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西门子数字电网部门和西门子初创企业投资部门next47合作，在布鲁克林区测试一个微电网项目。这里的居民不论是否安装光伏发电系统，都可以在所谓的区块链平台上相互购买和出售太阳能电力，这个平台将自动记录每一笔交易。当飓风来袭时，这个孤网可以独立运行，自给自足。这个项目在推进可再生发电资源的分布式供电系统过程中，具有开拓性意义。
阳光明媚的日子里，Martha Cameron家的电表会倒着转。原因很简单：她家的屋顶安装了一套太阳能发电系统。坐落于布鲁克林区宁静美丽的Park Slope街区，这排赤褐色砂石建筑建于1900年前后。当艳阳高照时，如她用不完18个光伏太阳能电池板生产的电力，剩余的电力将回馈电网。2010年Cameron是个安装这套太阳能发电系统的人。不过很快，在这条两旁种满挪威枫树和梧桐的林荫道上，又有5幢大楼安装了太阳能发电系统。
LO3 Energy创始人兼执行官Lawrence Orsini站在布鲁克林区一排接入微电网的房屋顶上。
2016年4月，首次交易发生在那些没有安装太阳能发电系统的居民和自家太阳能发电系统产生过剩电力的居民之间。在部设在布鲁克林区的能源初创企业LO3 Energy的帮助下，Park Slope街区及相邻的Gowanus街区、Boerum Hill街区的居民建起了布鲁克林微电网（Brooklyn Microgrid）项目。这个试点项目之所以可行，是因为它能满足三个条件。首先，归功于LO3 Energy的“TransActive Grid”区块链平台，这项技术为每笔交易生成时间标记，形成一连串安全区块，这样每笔能源交易都有记录。其次，西门子数字电网业务部门提供了针对微电网的技术解决方案。第三，西门子初创企业投资部门next47通过融资、项目技术专长和咨询等方式为这类潜在颠覆性的技术给予支持。
不过，布鲁克林微电网的目标不只是实现环境友好型电力的小规模交易。鉴于2012年桑迪飓风造成的毁灭性灾难，这个项目计划在微电网内安装电池蓄电装置，以便在下一次风暴造成紧急状况时，至少暂时保持稳定供电用于照明。如有可能，终将根据太阳能发电情况调整局部用电需求。举例来讲，可以在阳光灿烂时对电动汽车进行充电，电池蓄电装置无需额外升压电路。
统街（President Street）——全球批基于区块链技术的点对点电力交易在这里进行。
巨大潜力
不论是阿拉斯加荒野，还是纽约市街区，在截然不同的环境中，自给自足的微电网都扮演着重要角色。无论是基于风力、太阳能、水力还是生物质等分布式发电系统蓬勃发展起来的电力市场，微电网的重要性都与日俱增。LO3 Energy正从西门子推进的微电网中获益，譬如，自2014年起在巴伐利亚州南部村庄Wildpoldsried投入运行的微电网。这些微电网包含网络控制系统、开关、创新电池解决方案和智能电表。
与布鲁克林微电网合作，也让西门子能源管理集团获益匪浅，因为TransActive Grid平台基于分布式网络化记账系统，采用加密技术以成本低廉的防伪方式保存数据。举例来讲，它能确保用户收到原装部件，因为它可借助RFID芯片和区块链无缝追溯部件来源——这是西门子可能感兴趣的众多应用。
这种直接在计算机之间进行的点对点商业交易，十分经济划算，具有巨大潜力。目前，全球范围内通过区块链管理的资产值高达16亿美元。据加密货币平台Coinmarketcap称，从2013年到2016年，这些资产的增幅高达令人瞠目的1600%。贝尔法斯特的普华永道区块链Seamus Cushley表示，仅在2016年前9个月，与区块链有关的初创企业就获得了14亿投资。
在“产销者”住户家中安装TAG装置。
为下次飓风做好准备
这些发展为电力交易带来了新的维度。现在，住户无需中间机构就可以交易少量绿色电力。自动拍卖机制以用电户愿意支付的高电价为导向，决定电力价格。然而，就布鲁克林微电网而言，局部太阳能发电系统生产的电力并非其参与者使用的电力。尚未安装太阳能发电系统的住户使用的电力依然主要来自是距离近的常规电厂生产的电力。但他们购买了邻居的太阳能光伏电池板的“环境属性”，这类似于消费者过去在选择可再生能源生产的电力时所购买的绿色电力信用额。现在，他们可以向实际电力供应者直接购买。
这个方法并不新鲜。消费者向电力公司购买利用可再生能源生产的电力，就是为偏远地区的风电场、太阳能电站、水电站或生物质发电厂等电力生产者向电网输送电力提供资金支持。如今在布鲁克林区，消费者支付的电费使他们的邻居获利，而非那些遥远的无名风电场运营商。然而，金钱不是大多数项目参与者的主要考虑因素。LO3 Energy的业务发展主管Scott Kessler指出：“这个街区希望为下一场飓风做好准备，负责任地处理环境问题，以及增进团结。”
要想实现这个愿景，布鲁克林微电网不能局限于几个屈指可数的参与者。到2017年初，它将覆盖50栋赤褐色砂石建筑、公寓楼、学校、加油站、消防站和几幢工厂建筑。目标是在2018年之前拥有1000个参与者。它还计划安装电池蓄电装置，甚至更广泛的光伏发电系统。所有这一切都将得到西门子数字电网业务部门提供的微电网管理系统支持，有了这个系统，哪怕发生全市范围断电，也可确保微电网自给自足地供电。
电力小区网络
要取得，区块链平台和微电网需要一套监管制度。在纽约州这套制度由“能源愿景改革（REV）”来提供。这个平台的目的是大限度地降低供电系统的脆弱性——飓风桑迪将这一点暴露无遗，同时更多使用可再生能源资源和降低成本。布鲁克林微电网可以很好地检验这些目标。西门子能源管理集团的Stefan Jessenberger表示：“微电网是核心，它为由电力小区网络构成的未来电力世界奠定了基础。区块链也促成了这个过程，大大简化了在小区内部执行电力交易的方式。”
西门子数字电网业务部门、next47和LO3 Energy都坚信基于区块链的微电网潜力巨大，因为这项技术可用于任何分布式电力系统。Kessler说：“我们在布鲁克林微电网中积累的经验，无疑将在未来的项目中发挥作用。”与此同时，Martha Cameron对所取得的成绩备感自豪，她说：“我们是电力供应者。”
能源是驱动经济和社会发展必不可少的动力。在我国，环境问题已受到广泛关注，对于企业的节能减排要求愈发严格。同时，能源经济结构调整也不断深化。如何让未来的能源生产和消费保持良好的经济性、可靠性和可持续性？认为，因地制宜地发展靠近用户端的分布式能源，是实现更加科学、合理和友好的电力生产与使用的可行之路。
我国分布式能源的发展现状如何？遇到了哪些机遇与挑战？又该如何应对？厦门大学能源政策研究长林伯强教授、天津华电北宸分布式能源有限公司副经理邓优群和节能协会热电产业联盟秘书长张东胜分别从各自的角度分享了他们的观点。
发展分布式是能源转型的合理选择
当前，我国能源结构仍以化石能源为主，清洁能源和可再生能源利用水平有待提高，但整体能源产消结构正不断优化。2016年能源工作会议发布的数据显示，当年我国一次能源生产中的煤炭占比首次低于70%，非化石能源增速接近12%。2017年上半年，我国清洁能源装机增量明显高于火电，可再生能源占新增装机比重达70%。
节能协会热电产业联盟秘书长张东胜
对此，张东胜认为，我国能源结构已进入战略性调整期，油气替代煤炭，非化石能源替代化石能源的双重更替正在加快，要想提高环保治理水平，能源领域供给侧结构改革应摆在位置。
与此同时，太阳能和风能等新能源已开始蓬勃发展。在林伯强看来，分布式能源是解决新能源利用难题的重要途径。他指出，虽然我国风电和太阳能装机容量已达全球，但“弃风、弃光”现象依然比较严重。
“大型新能源基地主要集中在西部和西北部，但当地的用电市场容量有限，要让机组被充分利用，必须借助特高压输电系统，经长距离将电力输送到东部经济发达地区。但是，这种方式的输送成本太高。此外，新能源天然的波动性还会对电网系统带来冲击。体来看，新能源的利用小时数太低。要想突破这个瓶颈，采用分布式能源是一条可行之路，也是当前我国政府已经明确的发展思路。这种方式的大优势就是发电设施距离负荷中心比较近，可以在一定程度上避免大规模的‘弃风’、‘弃光’问题。”他解释道。
张东胜认为，我国应大力发展分布式能源的主要原因有三点：其一，分布式能源让能源生产靠近需求侧，将电力线损和热（冷）力管损等降到低，以“温度对口，梯级利用”为原则，按照不同热力温度对能源进行不同程度的利用，可大幅提升能效；其二，无论分布式天然气还是分布式光伏，都属于清洁高效能源，能显著降低废气、废水和固体废弃物的排放；其三，数字化技术的进步，尤其是智能电网等新技术的应用普及，为分布式能源系统发展开拓了思路，也提供了技术基础。
尽管具有许多优势，分布式能源在我国的推广应用依然受限于诸多因素，需要从政策层面给予进一步支持。对此，张东胜指出，由于应用在分布式能源领域的小型燃气轮机、光伏组件和储能系统等价格高昂，分布式能源的建设成本仍然较高，与常规能源相比，经济性相对较差。如果没有财政政策的支持，过长的投资回收期将影响投资热情。因此，技术开发鼓励、投资鼓励和税收激励，电力体制改革和热力体制改革等有关部门的宏观政策，以及地方政府的区域发展政策，都是推广分布式能源应用不可或缺的外部环境。
产业系统性创新需要突破瓶颈
除了政策支持，分布式能源的发展也需要技术支持。由于天然的间歇性和随机性等问题，分布式能源在并网后容易引起电压波动和电压闪变，要实现配电网的功率平衡，保证供电可靠性和电能质量是主要挑战。
厦门大学能源政策研究长林伯强教授
林伯强表示：“要解决新能源的波动性问题，就要将储能等创新技术充分融入微电网模式。在此方面，拥有微电网数字化和自动化技术的跨国企业可以为企业提供借鉴。像西门子这样的跨国公司，可以通过的技术解决储能问题，并把智能微电网和分布式一体化管理做得更好，从技术上和商业模式上破解分布式能源发展中存在的问题。”
林伯强认为，人才与技术相辅相成。要实现一个产业的系统性创新，核心作用离不开人。德国长期以来一直采取双元制教育来应对这方面的挑战。在这种制度下，学生可以进入公立职业学校学，同时可在西门子这样的企业里以带薪实的方式接受在职培训。这样就将人才培养和产业实践很好地结合起来。我国的分布式能源行业正在走向成熟，像这种理论与实践相结合的人才培养方式或许可以为我们提供一些启发。
一体化方案潜力巨大
天津华电北宸分布式能源有限公司副经理邓优群
与传统能源系统相比，分布式能源项目因为规模小、技术新，在实际落地过程中有自己的特点。在电力行业从事了多年分布式能源研究和实践的邓优群认为，做好分布式能源项目的关键点有四个。，精选厂址、分步实施，按市场需求逐步推进项目；第二，去电厂化、培养用户，抛开建设现有大型燃气发电站和大型风电光伏基地的思路，根据新能源本身的特点，以因地制宜的理念实现协调发展；第三，合理配置、降低造价，用科学的优化方案实现能源梯级利用；第四，提质增效、引入竞争，在不断变化的环境中用创视角改善运营管理。
结合丰富的实践经验，邓优群对分布式能源项目建设给出了自己的意见：“如果分布式能源站只是为了发电，而没有将冷热负荷投入使用，是不经济的。因此，分布式能源不能以发电为主要目的，而要以冷热定电，以真实效益好为原则，充分保证机组利用小时数达到4500小时以上，整体效率达到70%以上，利用好多余的热水和蒸汽，且综合应用各种包括冷却塔、热泵回收技术、燃气进气冷却和天然气加热等节能措施。尤其应注意不要建设规模过大的项目，要打破现有设计规程，更加灵活地布置机组，同时重视培育市场和适应区域需求。”
若想达到这种效果，企业应该对项目中复杂的能源流动与转化进行综合统筹和把控。如果在发电、输配电、储能等环节采用不同供应商的产品，则有可能影响信息传递效率和项目整体可控性。对此，张东胜指出：“在分布式能源系统建设中，采用整体解决方案，可以使业主在勘测、设计、建设、运维等各个阶段降低技术风险和财务风险，并规避由此带来的一系列问题。”
“整体解决方案是现代商业服务的必然产物，整合了资源，简化了流程，也提高了效率。”张东胜用“四个有利于”进行了结，“这种方式有利于统一标准、接口、数据和规范，提高设备协作和人机协作之间的稳定性；有利于系统整体优化，方便扩充；有利于降低投资成本，提高投资可控性；有利于工期保证和运维稳定，为人员培训搭建桥梁。”
市场潜在增长性应受关注
谈到分布式能源的未来，邓优群持乐观态度。“美国现在有7000到8000个燃气分布式项目，我国计划在2020年达到1000个。目前来看，发展速度还没有完全跟上，但潜力巨大。”他表示。
邓优群认为，政府、企业、供应商三方都要重视用户的选择和培养，对需求市场给予更多关注。
张东胜则指出，分布式能源的发展也是装备商的盛宴。中小型燃气轮机在未来的爆发性增长可以预期。面对机遇，像西门子这样的跨国企业，应当加强与本土企业在技术开发和装备生产等方面的合作，做到优势互补、培育市场，发挥好自身在系统集成和控制系统方面的优势，在系统优化配置和能源高效利用上做好文章。
“分布式能源的发展，将带来一次能源生产行业、电力行业、技术供应、设备产销、用户端等全产业链的繁荣。这将是能源领域的一次转型，也是一次重要的历史机遇。”张东胜表示。
本世纪，人们的生活将发生怎样的转变？自动驾驶汽车能否驶上街头？癌症会不会被攻克？能不能在火星上建立殖民地？没有人知道答案。然而，就地球未来的气温而言，我们有一个明确的目标：2015年签订的《巴黎气候协定》要求国际社会（美国除外）必须将全球升温幅度限制在2摄氏度以内（以本世纪工业革命前的气温水平为基础）。我们还知道怎样才能实现这一目标：将温室气体，特别是二氧化碳（CO2）的排放量降至“零”。
但要实现这一目标，需要采取一整套脱碳措施。由于《巴黎协定》并未规定相应的举措，因此，各国政府及国际科研机构一直在研究和讨论，需要采取哪些措施才能实现这个气候目标。依托其环保业务组合，西门子一直在帮助电能供应及需求两方面的客户降低碳足迹。2017年底，西门子发布一份意见书，在广泛深入的计算机模拟的基础上，以德国《2050年气候行动计划》为例，介绍了一系列有助于迈向碳中和的全球经济措施。
位于英格兰西北海域的West of Duddon Sands海上风电场。风电技术十分成熟，然而，要实现更强竞争力，还必须提高成本效益。
高度灵活而又稳定的电网
在供应方面，全球发电主力仍然是矿物燃料，如煤炭、天然气和石油，后果就是将大量温室气体排放到大气中。据世界银行称，2014年矿物燃料发电占比为67%，其余则为核电和可再生能源发电。德国的情况比全球平均水平好一些。2017年，矿物燃料发电占比不到50%。德国政府的气候计划提出：到2050年，德国可再生能源发电占比将提高至80%，其中风电的贡献大。但要实现这一目标，必须有明确的计划。
当然，可再生能源发电并网殊非易事，因为风电和太阳能发电都具有显著的波动性。因此，同其他一样，德国也需要一个高度灵活而又稳定的电网。它必须借助智能电能管理系统来满足高峰需求，并在电力供大于求时，按需利用其他解决方案，如热泵、蓄电技术或制氢系统等，帮助稳定电网。然而，这并不意味着可以直接关停常规电厂。在可再生能源发电不能保证基本发电量的情况下，必须依靠其他电厂来保证电网稳定。不过，配备如西门子提供的联合循环和单循环燃气轮机等设施的燃气电厂，可以取代燃煤电厂供应基本发电量，并可在日后随可再生能源发电占比不断提高，用作备用系统。得益于此，德国将在2050年之前或更早时候，退出煤电生产。简而言之，必须像扩大可再生能源发电那样，以同样坚定的决心来推进常规发电转型。
配备电力驱动系统的Extra 330LE飞机创下了多项世界纪录。西门子的研究预计，到2030年首架100座混合动力电动飞机将投入运营。
关键概念：部门联合
在需求方面，所有经济领域必须更加紧密地结合在一起。其中的关键概念是，通过电气化和利用电能转化合成燃料双管齐下，实现供热、交通和工业等部门的“部门联合”。
譬如，如今供热的主要途径仍然是燃烧矿物燃料。这种情况将会发生改变。虽然集中供热主要利用热泵结合太阳能集热系统实现电气化，但已出现朝着借助生物质、“电阻加热器”和热泵等混合系统实现工业和区域集中供热的电气化转型趋势。如果这一趋势延续下去，这些技术可以取代天然气，致力于实现终的二氧化碳减排目标。显而易见，在采取这些措施的同时，还应改善楼宇保温隔热措施，以及部署楼宇自控系统。
交通领域在很大程度上已经实现电气化，这主要是在公共交通领域：铁路、地铁、火车，甚至越来越多的公共汽车。但汽车，特别是私家车，也需要转型——考虑到2017年仅德国的汽车保有量就高达4500万辆，而在全球范围内，截至2015年的数据为近9.5亿辆，这可不是个轻松的任务。西门子意见书指出，2030年之后，采用电能转化合成燃料的电动汽车将开始占到较大比例。
如果碳排放在所难免……
另一方面，理想情况下，货运应当从公路转移到铁路，如德国“Agora交通转型”（Agora Verkehrswende）倡议的所呼吁的，但迄今为止这一趋势尚未成型。不过，卡车也可以采用混合动力解决方案，如电池和采用氢燃料和电能转化合成燃料的发动机。不仅如此，西门子的电气化高速路电车高架线系统，也很可能带来极大的灵活性。除公路运输之外，空运和海运脱碳亦至关重要。譬如，飞机应当越来越多地使用混合动力电动推进系统和合成燃料；西门子的研究预计，到2030年，首架100座混合动力电动飞机将投入运营。
在工业部门，脱碳不仅涉及供热，还牵涉到生产新产品，如化工行业生产化肥、塑料或清洁剂，这些生产活动仍主要采用矿物燃料。如果不能完全杜绝排放二氧化碳，比如水泥生产就是这种情况，那么，应当借助碳捕集和封存（CCS）技术，将二氧化碳分离出来并加以封存。CCS可以帮助实现90%以上的二氧化碳减排率。
杜塞尔多夫市Lausward电厂的Fortuna联合循环发电装置配备了西门子燃气轮机，它是世界纪录的保持者。
这样看来，在全球经济的各个领域推进电气化转型应是大幅降低温室气体排放量的佳途径。但是，如果不在减排的同时提高能效，《巴黎协定》的宏伟目标将无法实现。高能效电力驱动系统、热泵、楼宇自控系统、火车等等，以及发电本身，都是如此。譬如，在适用情况下，工业部门都应当使用热电联产（CHP）方式。正如2017年5月《科学》杂志刊登的一篇文章所突出强调的，到2030年，仅提高能效就可将温室气体排放量减少高达50%。
现在，这些创新技术能否创造一个气候变化得到控制的美丽新世界？到2100年，全球升温幅度能否真的控制在2摄氏度以内？尽管这些措施在技术上和经济上是切实可行的，但谁都不能打包票。正如西门子建议书及其他研究所强调的，这些举措的实施离不开及国际社会的政治意愿。譬如，德国政府必须构建适当的政治框架，以便确保实现加速淘汰燃煤发电。为促进实现这一目标，德国也需要扶持新的电力市场，为可再生能源发电和低排放技术投资给予优惠，或者引入二氧化碳排放低限价。
西门子6ES7134-6GF00-0AA1
