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邯郸回收西门子PLC模块
产品时间:2020-11-23
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如何对风电场和太阳能电站生产的过剩电力加以利用?西门子与电力公司RWE合作研制出一个解决方案:风电蓄热系统。其思路是改变家用夜间蓄热式电暖器以往刻板的充电模式,增强灵活性,使该类系统可以存储多余的环保电能。在德国开展的两个试点项目表明该系统具备实用性。

铺设在地板下面的蓄热式采暖系统,可以将风电场和太阳能电站在白天或夜晚生产的过剩电力储存起来。

灵光闪念能照亮世界,却不能加热火炉。”德国抒人弗里德里希•黑贝尔如是道。彼时乃1842年,而他想不到的是,在大约170年后的今天,灵光闪念还能让风电场和太阳能电站生产的过剩电力加热锅炉。确切地说,这样的“锅炉”由夜间蓄热式电暖器组成。

20世纪50年代,蓄热式电暖器日渐盛行,取代了燃煤炉和燃油炉。其工作原理十分简单:将电能转化为热能。尽管初这种电热设备只能用来烧热水,但如今先进的现代化电暖器还可以将热能储存到一个绝缘菱镁芯体中。为了节省电费,电暖器可以在用电低谷时段——主要是夜间,使用电力。电力公司RWE“风电蓄热”项目经理 Jorg Rummeni解释说:“一般而言,电暖器可以在夜间充电大概8个小时,白天充电两个小时左右。”加热元件装在菱镁芯体内部,在这里,电能将被转化为热能并被储存起来。这里的温度可高达600摄氏度。到了白天,蓄热式电暖器可以重新释放这些热能。这时,电暖器表面温度将升至高40摄氏度。电暖器的内置风扇可根据需要,不停从芯体中吹出热量。

很长一段时间来,蓄热式电暖器的名声都不太好。有人误以为它们是电老虎。这是因为,有时候电暖器的体积过于庞大、设置不准确或者陈旧过时。在这种情况下,当在隔热性能欠佳的房屋中使用时,它们会消耗大量电力也就不足为怪了。然而,只要针对目标建筑物进行精心改良,技术*的系统就能充分发挥电暖器的全部优势。这样的系统价格实惠,易于安装,仅需少量维护。现在,电暖器以热能形式储蓄电能的能力,这也是另一个显著的优势。

灵活的充电模式。过去两年半,西门子和RWE一直在潜心研究如何利用这种电暖器的蓄热能力,来存储采用可再生能源生产的电力。其目标是为蓄热式电暖器配备智能控制系统,将之用作储存发电量波动不定的风电和光伏发电系统生产的电能的装置。Rummeni坚信,这一理念必将成功。目前,德国约有140万个住户在使用蓄热式电暖器,这些蓄热式电暖器的平均装机功率为10千瓦。Rummeni指出,“这些电暖器都有可能充当蓄电装置,总额定功率高达1400万千瓦,年蓄电容量达140亿度。如此之大的数字,令这些电暖器对整个电力行业都意义重大。”相形之下,德国抽水蓄能电站的蓄电容量总和也不过4000万度,总功率仅700万千瓦。

有鉴于此,西门子和RWE于2011年3月联合发起了“RWE风电蓄热”项目。携手tekmar Regelsysteme有限公司,它们决定在埃森市建成已有20年的Stoppenberg住宅区开展一项试验。试验区由50栋完全相同的独户、双户和三户住宅楼构成,住户均为RWE客户。项目合作伙伴特地选择了一个由同类型住宅构成的小区,所有房屋均配备了安装在地板下方的供暖系统,而没有采用传统锅炉或蓄热式采暖设备。首先,项目小组仅对这种地暖模式进行试验,以明确该系统的蓄热能力。

为了让试验区的蓄热式电暖器仅仅采用来自可再生能源的电力,必须对该设备进行改造,以实现灵活的充电模式。Rummeni说:“刚启动项目的时候,我们想要找到改变其固定充电模式,使之变得更加灵活的方法。”为此,tekmar用新的智能控制装置替换了旧的电暖器控制装置。这些智能控制装置可以利用无线网络启动和关闭充电过程。这些充电控制装置能够确保,不论任何时候,只要在刮风或阳光明媚,就能将风力或太阳能等可再生能源发电系统生产的过剩电力储存起来,这样它们就不会被白白浪费掉。

西门子为该项目提供相关软件。所提供的软件名为“分布式能源管理系统(DEMS)”,于2002年开发成功。西门子虚拟电厂产品经理Thomas Werner解释道,“它可以预测并优化蓄热式电暖器的使用方式,同时将电力市场情况纳入考虑。”该工具可决定在什么时候,储存多少来自可再生能源的电力。它通过综合考量天气预报信息以及当前电价和每个家庭的用电需求等因素,作出这些决定。根据这些数据,DEMS可以单独调节送入50个住户的电暖器储存的风力和太阳能发电量。蓄热式电暖器一经“充满”,充电过程便会终止。

双赢。2012年秋季,50个参测住户对试验结果颇为满意。Rummeni说:“新的蓄热式电暖器让室内温度比往年稳定得多。”过去,配备蓄热式电暖器的房屋在早晨相当暖和,因为电暖器在夜间储存了充足的热量。然而,到了傍晚,室内温度就变得很低,因为电暖器在白天储存不了多少热量。Rummeni指出,灵活的充电模式大大降低了温度波动幅度。

2012年秋季,受该项目取得的良好效果的鼓舞,西门子和RWE在德国的Meckenheim对30栋建筑物开展了新一轮试验。与在埃森市进行的试验不同的是,Meckenheim项目侧重于传统锅炉,以及少量蓄热式采暖设备。这次试验涵盖大约80台电暖器,合并虚拟蓄电装置总功率为1000千瓦。初步试验结果非常喜人。Rummeni表示,“Meckenheim项目表明,风电蓄热系统也适用于其他类型的夜间蓄热式电暖器。”

试验结果表明,这条思路在技术上是可行的。下一步是确定这项新的蓄电技术能否明显降低能耗。Rummeni认为,相比于波动供热,更加均匀恒定的室内温度应当有助于提高采暖系统的能效。Rummeni提醒说,“但价格必须在客户的承受范围内。”这项新技术的一个优势是,仅仅要求更换控制器,而不是整个采暖系统。然而,显然,只有当这项技术能够降低采暖系统的运行成本时,消费者才会改用灵活采暖控制系统。Rummeni指出,要实现这一点,必须修订有关法规。一种可能性是,实行税收优惠,鼓励消费者改用灵活型蓄热式电暖器。

风电蓄热系统有许多优点。同蓄热式电暖器一样,客户可以在电价低廉时使用电力。此外,甚至室内温度也更加宜人。蓄热式电暖器使用的是多余的环保电力,因而间接减少了二氧化碳排放。此外,通过改善供电和用电之间的平衡,该技术还有助于稳定电网,降低电网负荷。这些优越性造就了供电企业、客户和环境的共赢局面。

如果面向个人消费者的RWE风电蓄热系统能够创造效益,那么,RWE计划向更多客户群提供智能控制解决方案。但首先,智能控制系统必须能将电价降至每度20欧分以下。如果是这样的话,风电场和太阳能电站生产的电力,将成为点燃无数炉火的灵光闪念。

Ulrich Kreutzer

DEMS 3.0

十多年前,西门子开发出分布式能源管理系统(DEMS),并且从那时起,不断更新和扩展其功能。2013年10月,西门子在市场上发布DEMS 3.0和一个功能强大的新工具:DEMS Designer。有了这个新工具,用户可以更加轻松地创建和运行“虚拟电厂”。为了做到这一点,用户需要在DEMS中输入天气预报、电力市场、风电机组、太阳能电池、蓄电系统和负能量(即负载)等信息。根据这些数据,该软件将制定一份具体的电力计划,规定哪座发电厂应当在什么时候向电网输送电力。除该特性外,DEMS Designer还具备可显示当前用电需求的自动化地图功能,可谓锦上添花。该系统的用户界面非常简单,得益于此,对新客户进行操作培训所需时间缩短了60%。

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