微型电网：通往电力自给自足的道路 与利用可再生能源的发电设施不同的是，常规电厂供应的不只是电能，它们还提供从源头确保电网可靠运行的系统服务。因此，如果到2050年，可再生能源发电量能占到德国总发电量的80%，那么，就必须开发出相应的新型解决方案。西门子领导下的一个研究小组所开发的微型电网等解决方案，便是适用于此的可选方案之一，它们最终将能在世界其他地区发挥重要作用。 IREN2项目的研究人员正在Wildpoldsried开发适合可再生能源并网发电的可持续发展电网。为此，他们将建造并分析具备独立操作能力的微型电网原型，以及拓扑电厂原型。 德国正在全力推进可再生能源的经济转型。可再生能源占德国能源构成的比重已达25%左右。然而，如果德国要实现到2050年，将可再生能源发电比例提高至80%的能源转型目标，那么，将需要向电网输送更多利用可再生能源生产的电能。事实上，届时可再生能源的发电量，甚至需要超过当前德国高峰时段的用电总量。 时至今日，德国可再生能源发电设施的装机容量，已令其电网濒临崩溃。必须建设智能电网，以保证即使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能。与当今电网不同的是，智能网络不仅能平衡电能的生产和消耗，而且可以分配电能，其调控范围直达最终用电环节。 为了保证这种方法的有效性，从2011年到2013年，作为德国开展的IRENE（可再生能源与电动交通系统集成）计划的一部分，西门子领导下的一个研究小组，在德国南部Allgäu地区的Wildpoldsried市，建造了一个智能电网，并进行了试验。在IRENE研究项目中，Michael Metzger博士是西门子派出的项目经理。他解释说，Wildpoldsried是这个项目的理想启动地点。他说：“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。换句话说，它已经具备我们预期未来将在整个德国看到的条件。” 重叠系统 如今，Wildpoldsried的智能电网已经能够灵活地平衡当地波动不定的电能供应和用电需求，从而维持电网稳定。有许多技术帮助实现了这一点，包括两个可控制配电变压器和一个蓄电池组装置。当地的智能电网还配备了一个尖端的测定系统、一套技术先进的通信基础设施，以及分布式可再生能源发电系统，如光伏发电和沼气发电设施。有了这些系统和智能电网，如今，Wildpoldsried的发电量已达到其居民用电量的五倍以上，大大超过这个只有2,500人的小型社区高峰时段的需求量。这样一来，IRENE计划的合作伙伴便能创造理想的技术条件，朝着实现德国2050能源转型目标跨进一步。 不过，相比Wildpoldsried而言，在全国范围内实现这个目标的挑战要艰巨得多。来自德国亚琛工业大学的Torsten Sowa，是IRENE计划的合作伙伴之一。他表示，“就当前的技术水平而言，我们仍面临着一个重大挑战。因为当今的可再生能源发电系统，尚不能提供所谓的系统服务，如提供无功功率，以维持多电源电网的电压。换句话说，要想实现2050目标，我们需要一个新型解决方案。” 取代常规电厂 于是，IREN2计划应运而生。由德国联邦经济和能源部出资开展的这个计划，为期三年。其目标是使用分布式发电系统和组件，如蓄电池组、热电联产系统、沼气发电系统和柴油发电机等来改造Allgäu地区现有的电网，使之能够提供常规电厂如今提供的系统服务。 在Wildpoldsried，西门子安装了一台调压变压器，以消除电压波动的影响——这种装置是高压电网上的标配设备，但用在电压较低的配电网中却是一个首创。 这一转变将主要涉及两个概念： 首先，参与研究的计划伙伴将研究如何将Wildpoldsried的电网转变成微型电网。当上一级主电网发生故障时，Wildpoldsried微型电网应当能自动与之脱离，并继续作为一个独立网络向当地供应电能。Metzger解释说：“这种微型电网的分散性质，使之能够以经济划算的方式，帮助保障供电，哪怕它继续吸纳高比例的可再生能源发电。” 第二步涉及考察微型电网作为所谓的拓扑电厂，能够以什么方式运行。拓扑电厂是指，可再生能源发电系统与附加组件交互作用，从而像如今的常规电厂那样调节电网的某个网段。 开路先锋 Sowa说：“一旦我们能够证明这种拓扑电厂的可行性和经济性，我们就能朝着实现能源转型迈出又一个重要步伐。然后，我们必须确定需要创造什么样的条件，以及必须将哪些影响因素纳入考虑，才能在德国其他地区推广我们的模式。我们希望我们的研究结果起到开路先锋的作用，而不只是一个佳实践示例。” 从红色到绿色到蓝色：IREN2计划的研究人员将逐步在Wilpoldsried扩展其试验电网 Sowa口中的“我们”，是指IRENE计划的所有合作伙伴。包括位于Allgäu的肯普滕应用技术大学。这所大学与亚琛工业大学共同负责IREN2计划的科学研究工作，以及建造和调试微型电网。另一个合作伙伴是Allgäu的AÜW供电公司，与IRENE一期计划一样，AÜW供电公司提供用于研究的电网。AÜW供电公司希望藉此进一步发展其电网技术，以应对能源转型挑战，从而从中受益。同在IRENE计划中一样，西门子将利用IREN2计划的研究成果，进一步发展其面向德国及国际市场的智能电网解决方案。此外，来自肯普滕的IT服务提供商IDKOM Networks也作为AÜW公司的IT服务提供商，间接参与了IRENE计划。为了便于公司根据新兴智能电网市场的需求，来调整其产品组合，IDKOM侧重于满足在智能电网中使用数据解决方案的技术要求。 适于全球推广的模式？ IREN2研究人员所设想的独立网络类型不仅对能源转型有重要意义；同时，它也是适合在电网覆盖不全的地区使用的解决方案。因此，德国经济合作和发展部已明确表示，它对IREN2计划的研究成果十分感兴趣。如果Wildpoldsried的研究人员取得成功，那么，德国经济合作和发展部可能将独立网络解决方案与分布式可再生能源发电系统的组合，视为解决全球许多区域的能源短缺问题的有效手段。譬如，在非洲，仍有约5亿人尚未通电。从这个意义上讲，对于许多比德国更迫切地需要进行能源转型的国家，Wildpoldsried有点像个实验室。
