓷涂层。西门子大型燃气轮机产品经理Guido Schuld解释道，“高温会在陶瓷涂层与叶片金属之间产生很高应力，这将导致涂层开裂。因此，我们使用激光器将表面陶瓷涂层切割成一个个方块。这可以减轻应力，因为这些方块可以像高速路路面混凝土板一样朝着对方扩展。这样，我们就可以使用更厚涂层和更高温度。”然而，涡轮叶片内部结构也有助于增强部件的耐高温性能。譬如，采用新型铸造工艺，开发人员进一步优化了叶片的风冷通道，从而改善散热效果。

优化压气机进一步提高发电效率

工程师还改进了燃气轮机进气口处的压气机。经改进后，它现在只有12个压缩级，比SGT-8000H系列少1级。这可节省发电装置内部空间和燃气轮机运输所需空间。为确保空气经充分压缩，我们调节了压气机叶片，以实现最大气动效率。Schuld表示，“可以将之与飞机翼尖做比较，为避免恼人的湍流，翼尖是弯曲的。此外，我们使用更先进的仿真技术，计算并优化了压气机的各个级在诸如气候和工况等不同条件下的相互作用。”

提高发电效率有许多好处。对于天然气价格较高的国家，其益处是，提高发电效率能为发电公司大大节省成本。譬如，许多亚洲国家就是这种情况，它们依赖于油轮运输的较为昂贵的液化天然气（LNG）。Amin说：“我们的研究表明，相比于SGT-8000H系列，新的HL级燃气轮机可将发电成本再降低5%。得益于此，在天然气价格较高的国家，每年每台燃气轮机可以节省1500万到2000万美元成本。另外，新型燃气轮机可以减少排放二氧化碳，因为实现相同发电量所需燃料更少。”

可再生能源发电的*搭档

先进的燃气轮机不仅必须极其高效——随着可再生能源发电在电力构成中的占比越来越大，它们还必须实现最高灵活性。阴天或无风的时候，燃气电站必须接替可再生能源发电系统，确保稳定供电。然而，要做到这一点，电站运营者必须能够迅速启动和关闭这些发电装置。在这方面，新的HL级燃气轮机也青出于蓝而胜于蓝。HL级燃气轮机启动时的性能爬升速率为每分钟85 MW，比SGT-8000H系列高30 MW。Amin表示，“这使得HL级燃气轮机成为可再生能源发电的*搭档。”

配备SGT5-8000H燃气轮机，杜塞尔多夫Lausward电厂Fortuna联合循环发电厂仍然是可持续发展性的发电装置之一。

为了改良新的HL级燃气轮机，以满足世界各地的客户各不相同的要求，自2015年开始研发以来，来自许多不同西门子业务部门的代表参与了研发过程，包括战略专家和销售专家，以及工程师和制造专员及服务专员。

3D打印的燃气轮机部件

为了进一步缩短研发周期，西门子采用了新型制造技术。在柏林的工厂就可以看到一种这样的技术。在那里，隔着3D打印机的玻璃窗板，激光束扫过金属粉末。激光束所到之处，火花熠熠，一个部件就这样逐层制造出来。3D打印加快了原型部件的生产和测试，有助于尽早提供新技术。西门子的新型制造工艺专家Ingo Kelbassa指出，“增材制造特别适合燃烧器和燃气轮机的高温部件。3D打印开辟出全新的设计空间。譬如，它使我们得以优化涡轮叶片内部的风冷通道。”

新的西门子燃气轮机经专门设计，可轻松连接至西门子为电厂运营者提供的数字服务。它们亦可连接至MindSphere——西门子基于云的开放式物联网操作系统。MindSphere提供了许多强大的分析工具，以便客户直接洞悉机器的运行数据，帮助他们做出决策。

西门子已经在柏林工厂以及德国首都附近的清洁能源中心，对新的HL级燃气轮机进行了广泛深入的测试。西门子计划于2018年年中，在合作伙伴之一、北卡罗来纳州的Duke Energy公司的场地上建造*台HL级燃气轮机发电装置。这个发电装置的燃气轮机将接入当地电网，并于2020年开始投入运行。新的HL级燃气轮机将为进一步的发展奠定技术基础。Amin说：“我们希望在中期内，HL级燃气轮机的发电效率可达到65%。”

智慧型连锁店

连锁超市、百货商店和快餐店等是典型的拥有成百上千家门店的零售企业。一般而言，同一家连锁企业旗下的所有门店都具有相同的用电需求，因此，覆盖整个连锁企业的自动能源管理系统（EMS）对其大有裨益。一个典型的例子是，西门子EMS系统通过采集数据并持续优化美国各地的大约1500家ALDI超市的运营，取得了令人瞩目的成效。

提高能效是每个人的当务之急——其中一个最重要的原因是，无需使用的能源才是最清洁的能源。现实中存在巨大的节能潜力，特别是在楼宇、工业和交通等领域。

西门子专注于提高能效的例子数不胜数，包括通过优化汽车工业机器人运动从而优化能耗的研究项目，以及可以大幅降低大型建筑物环境足迹的解决方案。西门子新落成的总部大厦即为其中的*。

准确找出浪费环节

据美国环境保护署称，美国商业建筑物的能源平均有30%是被浪费掉的。通常，其中四分之三的浪费集中在两个方面：室内温湿度控制——即暖通空调（HVAC）系统——和照明。这种严重低能效的原因很简单：大多数建筑物当初建造之时，还没有人考虑过可持续发展问题。

怎么办呢？尽管只要将旧设备更换为更先进的新系统就可以在一定程度上改善能效，但这样的翻新改造不仅耗费财力物力和时间，而且基本无助于解决优化建筑物的长期总体能效、测定建筑物能效和对同一连锁企业中的数百座类似建筑物的能效表现进行比较等问题。

采用现场控制技术，能源相关系统均配备传感器以持续监测其性能。

提炼数据

西门子楼宇科技集团旗下、总部设在德克萨斯州*市的零售和商业系统（RCS）业务部门提供的现场控制EMS系统，可以解决所有这些问题。RCS总经理Marcus Boerkei解释道：“在连锁型建筑物安装EMS系统，好比给它们配备了一个神经系统。可以持续监测设备性能的传感器安装在能源相关系统中，包括暖通空调系统和照明系统，以及光伏发电系统、告示牌、冷藏间和垃圾压缩机等。”

此外，西门子EMS解决方案在购物区部署二氧化碳传感器，用作移动侦测装置——这是实时确定需要多少室外空气来维持空气质量的关键参数。这个系统也将温控器和照明控制装置连接至配备自有Linux计算机和嵌入式网络服务器的控制箱。每家门店的控制箱都会每隔60秒询问一次传感器，并每隔2个小时向连锁企业总部发送一份状态报告。

这样的系统可以产生海量数据。西门子发布的称：“在监测和控制一座中型建筑物（3000平方米）的过程中，高效的EMS系统每天要采集约40000个带时间戳的数据点。对于一个拥有1000家门店的企业，这相当于每年产生超过100亿个数据点。”为帮助零售商将EMS数据转化为有价值的信息，系统将这些数据洪流细化为数十组智能观察数据，以分析其模式并从中提炼出可指导行动的真知灼见。

购物节能

美国各地已有将近1500家ALDI零售店安装了西门子现场控制EMS系统。其中大多数都是现有门店翻新改造，而其余系统则是安装在新建门店。

与ALDI门店中的EMS系统产生的海量数据相辅相成的，是现场控制企业门户，它是一个基于云的数据分析平台，可为零售商提供企业级数据显示板、KPI和异常报告，以便快速查明并解决原本可能导致耗电量过大或对客户舒适度造成不利影响的问题。这个系统还可以精简问题的发现过程，以及通过智能系统派遣HVAC检修技术人员并远程验证其完成的工作，从而帮助ALDI降低维护成本。

现在，归功于云端数据管理和持续数据采集，EMS软件也帮助ALDI确定哪个制冷系统在什么温湿度环境下工作表现，以及哪个系统的运行和能效记录。Boerkei表示：“所有这些信息都有助于优化现有设施的功能，并为规划新的设施提供支持。它也允许ALDI实时分析门店的产品组合，与去年同期进行比较，甚至将其产品组合的表现与行业平均水平进行比较。”

西门子EMS解决方案在购物区部署二氧化碳传感器，用作移动侦测装置——这是实时确定需要多少室外空气来维持空气质量的关键参数。

4000户家庭

在2012年于16家门店完成初期试运行，证实现场控制系统有能力降低门店的能耗之后，ALDI选择了西门子。2013年在180家门店全面部署，证明了EMS系统可以在整个区域内取得同样的成效。通过共同努力，ALDI与西门子在短短10个月内成功完成其余门店的安装。著名的美国杂志《环境*》将这项创新技术评选为2016年年度项目。ALDI还计划随着其在美国不断扩张，新的门店亦将安装现场控制系统。

ALDI估计，门店的碳排放量占其总碳排放量的很大部分。现在通过安装现场控制EMS系统，ALDI预期它每年的碳排放量可减少29000吨——相当于每年路上的汽车减少6100辆，或者为4000户家庭供电。不仅如此，与该项目有关的电费节省已超出ALDI的资本投资标准，带来了良好的投资回报（ROI）。