博尔德电力实验

美国小城博尔德是第一个全面架设智能电网的城市,彼得森一家是这个城市中第一个接受电力实验的家庭。他们和邻居都发现,不用牺牲任何生活便利,也能将电费降到每月3美元。

在美国再度为不参加《京都协议书》辩解时,大量排放的温室气体已经使全球海平面上升了0.17米。为了不让后代去海面以下搜寻住所,美国人尝试着让能源长点智慧――首先从电网入手。2008年4月,Xcel Energy公司联合另外几家绿色高科技公司,投资1亿美元将博尔德(Boulder)打造成“智慧电网实验室”。

“之所以会选尔德,是因为这座城市合适的人口密度以及相对独立的电力分配系统。”Xcel Energy外联人员凯瑟琳(Catherin)说。自2008年4月起,Xcel Energy计划在博尔德安装5万台新的智能电力设备。其中,智能电表是智能电力设备中重要的一环。“它能实时分析数据,建议用户在电力昂贵的时候避开用电,也会告诉用户哪些电来自清洁能源。”

现在,智能电表是彼得森(Peterson)和瓦尔(Val)夫妇家中隐形的协调员,它统筹屋内所有电器的用电情况。科罗拉多大学博尔德分校校长彼得森是“智能电网实验室”的第一位志愿者。他们允许Xcel Energy公司改造了他们的房子,并接受了该公司提供的智能仪表、输出功率6000瓦特的太阳能光伏发电系统,外加一辆混合动力汽车。彼得森称他这次参与的实验为“连接爱迪生和盖茨的世界”,目标是通过新配备的智能电力设备和适应新的用电方式――依旧住博尔德市中心,依旧是那些电器,但要尽可能地使用清洁能源,尽可能地错开用电高峰,尽可能地降低每个月的用电开销。

比萨饼正在烤箱中加热,加热的电来自彼得森家洋楼屋顶的四块太阳能电池板。“太阳充足的时候用太阳能,大风吹来,则用风电。用户能依据程序设定通过风电激活他们的洗碗机或暖气片。”凯瑟琳说。这是一个很大的变化,传统电网只是单方面存储清洁能源,但仅靠清洁能源发电可能会导致电力不稳定,比如不刮风的时候风电就不够用。

融合不同属性的电力,让用户更好地利用可再生、清洁能源,是这次实验的重要内容。彼得森家使用的能源除了太阳能,还有风电、核电、火电等。智能电表能显示此时光伏、风电、水电等不同电种是否充足,以及自由选择各种不同的电力,它们可能来自风、煤炭,抑或是太阳。这就像我们出游选择交通工具,可以是火车,也可以是飞机或轮船。但这又给智能电网带来另外一个问题,如何让各种分布式能源自由、动态地接入电网。

“在我走出家门的时候,我能通过网络,用任何一台计算机、iPod或iPhone,遥控智能电表更改家中电器的设置。比如,优先选择太阳能电池板的蓄电。”瓦尔说。现在,彼得森夫妇家屋顶的太阳能电池板储蓄下来的电可以烤制154个比萨饼,相当于590.7磅的煤炭所产生的能源。如果博尔德预装智能电力设备的5万用户都拥有这一储备量,就能获得相当于2953.5万磅的煤炭所产生的能源,这样节省下来的碳排放量是个惊人的数字。

智能电表还提供实时定价信息,以帮助用户减少消费高峰时段用电。这个功能直接关系到彼得森的钱包,效果很好。2008年1月,普拉特集团在太平洋西北国家实验室完成了实时电价信息示范项目,研究结果是实时定价可以减少高峰用电的10%。

如果太阳能不充足、风电不稳定,彼得森会尽可能选择峰谷期间用电、蓄电。白天所蓄太阳能用于给混合动力汽车充电,通常情况,这些能量够它跑上两天。“电价不再是一成不变,它会根据一天中不同时段来自动定价,比如晚上用电高峰期,电价自动上扬,但以前只是电力系统读取用户的电表,现在我们能看到整个城市的用电情况,从而为自己的用电进行规划。当然,停电也是不用担心的,智能电网可以在最短的时间内实现自动恢复。”

这样的技术设计还有一个好处,中国能源网CIO韩晓平举了个例子:“北京有1500万人口,约500万台冰箱,如果以每台冰箱120瓦计算,合计装机负荷60万千瓦,如果未来的冰箱可以蓄冰储能,所有冰箱都在夜间用电低谷蓄冰,并根据电网的智能安排分批进行工作,电网就可以因此减少几十万的装机容量,免去相应输电线路和变电站的建设投资。”

省钱、节能、减排。彼得森的目标应该也是全世界所有人的目标。“美国2007年3亿人口,用电量4367.875千瓦时。如果是中国,14亿人口的用电量将是美国的3.5倍。如果延续目前模式,70%的电力将靠燃煤大火电保障,最少需要42亿吨的原煤。如按70%的煤炭用于发电来算,需要生产原煤60亿吨,而2007年全球的煤炭产量仅有64亿吨。”韩晓平在题为《我们为什么需要智能电网》的文章中如是说。

另外,据美国能源部的研究结果显示,由于电网效率低下而造成的电能损失高达总电能的67%。67%的损耗是指现有电力系统的能量损耗,其中包括发电、输配电以及终端用电环节。“实际上,从能源资源的开发、运输、转换直到最终的需求,从煤炭的开发直到我们眼前的计算机屏幕或头顶的灯泡,我们真正能够利用的有效能量恐怕不足10%。另外的90%无疑是一座巨大的金矿。”韩晓平说。

依靠挖掘这巨大的金矿,彼得森的节能减排的目标已经达成,他们的邻居也一样,将每月电费降到了3美元。“新的电力系统精确实用,让我们轻松地控制能源消费,即使我离开了屋子,我也能通过电脑掌控屋子和汽车。尤其是屋顶上的太阳能面板,它能和车,还有家中的一切电器进行交流,它们总能找到一个最高效最清洁的用电方式。”

博尔德的实验并没有牺牲生活便利来节省能源,这是最吸引人的。不仅如此,有了智能电网,彼得森夫妇的生活以及其他的志愿者的生活显得更为便利。举例来说,“随手关灯”是很小的事儿,但容易忘记。“如果采用智能感应照明,只在有人有需求的地方进行精确照明,可以节省不少电能,减排不少二氧化碳。而实现这一技术仅需要为每一个灯口安装一个芯片和控制开关,在适当的地方安装感应器,相关的控制数据信息可以直接从电力线上传送。”韩晓平解释说。

根据法国监管机构CRE的预测,通过安装智能表计,能够减少居民能源消耗5%,减少二氧化碳排放5%。智能电网通过电子感应、探测、遥控等信息技术对需求进行实时跟踪,并进行智能化的分析、控制,实现精确供能。“这样,使人们的生活质量不受影响,甚至更舒适,靠信息技术的进步将能源节约下来。”韩晓平说。现在,芬兰通过安装智能表计,用户的能量使用效率已经提高了7%。