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改變自身行為的建筑物

電能需求高峰迫使電力公司要在“調(diào)峰”設(shè)施上花費(fèi)數(shù)十億美元，而這些設(shè)施卻很少使用。能根據(jù)電價(jià)實(shí)時(shí)波動(dòng)調(diào)節(jié)電力需求的智能化樓宇自控系統(tǒng)可起到調(diào)峰作用，并經(jīng)濟(jì)、高效地幫助穩(wěn)定整個(gè)發(fā)電和配電網(wǎng)絡(luò)。

從快餐店到聳立的辦公樓，樓宇擁有各種各樣的形狀和尺寸。但是大多數(shù)建筑物有兩點(diǎn)是相同的：對(duì)能源的胃口很大以及能效提升潛力很大。實(shí)際上，根據(jù)美國(guó)和德國(guó)政府的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，住宅和商用建筑消耗了全球40%的一次能源，并且排放了全球21%的二氧化碳。

建筑物的節(jié)能潛力到底有多大？“取決于不同的建筑物，節(jié)能幅度在25%至50%之間。” 西門子中央研究院高性能樓宇研究項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、樓宇和城市節(jié)能技術(shù)權(quán)威ThomasGrünewald指出。

位于美國(guó)的西門子零售與商業(yè)系統(tǒng)公司（RCS）專門從事大型連鎖商場(chǎng)的能源管理，來(lái)自該公司的數(shù)據(jù)證實(shí)了這一點(diǎn)。盡管電力成本不斷攀升，但是該公司客戶的電費(fèi)卻降低了15%至30%。鑒于美國(guó)商用建筑占樓宇總能耗的比例高達(dá)46%，因此RCS對(duì)能源需求的潛在長(zhǎng)期影響將是巨大的。

炸薯?xiàng)l與能源分析。位于內(nèi)華達(dá)州Reno的LoadIQ從事的是類似的業(yè)務(wù)。這是一家由位于加州伯克利的西門子商用技術(shù)中心投資的初創(chuàng)公司，該公司擁有一種能大幅度降低美國(guó)7萬(wàn)家快餐店電費(fèi)的技術(shù)。經(jīng)過(guò)培訓(xùn)之后，就能利用該技術(shù)借助*的信號(hào)處理功能將快餐店的用電變化與獨(dú)立的設(shè)備關(guān)聯(lián)起來(lái)，比如烤箱、炸爐和冷藏設(shè)備。“該系統(tǒng)能觀察設(shè)備每次開(kāi)關(guān)帶來(lái)的用電變化。”LoadIQ的*執(zhí)行官Hampden Kuhns博士說(shuō)道，“每個(gè)變化都有對(duì)應(yīng)的*標(biāo)記。比如，一個(gè)50瓦的阻性白熾燈和一個(gè)50瓦的感性熒光燈就有*不同的標(biāo)記。”設(shè)備標(biāo)識(shí)非常復(fù)雜，因?yàn)樵S多設(shè)備有多個(gè)周期。“但是我們找到了分隔每個(gè)周期然后重新組合的方法，為設(shè)備形成*標(biāo)記。”Kuhns說(shuō)道，“這可以識(shí)別一臺(tái)設(shè)備內(nèi)不同的活動(dòng)，比如洗碗機(jī)內(nèi)大量用電的水加熱周期。該技術(shù)甚至還可結(jié)合快餐店的工作安排，檢測(cè)系統(tǒng)效率不高的時(shí)段。”

設(shè)備實(shí)際用電信息將定期與額定耗電量以及競(jìng)爭(zhēng)性設(shè)備的電力需求進(jìn)行對(duì)比。最終，如果發(fā)現(xiàn)重大偏差，LoadIQ技術(shù)可向業(yè)主報(bào)告，建議對(duì)特定設(shè)備進(jìn)行維修或更換。

LoadIQ是“2011年加州清潔技術(shù)開(kāi)放能源效率獎(jiǎng)”的得主，并獲得了國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）第二期小企業(yè)創(chuàng)新研究資助，它將開(kāi)始在小型商業(yè)設(shè)施中試驗(yàn)其技術(shù)。

削減對(duì)調(diào)峰電廠的需求。提高能效、削減電費(fèi)的需求不僅限于企業(yè)和消費(fèi)者。實(shí)際上，在許多國(guó)家整個(gè)發(fā)電和輸電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性正危如累卵。比如，如果電力需求接近容量上限，就有可能發(fā)生電壓突降或停電。為了避免出現(xiàn)這種情況，電力公司通常會(huì)利用所謂的“調(diào)峰”設(shè)施。但是因?yàn)檫@種設(shè)施很少啟用，它們的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用非常昂貴。其結(jié)果是電力價(jià)格突然飆升，漲幅達(dá)數(shù)倍。

“在美國(guó)，整個(gè)發(fā)電和配電基礎(chǔ)設(shè)施中有10%是用來(lái)滿足峰值電力需求的，但是使用率只有1%。”位于新澤西州普林斯頓的西門子美國(guó)研究院的“西門子 發(fā)明家”、自動(dòng)化專家George Lo博士解釋道。有鑒于此，電力公司很顯然想竭力避免電力高峰，因?yàn)檫@樣可節(jié)省投資調(diào)峰設(shè)施的成本。“但是，如果我們繼續(xù)沿著原來(lái)的道路前進(jìn)，美國(guó)在未來(lái)十年內(nèi)將需要1900臺(tái)調(diào)峰設(shè)備，以滿足不斷增長(zhǎng)的用電需求。”

隨著美國(guó)和全球各地的公司開(kāi)發(fā)出自己的應(yīng)對(duì)電價(jià)突然飆升的機(jī)制，他們開(kāi)始考慮如何全面應(yīng)對(duì)需求高峰問(wèn)題。比如，RCS的基于IT的智能化負(fù)荷管理（ILM）樓宇自動(dòng)平臺(tái)，不僅可降低每天的用電需求，而且憑借其響應(yīng)電力市場(chǎng)信號(hào)的能力，有潛力全天候響應(yīng)電價(jià)的波動(dòng)。為了加強(qiáng)采用西門子系統(tǒng)的樓宇參與樓宇電網(wǎng)通信項(xiàng)目的能力，ILM功能將在今年晚些時(shí)候被集成于西門子Apogee樓宇自控系統(tǒng)，使數(shù)以千計(jì)的Apogee樓宇作為獨(dú)立的用電戶，進(jìn)一步降低對(duì)很少使用的調(diào)峰設(shè)施的需求。“如果有大量的樓宇采用這種方式運(yùn)營(yíng)，就可避免出現(xiàn)用電高峰，并自動(dòng)化實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電力負(fù)荷。”Lo指出。

樓宇智能控制盒。如何做到這一點(diǎn)，尤其是在大型多用途建筑物中？這是加州大學(xué)伯克利分校新建研究大樓Saturdja Dai Hall里的能效專家的宏偉目標(biāo)之一。采用西門子Apogee樓宇自控系統(tǒng)的Saturdja Dai Hall，是樓宇電網(wǎng)技術(shù)的試驗(yàn)基地，比如自動(dòng)化需求響應(yīng)（ADR）。為了確保樓宇能自動(dòng)化智能響應(yīng)電價(jià)波動(dòng)，西門子美國(guó)有限公司、西門子中央研究院和西門子樓宇科技集團(tuán)正在與加州大學(xué)伯克利分校攜手合作，在Saturdja Dai Hall測(cè)試西門子中央研究院開(kāi)發(fā)的“智能化能源盒”。“產(chǎn)品理念是當(dāng)峰值可以預(yù)測(cè)時(shí)，該智能盒將分析不同的方案：從削減非關(guān)鍵區(qū)域的制冷和照明到覆蓋所有墻插用電設(shè)備的微調(diào)分布式響應(yīng)。它將預(yù)計(jì)的電價(jià)和天氣條件考慮在內(nèi)，包括需求響應(yīng)期間太陽(yáng)和建筑物的關(guān)系。最終，它將選定 的方案并實(shí)施。”Lo解釋道。

在不給樓宇用戶帶來(lái)不便的同時(shí)實(shí)現(xiàn)這種響應(yīng)并非易事。這就必須了解建筑物內(nèi)不同單元的安排、習(xí)慣和能源需求重要性排序等信息。除那些重要或關(guān)鍵的不能進(jìn)行電力調(diào)節(jié)的區(qū)域之外，智能化能源盒通過(guò)將其需求響應(yīng)分布至盡可能多的系統(tǒng)，可最大限度減少造成的不便。

對(duì)于這整個(gè)過(guò)程而言，甚為關(guān)鍵的是允許樓宇自動(dòng)系統(tǒng)讀取來(lái)自電力公司的ADR信號(hào)的協(xié)議。由美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LBNL）開(kāi)發(fā)并在近期獲得美國(guó)能源部批準(zhǔn)的“OpenADR”協(xié)議，正在迅速贏得全球認(rèn)同，可能會(huì)成為樓宇電網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)。“這非常重要，LBNL正在數(shù)百個(gè)地點(diǎn)測(cè)試OpenADR。Saturdja Dai Hall就是其中的一個(gè)點(diǎn)——得益于智能化能源盒的采用。其問(wèn)題是電力批發(fā)價(jià)格每分鐘都有波動(dòng)，而電力零售價(jià)格卻經(jīng)常保持不變。智能化能源盒能對(duì)此帶來(lái)改變——將用電從固定開(kāi)銷*轉(zhuǎn)變?yōu)槟鼙环e極管理的費(fèi)用。”積極倡導(dǎo)UCB加入這項(xiàng)技術(shù)研究的機(jī)械工程系教授David M. Auslander表示。

Saturdja Dai樓宇管理人員Domenico Caramagno說(shuō)道：“數(shù)以千計(jì)的建筑物可從這個(gè)盒子中獲益。不僅可以在需求響應(yīng)期間調(diào)節(jié)電力負(fù)荷，從而獲益于電力公司的現(xiàn)金激勵(lì)計(jì)劃，而且可全天候最大限度節(jié)省電能。這就是我們前進(jìn)的方向。”