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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，它们终将能在世界其他地区发挥重要作用。
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allg?u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allg?u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。
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，而不只是一个优秀实践示例。”
sowa口中的“我们”，是指irene计划的所有合作伙伴。包括位于allg?u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allg?u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。
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改变用电习惯的app
科罗拉多州科林斯堡市将在全美率先使用一款全新的移动app，该app可使电力用户以近乎实时的方式了解用电信息。该信息包含不同时段的不同电价，可帮助用户控制电费预算，同时帮助电力公司避免使用成本高昂的“波峰”电力。
farshid arman有一些独特的习惯。譬如，在他位于加州拉菲特的家中，洗衣机和洗碗机上都有一个便利贴：“不要在晚上九点前开机！！”做出这种提醒的原因是当地电价根据时段而异，晚九点后电价非常低。然而，他这种节约意识并未被家里所有人认同。比如，儿子aaron在晚九点之前回家特别想洗他的脏衣服，他提出支付5美元以便能立即洗他的衣服。尽管这个“出价”充满诱惑，但是arman的立场异常坚定。
arman很快就不用在家电上贴便利贴了。这是因为作为西门子加州伯克利高科技企业化中心的智能电网技术和可再生能源专家，他以及他的同事——来自西门子美国子公司emeter的zack derich开发了一款智能手机app，能近乎实时监控用电情况，甚至包括用气和用水情况。这款程序的名称为energy engage mobile，是emeter花费了半年多时间开发出来的。这款app实际上是emeter公司energy engage门户的移动版本，该门户已被数家美国电力供应商用于帮助用户了解其电力使用情况。现在，有了这款新app，用户在移动中亦可享受该服务。
近实时计费信息促成节约用电
该app可显示当前用电情况、当前电费、预计当月电费以及与上月的对比情况。这样，用户可以近乎实时地了解他们正在使用多少电能，而不用等到数周后看账单。正如纽约大学经济学家hunt allcott和哈佛大学心理学家todd rogers于2012年发表的一篇调查报告所揭示的那样，这还可以大大节约电费。该调查表明，收到清晰显示每天用电情况、并与邻居用电情况进行对比的每月电费账单的用户，会显着减少其用电。但是，这仅能持续短短数天。之后，他们的用电需求再度攀升，并抵消了之前的节约。该调查还发现，如果用户在一段较长时间内持续收到电费账单，他们的用电习惯会转变，节电幅度在1-5个百分点之间。以近实时方式更新用电信息的app具有相同的效果：它激励用户减少用电、节省电费并养成新习惯。arman表示：“这对于电力用户而言非常重要。这种规模的能源需求降低会显着减轻电网承受的压力。”全新app还提供节能小贴士、在线支付方式以及停电恢复时间等信息。
自2014年6月起开始使用energy engage 门户的科罗拉多州科林斯堡市将成为美国率先提供该全新app的城市。科林斯堡计划在2014年年底之前推出。“这款移动解决方案是我们智能电网计划的核心所在。该app可使用户更有效地管理其用电情况，并使我们能提供更好的服务。” 科林斯堡市电力公司电灯电力业务经理steve catanach指出。该市的智能电网基础设施包括安装在私人家庭、学校和企业里的约10万块智能电表和水表。一套无线网络将变电站、计量表和控制中心连接在一起，以便能迅速探测故障。现在开展的一个试点项目，能使电力公司在用电高峰期，远程减少输送给某些客户的供暖或空调系统的电力。未来计划包括推出不同时段、不同日期的各不相同的灵活电价。
energy engage门户以及app使用来自emeter公司的energyip软件作为平台。科林斯堡自2012年开始携手energyip。该平台可使控制中心访问和分析来自电表和水表的使用数据。该数据每小时记录一次，8小时小结一次。第二天用户就可通过其在线账户进行查看。energy engage门户和app缩短了时间间隔，现在电力使用数据每隔15分钟就输送到了电力供应商处，然后很快传递给用户账户。该app非常适合这里提到的理念，因为与台式机不同，智能手机会经常不断地被用来查看电子邮件、浏览新闻、玩游戏和打电话。换句话说，当前用电信息始终在您的掌控之中。
减少用电的系统
归因于美国电力定价系统的特性，该app以及energy engage门户还非常实用。譬如，科林斯堡市为用户提供每月500度的基础档用电量。一旦超过该额度，单位电价开始上涨。其他美国供电商根据一天不同的时段进行定价。比如，加州的一些电力公司在秋季、春季和冬季的一天之中有低电价和高电价时段，但是到了夏季，所有时段电价都将上涨，因为夏季空调的使用将推高用电需求。在这种情况下，使用energy engage门户或app的用户，就可在每月用电将超出自己设定限额时获得通知。他们然后需要做的是晚一点开洗衣机，或者在低电价时段打开冬季供暖设施
电力公司如何从中获益呢？电力需求降低，他们不是挣得更少吗？在科罗拉多以及美国其他20多个州，这个答案是“否”，这是因为在这些地方电力公司的收入和电力需求并不挂钩。具体情况是这样的：电力公司会确保有一定的利润，不管它销售了多少电能。此外，相关法律规定如果电力公司的用户能实现一定百分比的节电（该比例各州不同），将可增加收入。此外，这些电力公司都有针对波峰用电需求管理的激励措施，以避免启用成本高昂的“调峰”供电设施，或冒险让电网超负荷，而这可能导致停电。
energy engage门户和app，对于西门子而言仅仅只是开始。derich的团队正在思考集成更多的功能。其中的一个可能性是利用总体需求模型来计算单个家电消耗的电能。这可能会促使人们淘汰老旧的冰箱及其他“耗电大户”。另外一个选择是将温度调节装置与门户和app相连，以便监控和调节室内温度。此外，还可将天气预报与这些数据进行集成，以确定未来几天家用太阳能装置能生产多少电能。arman将很快在自己家中使用这款app。即使没有app，他依然能节约用电。“我们安装了太阳能装置，而且孩子们都搬出去了——这就是我家电费比原来低一半以上的原因，但是我们还在使用便利贴。”他这样说道。