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欧洲智能电网:实现家电与智能电网互动(3)

华体会备用网在线  来源:电器    2011/7/19 11:40:30  我要投稿  

在英国电网中,典型的电能流向是从北向南,在低压用户端(电压为400V)有一定数量的家庭使用燃气热电联产机组或太阳能光伏发电装置、风力发电装置。虽然原来的输电网仍然存在,但是新建的输电网更多是互动供电网络。互动住宅供电可以将住宅中剩余的电力逆向输入电网,这是英国电力法中已明确规定的运行方式。因此,电网公司面临着技术上的改进和创新(如需要双向保护等),这种互动供电给电网的稳定控制和调度造成很大困难,不但给电网技术、体系、市场、管理等方面造成影响,而且对传统的供电、发电、输电、配电也是一种挑战。

同时,在用电负荷侧对电网稳定运行的要求进行响应,是近年来智能家电技术发展的新课题。以冰箱为例,冰箱与电网运行管理中心之间可以进行双向信息交换,在电网供需平衡出现异常时,冰箱的控制装置会立即做出响应,根据电网频率的变化幅度以及冰箱内各区域的温度,在完全不耗电或低耗电模式下运行。一般情况下,只要冰箱内相应区域的温度不高于规定范围,压缩机将处于停机状态。不同家电产品的需求响应模式有所不同,目前欧洲家电企业正在积极开发这类产品。

2.燃气热电联产装置的推广

在欧洲智能电网技术课题中,家用燃气热电联产装置并网技术的发展,将促进燃气热电联产装置的普及。燃气热电联产装置的并网与太阳能光伏发电装置的并网有相似之处,两者均由电网末端向电网供电。燃气热电联产装置的优点在于,供电时间和功率更易控制。利用智能电网的信息交换功能,使用者可以规定家用热电联产装置向电网供电的时间和供电量。利用智能电网进行协调运行,能够实现双向的实时信息交换,更有利于提高电网的可靠性、电能质量和运行效率。

目前,英国政府鼓励家庭安装微型发电装置,如家用燃气热电联产装置。在利用燃料获得电能的过程中,通常需要先将燃料的化学能转换为热能。按照热力学原理,热能不可能全部转换为电能,发电过程必然产生副产品——热量。热电联产是对发电过程中产生的两种形式的能量——电能和热能均加以有效利用。家用燃气热电联产装置的典型运行方式是,将燃气转换为动力或直接发电,同时回收利用热能。因此,相对于大型发电设备而言,家用燃气热电联产装置的能源利用效率可以提高1倍左右。不过,目前英国家用燃气热电联产装置的安装数量仍然很少,还没有对英国电网运行造成明显影响。

与日本家用燃气热电联产机组主要采用内燃机为原动机的做法不同,欧洲的产品则更多使用外燃发动机为原动机,以斯特林循环为主,少量采用朗肯循环。采用外燃发动机的产品可以使用的燃料种类较多,维护工作量少,不少产品在10年或10年以上的使用期内无需维修。但是,这种产品的热电转换效率较低,通常为15%~20%,结合热利用措施后,一般热利用效率约为80%。2010年,德国大众和LichtbLick能源公司合作生产家用燃气热电联产机组,该产品最突出的特点是采用了先进的烟气冷凝热回收技术,热利用效率高达94%,机组的热电转换效率超过20%。大众公司和LichtbLick能源公司计划的年生产能力为1万台以上。

住宅能源管理系统

适应智能电网的家用电器与智能电网的互动是复杂而迅速的过程。一般情况下,用户不具备运行管理的专业知识,只能依靠家用电器的智能化控制功能实现响应的准确和敏捷。通常要求在基本不影响用户使用舒适性、便利性和使用习惯的情况下,实现家用电器与智能电网的互动。一般情况下,互动过程是在用户没有察觉的情况下完成的。显然,这与目前市场上宣传较多的、具有多媒体特征的智能家用电器不同。恰恰相反,适应智能电网的家用电器几乎不需要操作界面,更不需要多媒体界面,只需通过集中管理系统或其他操作界面就可实现对家用电器运行参数的设定和管理。

优化家用电器的运行管理以实现节能是近年来家用电器节能技术发展的主要方向,包括太阳能热水器与燃气热水器的联合运行,热泵系统与太阳能热水器或燃气热水器的联合运行,以及如何更经济地利用夜间电网负荷低谷时段价格低廉的电力。多种功能相同或相似的家用器具的集成配置,大大增加了用户的操作量。同时,由于存在运行优化的问题,用户更加难以应对各种复杂的操作。解决措施是将相关器具的管理装置实现信息交换,利用信息技术进行管理。因此,家电智能化要求集中管理,及时对各个末端的运行状态进行优化调节,最大限度提高住宅内各种耗能器具所构成系统的运行经济性,降低燃气、电力和热能消耗。智能化住宅管理系统(HEMS)是家用电器和家用燃器具等所有智能器具的集中管理装置,可以在一个操作界面上实现对所有器具的集中管理。

在成功开发具备利用网络进行信息交换的家用电器后,意黛喜公司与意大利帕尔马大学合作,开发用于家用电器联网的低成本电力线通信(PLC)系统方案。该系统基于智能适配器——一种把家电连接至网络的设备,具备了HEMS的主要特征。智能适配器内置通信节点(基于任何协议)和电表,位于家电和电源插座之间。通信节点确保住宅区域网(HAN)连接,电表则分析输入的电流,并产生与家电本身相关的有用信息(功能、统计、诊断和能耗)。与HAN的连接通过电力线调制解调器实现,可以是任何标准协议,包括IEE802.15.4(ZigBee)等ISM频段RF无线通信标准。相应的家用电器使用一种被称为“电源调制”的点对点技术与智能适配器通信。这种技术基于对内部负载的调制,电表会检测并解调该调制。智能适配器消除了白色家电的通信节点成本,但是这种产品的成本对于家电市场而言仍偏高,较难推广。

随着技术发展,HEMS的技术经济性趋于合理,并作为家用电器的新品种进入欧洲家庭。HEMS的主要功能是作为家用电器的上位管理装置,代替以往的操作人员监控家用电器。各种家用电器利用住宅内的信息网络通过HEMS进行信息交换。信息交换的范围不限于住宅内,也可以利用家庭网关与互联网相连,从而实现与外部的信息交换。

实现住宅能源装置的网络化管理,理论上可以利用通用的个人计算机(PC)安装相应的软件和数据交换接口实现。不过,作为一种专用的计算机系统,HEMS用于家用电器的运行管理更易于被消费者掌握。HEMS功能明确、性能可靠,对于消费者而言,只要通过智能电表接收电网管理中心的运行指令,就可以确定智能家电是否响应这些电力信息以及如何响应。同时,用户可以做到心中有数,清楚知道各种家电(连接在电力线网络上)的耗电量,而建立HAN通信意味着用户不再需要浪费时间陪着上门服务的技术人员检查故障元件或者软件。对于电力企业而言,不但能够远程控制并监视各住宅的实时用电情况,还能在电能损耗探测和出现偷电行为等特殊环境下,直接向用户发出电力报警信息。

英国移动通信公司正在开发推广智能分布式能量控制系统,利用智能移动电话远程操控家用燃气热电联产机组或其他家用电器。用户可以在回家前启动家用燃气热电联产机组,并根据市场价格决定是否发电。目前,利用智能移动电话作为HEMS的远程操作界面,几乎已经成为全球HEMS系统的标准配置。德国美诺公司已在鲁尔地区为数以百计的家庭提供可以远程监控、并根据不同时段电价设定开启时间的智能洗衣机。此外,美诺公司还开发了一种调节器,安装这种调节器后,老式家用电器也能达到一定程度的智能化。

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