欧盟委员会20/20/20计划声称，到2020年温室气体排放量将削减20%，可再生能源使用和能源效率将增加20%。去年，丹麦议会通过了一项雄心勃勃的计划：到2020年可再生能源的供应量要满足整个丹麦总能源需求的35%，并在2050年达到令人难以置信的100%需求。这一目标真的能达到吗？
圣诞夜，玛雅·本特森（Maja Bendtsen）和她的丈夫蜷缩在沙发上看电视。突然，整个房间停电了。“灯光短暂地闪烁一下，随后一切变得漆黑，”本特森回想道。
他们往窗外一瞥，整个小区一片漆黑。通过电话得知整个博恩霍姆岛都没电了。本特森是丹麦博恩霍姆岛上的θstkraft能源公司的一位工程师，她从心理上排除了停电根源：这并不是一个特别繁忙的夜晚，圣诞庆典主要专注于午餐的制作，天气也并不是特别地寒冷或是有暴风雨。
然而，她想到了一件事情，这让她的心为之一沉。在给能源公司控制室打电话后证实了她的猜疑：一艘航行在博恩霍姆岛和瑞典之间的船，其锚切断了铺设在波罗的海的狭窄航道中的海底电缆。这条海底电缆是博恩霍姆岛唯一的外部电力来源，通常需要花费超过六周的时间才能把电缆修好。
Ecogrid EU落户博恩霍尔姆岛
令人难以置信的是，这是十年来发生的第四次事故。“我们几乎已经习惯了，”本特森说。她所说的“习惯”并不是“听之任之”的意思。在过去的十年中，θstkraft能源公司已经建立了一些列令人印象深刻的可再生能源，诸如风能、太阳能以及生物能。现在，这些可再生能源能够满足岛上四分之三的用电需求量。博恩霍姆岛已经转变成实施新能源想法的一个活生生的实验室了。
现在它正在采取最终步骤，那便是正在开展的全世界最先进的智能电网之一――欧盟智能电网项目（Ecogrid EU）。该项目将历经四年、耗资2 100万欧元，部分资金来自于欧盟。项目旨在展示如何在未来生产（分配和消耗电力），尽管任何智能电网都能够跟踪到电力供应、需求以及其他信息，但博恩霍姆岛是率先使用智能电网的地区之一，在岛上，每个家庭消耗的电能都能够应对实时电力市场的价格变化，有助于平衡供应中突然出现的波动。这些波动不可避免地伴随着风能和太阳能的使用。
正如博恩霍姆岛所做的一样，包括丹麦在内的欧洲其他国家也开始尝试这样的智能电网。这也是Ecogrid EU正在寻求的答案。拥有41 000常住居民的博恩霍姆岛选择智能电网并非偶然，小岛每年吸引成千上万名游客，但它不仅仅是一个度假目的地，包括渔业、乳品业以及工艺美术都在支撑着岛内经济，并给岛上的能源公司带来了商机。
绿色电网：博恩霍姆岛只有41 000常住居民，现在它却拥有全世界最先进的智能电网之一，有助于多元化能源组合的操作，包括风能、太阳能、生物能以及传统的煤炭和柴油
“我们就像是丹麦的一个缩影，”本特森说，“我们正处于丹麦未来电力系统的一幅画卷之中。”通过研究高科技电网是如何帮助这座小岛应对可再生能源的挑战，Ecogrid EU的组织者希望从中发掘用于更广阔世界的更多素材。
博恩霍姆岛在丹麦人的心理上一直占据着特殊的位置。根据当地传说，当上帝要结束他的创造之时仍然留下了一些天堂的碎块，并把这些碎块扔到了波罗的海，于是便造就了博恩霍姆岛。在中世纪，另一则故事是，丹麦国王们把他们的情妇隐藏在岛中大片的森林之中。今天，欧洲人在夏季聚集到博恩霍姆岛是为了享受它的美丽沙滩、明媚的阳光，当然还有这里大片的森林。
可再生能源助力“孤岛电圈”
然而，对于雅各·厄斯特高（Jacobθstergaard）来说，博恩霍姆岛最吸引他的地方并不是沙滩和阳光，而是那些麻烦的海底电缆，或者说是这些海底电缆需要他这位电力工程师做些什么。厄斯特高是丹麦技术大学的一位电气工程教授，他参与了博恩霍姆岛许多电力项目的研究，包括Ecogrid EU。他解释道，通过把博恩霍姆岛的电网输入到那些被称为孤岛模式的电圈中，会成为具有挑战性的运作以及吸引人的研究。去年，为了实时监测博恩霍姆岛电网，他和同事甚至在丹麦技术大学内建立了一个岛上能源公司控制室的“副本”。
在刮风的日子里，博恩霍姆岛的风力涡轮机能够提供多达30兆瓦的电力，超过了小岛高峰负荷55兆瓦的一半以上。然而，风的可变性和不可预测性可以对电网的稳定性造成破坏。举个例子，如果风突然停止了，那么电力供应就会降到需求以下，便会导致电网50赫兹频率同步下降。超过十分之一赫兹的上升或下降便会引发恐慌，厄斯特高说，如果它进一步地失常――比如说变成了47赫兹――那么就会触发停电。
类似这样的事情发生在2009年9月17日，当时电网维护关闭了海底电缆。为了保持电网平衡，同时也开始关闭风力涡轮机。中午11:25，随着电网频率稳定地徘徊在50赫兹，一切都恢复了平静。11:26，六台风力涡轮机被打开了，在接下来的几分钟内，它们供应了整个岛用电量的15%。
但随着风力发电的飘忽不定，电网的频率也开始变得飘忽不定，能源公司和丹麦技术大学的专家们迅速介入，在提升该岛传统发电机产能的同时，把风力发电减少到10%，直至频率返回到正常值。
在孤岛模式上，前后几十个实验证实了博恩霍姆岛的网格可以承受风力发电量的约15%的上限。或多或少，电网都有风能和太阳能发电作为补充，传统的“峰荷”发电机转而借助可再生能源的发电来弥补不足。一些电网运营商因此把电能储存在抽水蓄能电站或工业级电池中，但后者并不经济，前者也只能用在特定的地方。
制定统一的标准显然很重要
随着需求的提高，与增加发电量相反，如果削减需求量又将会怎样呢？回答这个基本问题则是Ecogrid EU项目的核心问题。其实，智能电网的核心并不是证明博恩霍姆岛的电能供应能否独立。事实上，它已经可以独立供能了：目前岛内产能约50兆瓦，其中包括传统的燃煤和柴油发电机、36台风力涡轮发电机、屋顶光伏发电，以及几个分布在农村的以木屑和秸秆为燃料的生物能电厂。那次圣诞夜停电持续了几个小时，而这几个小时正是这些工厂联机的时间。
然而，这样的发电方式是昂贵的。博恩霍姆岛因此在电价便宜时通过通往瑞典的电缆从北欧电网购买电能，当电价高时再卖出。通常地，电能交易往往是在公共事业层面上进行的，而Ecogrid EU能够满足个体家庭的需求，因此吸引了小型企业成为市场的参与者。
但是，当电力需求和价格很低的时候，如何均衡地消费电能？本特森认为，只要当价格发生变化时，即时给人们发送文本信息即可，但这很快会变得非常烦人。厄斯特高说：“举个例子，当价格低时，每个人都想给他们的电动车充电。如果太多的人这样做，就会在电网最薄弱的环节中造成拥堵。”
Ecogrid EU迄今在大约1 200户家庭和100个商户安装了智能电网控制器。自4月份开始，这些控制器已经收到一个基于北欧电力市场部分电价的连续数据流（包括丹麦、芬兰、挪威和瑞典）。这些控制器与指定电器进行无线通信，（在一天的时间内）根据诸如电流、天气、当前或未来的市场价格等因素，决定是否打开或关闭每一个开关。
起初，该项目组织者设想针对包括洗碗机、洗衣机、冰箱、电视、电灯等家用电器制定统一的自动化标准协议。无奈这些电器已经上市多年，各种标准一时难以统一，洗碗机可以同多个域网交谈，冰箱可以同智能建筑控制系统进行对话，因此，彼此之间并不能轻易地理解。
制定统一的标准显然很有必要。本特森说：“想象一下，为了买一个洗碗机，你不但要考虑它的体积、颜色、耗电量和用水量，同时还要参阅说明书。如果你是工程师，那没有问题，但对于一般人而言，我们需要制定某种标准便于他们不必考虑这些事情。”
Ecogrid EU力图使事情变得简单
Ecogrid EU正把这些事情变得简单，开始与一些拥有电加热系统和热泵的家庭进行交易：在700户这样的家庭中，电加热系统直接使用苏黎世的IBM实验室研发的算法来控制，每户家庭的热模型根据用电模式以及窗户和墙壁的大小等因素被创建出来。IBM实验室的智能电网项目主管迪特尔·加藤宾（Dieter Gantenbein）说。
“如果为了让你的猫出入方便而把窗户打开，那么你的参数就会同那些窗户紧闭的住户有所不同。”接着加藤宾补充道，根据这个加热模型，“我们有一个关于如何向上或向下节流热泵的规划策略，能够决定这座房子的电力灵活性。”在博恩霍姆岛上大约100家企业都装备了同样的设备。
还有大约500户家庭被视作一个单一电力的消费单位，西门子丹麦子公司正在协调这部分智能电网。剩下参加该项目的1 900户家庭――大约占岛上的十分之一――只是获得智能电表，意在给他们提供关于电力消耗和市场价格的精细信息，但不会控制他们使用电能。
有趣的是，Ecogrid EU的参与者并没有被告知预计电费减少的可能性，这样做的部分原因是应对大家的期待。丹麦或其他国家的研究证明，人们从节能处获得的收益通常并不足以改变他们的行为。这就是说，在博恩霍姆岛上不缺节能自愿者。
在哥本哈根，丹麦技术大学的研究人员能够实时监测博恩霍姆岛的电网情况
“丹麦人采取接近他们内心的环保方式，”加藤宾说，“他们仔细地加热，并关上房门，通过使用不同的技术或约定，非常热情地参与到这样一个雄心勃勃的项目中去。马丁·K·汉森（Martin Kok-Hansen）就是这样一个狂热者。他和他的家人生活在伦讷北部边缘的一座单层砖结构房子里，也是最早在博恩霍姆岛注册智能电网的人之一。“未来，我们不会有那么多的电能，”他说，“并且我的儿子也会有孩子。他们要去哪里获得电能呢？”
现在，汉森车库的墙上有一个兰吉尔（Landis+Gyr）智能电表，洗衣房有一个可以开启或关闭电暖气的小型继电器和阅读器，起居室有一个数字温控器，这三个装置能够同“网关”控制器和路由器进行无线通信，“网关”控制器和路由器又可以通过互联网同公共事业公司连接。包括网关和大多数其他硬件，还有家庭通信以及终端用户的网络服务，是由一个总部在美国加州的叫做“绿波实体”(GreenWave Reality)的公司所设计。
像其他的参与者一样，汉森能够设定自己房子的冷、暖极限。“如果房间里的温度是21摄氏度，那么这些被设定好的设备就会自动关闭热源，继而温度会降至18摄氏度。”他说。这要比常温低两、三度，但是他认为自己应对得了。“或许过一会你就要穿上一件毛衣。站在刚装修好的厨房里，通过放在黑色花岗岩台面上的笔记本电脑，汉森登陆到他在博恩霍姆岛能源公司网站上的账号。他能够实时看到自己使用电量的多少。
博恩霍姆岛拥有大约200个实验性瓶装饮料冷却器，这些瓶装饮料冷却器配备了特殊的控制器，便于它们可以应对电网频率的变化而自动关闭或打开
“现在我使用了1 200瓦的电，”他指向博恩电脑屏幕说，“但当你把这个打开”――他走向墙壁开启了嵌壁式卤素灯――“用电量就会上升。”果然，几分钟内，电脑屏幕上显示的用电量在快速攀升。这是因为卤素灯泡是50瓦，而厨房有16盏卤素灯泡。按现行费率计算，一度电大约需要2个丹麦克朗，或者35美分。如果这些灯每天开启4个小时的话，一年他要交纳500美元。他计划不久就把这些灯泡换成节能萤光灯或LED灯。
或是一个全新生活方式的开始
离伦讷中央广场不远的超市在星期六下午挤满了人，一位年轻人站在一台冰箱前，拿出几瓶啤酒放入购物车。他不用阅读贴在冰箱上的说明书，也不用抬头去看冷却器上的鞋盒般大小的设备。他或许不清楚这台冰箱是特殊的（实验性瓶装饮料冷却器，这些冷却器配备了特殊的控制器便于应对电网频率的变化而自动关闭或开启），在博恩霍姆岛有大约200台这样的冰箱。
两年以前，丹麦技术大学的研究人员改进了冷却器，以至于它能直接监测电网频率。厄斯特高解释道。在一系列的实验中，他的小组证明了当频率下降超过十分之一时，这些冷却器能通过编程自动关机，而当频率稳定时又可以自动开启。“如果只是一个小的频率变化，那么只需少数的冷却器关闭，”他解释道，“但发生大的频率波动的话，所有的冷却器都将被关闭。”
为了有助于平衡电网、冷却器、热泵和其他电器已经运行了相当一段时间了，厄斯特高说，只是在过去十年左右的时间里它才变得经济可行。“目前，每台冷却器都配置一个带有控制器和处理器的恒温器，你可以随时对它进行设置。”鉴于被连接到Ecogrid EU的加热系统能够对市场价格做出反应，这也是对电力供需之间的一种间接测量，如博恩霍姆岛的瓶装饮料冷却器能够探测到自身电网的变化并及时作出应对。
厄斯特高说，这两种方法都有用，“从秒、分到日和年，在所有时间尺度上平衡电网是很重要的。”通过使用信息技术在战略上把需求量而不是供应量平衡到标准水平，智能电网便能够创建一个更高效的网络。“毕竟移动比特和字节要比移动安培便宜得多。”
至于丹麦或其他欧洲国家能否满足他们崇高的能源目标，厄斯特高并没有做答。“有目标是件好事，”他说，“我不知道我们是否会成功。如果没有这样的项目，那么就一点机会也没有了。”
资料来源 IEEE Spectrum
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