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隔壁的城市

維也納正計劃建造一座在樓宇系統(tǒng)與供電系統(tǒng)之間實現(xiàn)互聯(lián)互通，從而發(fā)揮協(xié)力優(yōu)勢的城市。其愿景是：世界的富有生命力的實驗室，可對未來城市所需的節(jié)能增效技術(shù)進行優(yōu)化。

Aspen項目旨在試驗?zāi)軌蛟谖磥沓鞘袑崿F(xiàn)*能效的技術(shù)。

乍看之下，要在這個位于奧地利維也納東北部郊區(qū)的荒廢機場上修建一座實驗室，可能有點令人不可思議。但話又說回來，這座實驗室將需要大量的活動空間——事實上，需要足以供約2萬人使用的寬敞空間。這是因為，這座“實驗室”將是一座城市——或許是有史以來建造的*座可供科學(xué)家和城市規(guī)劃師研究如何優(yōu)化樓宇系統(tǒng)、可再生能源發(fā)電系統(tǒng)、地方配電網(wǎng)絡(luò)以及整個電網(wǎng)之間的相互作用，從而最大限度地提高能效，并降低總能耗的城市。（在中國天津，西門子還參與了另一個大型城市基礎(chǔ)設(shè)施項目。）

對于世界各地的城市而言，Aspern將具有重要意義，因為要想在遏制氣候變化的戰(zhàn)爭中贏得勝利，就需要在能耗和溫室氣體排放量分別占全球總量的75%和85%的城市中開戰(zhàn)。

“Aspern——維也納的城市湖畔” ，這座占地240公頃的實驗室，是歐洲最大的開發(fā)項目之一。盡管如今除了一個地鐵站和一棟已竣工建筑物之外，這里還是一片荒蕪，但到2015年年初，將有望建成3420套公寓、部分校園和宿舍。按計劃，到2028年，Aspern將擁有約8500套公寓、2萬個工作崗位、一所商業(yè)學(xué)校和一個研究中心——從所有這些地方，搭乘地鐵僅需25分鐘便能抵達維也納市中心。

Aspern并不只是一個大型房地產(chǎn)開發(fā)項目那么簡單。使其在遍布全球的數(shù)十個大型項目中獨樹一幟的是一份協(xié)議，一份由維也納市政府、當?shù)仉娏荆╓ien Energie）和西門子于不久前簽訂的、為期5年、斥資約4000萬歐元，共同成立一家合資企業(yè)（JV）的協(xié)議。西門子是參與該項目的個工業(yè)合作伙伴。西門子中央研究院（CT）研究與技術(shù)中心負責人Wolfgang Heuring博士透露，事實上，一個由西門子中央研究院以及西門子基礎(chǔ)設(shè)施與城市業(yè)務(wù)領(lǐng)域的智能電網(wǎng)集團和樓宇科技集團牽頭的聯(lián)合研究計劃，主張將這座城市變成一個“富有生命力的實驗室”。他說：“Aspern為有助于實現(xiàn)節(jié)能增效和可持續(xù)城市發(fā)展的技術(shù)集成解決方案，提供了一個試驗臺。對于西門子以及對于我們的研發(fā)活動而言，通過實地試驗來掌握技術(shù)集成方法，極其重要。”

同樣，這個項目也是維也納市政府的頭等要事。維也納市政府已經(jīng)做出承諾，要最大限度地減輕其環(huán)境影響，同時提升人們的生活質(zhì)量。Marc H. Hall是維也納市政服務(wù)企業(yè)Wiener Stadtwerke控股股份公司的執(zhí)行委員會成員，主要負責能源、研究、技術(shù)和創(chuàng)新等事務(wù)，他表示：“我們想要著手應(yīng)對未來的能源需求，其關(guān)鍵在于采用智能能源管理系統(tǒng)和智能家庭解決方案，以及如何將諸如集中供暖等傳統(tǒng)解決方案與新的分布式解決方案整合起來。”

雖然已經(jīng)在宜居城市指數(shù)排行榜上高居首位，同時也在“全球十大智慧城市”排名中名列前茅，維也納仍然希望進一步減少其對環(huán)境的影響。但是，要以意味深遠的方式實現(xiàn)這一目標，要求維也納客觀地評判其當前的能效水平，這是為日后的進展監(jiān)測所做的初步準備。西門子中央研究院可持續(xù)發(fā)展城市技術(shù)創(chuàng)新項目負責人Bernd Wachmann博士解釋道：“為此，必須克服數(shù)據(jù)源分散的問題。必須從樓宇自控系統(tǒng)收集不同類型的數(shù)據(jù)，將之與當前及預(yù)測天氣信息相合并，進行數(shù)據(jù)整合。這種數(shù)據(jù)預(yù)測理念為實現(xiàn)實時優(yōu)化和決策支持奠定了基礎(chǔ)。”

建筑物會說話。這正是西門子想要在Aspern項目中實現(xiàn)的目標。西門子打造了一個三合一解決方案包，其中包括適用于智能樓宇的電源管理解決方案；面向低壓電網(wǎng)的解決方案——即將電能從變壓器輸送至單獨樓宇和公寓的配電網(wǎng)；以及用于管理“大數(shù)據(jù)”的解決方案，包括建立城市數(shù)據(jù)中心。與幾乎所有其他大型城市開發(fā)項目不同的是，在Aspern項目中，這些系統(tǒng)的所有組件都必須能夠分享數(shù)據(jù)，而不論其制造商是誰。

僅這一條技術(shù)規(guī)范要求就使得Aspern項目要采用全新的采購流程。Vesna Mikulovic負責對西門子樓宇科技集團在歐洲開展的各個試點項目進行戰(zhàn)略協(xié)調(diào)，她表示：“在建造一座智慧城市時，如果試圖采用陳舊的招投標制度，那么，將永遠不可能實現(xiàn)服務(wù)集成。最終將不得不采購盡管廉價但卻無法相互通信的組件。在Aspern項目中，我們采取的做法是，摒棄孤立方式，著眼服務(wù)集成需求，制定新的業(yè)務(wù)規(guī)則。簡而言之，集成是我們在大型城市開發(fā)項目中面臨的最嚴峻的挑戰(zhàn)。”

但是，攻克這個挑戰(zhàn)需要付出代價，至少就初始資本支出而言。正因如此，Aspern合資企業(yè)承擔了常規(guī)組件與智能組件的成本差價，以及安裝諸多可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的成本，同樣也是出于這個原因，將僅在幾棟具有代表性的樓宇安裝可再生能源發(fā)電系統(tǒng)。因此，為了盡可能多地掌握關(guān)于節(jié)能增效的知識，Aspern合資企業(yè)將支持安裝不同的技術(shù)“混搭”解決方案，這些技術(shù)從光伏太陽能電池板和熱泵，到各式各樣的蓄能解決方案，不一而足。一個經(jīng)專門設(shè)計，可以最大限度地降低能耗，同時最大限度地提高成本效益的電源管理系統(tǒng)，將實現(xiàn)本地用電設(shè)備、發(fā)電設(shè)施和蓄電裝置等的集成和協(xié)調(diào)控制。這些建筑物中的供暖系統(tǒng)及其他主要用電設(shè)備、樓宇自控系統(tǒng)，有時甚至包括家用電器等，都將配備傳感器，用于追蹤其電能使用情況和能效。經(jīng)樓宇住戶在租房或購房協(xié)議中明示同意，將通過標準化雙向通信，與電力公司交換選定信息，如樓宇負荷預(yù)測。此外，將為Aspern建設(shè)一個嶄新的低壓電網(wǎng)，這給了Aspern合資企業(yè)一個的機會，可以為這個電網(wǎng)配備一個傳感器網(wǎng)絡(luò)，以便實時測定其性能。最終，得到的所有數(shù)據(jù)將被傳送至城市數(shù)據(jù)中心。智慧城市業(yè)務(wù)高級經(jīng)理Monika Sturm博士將負責協(xié)調(diào)西門子中央研究院的Aspern項目，她說：“總而言之，通過分析能效最高的技術(shù)組合及其對最終用戶行為的影響，我們希望這個*的IT基礎(chǔ)設(shè)施組合能幫助我們從優(yōu)化目標的角度，理解這些基礎(chǔ)系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)。”

然而，理解這些關(guān)聯(lián)，將提出詮釋方面的艱巨挑戰(zhàn)。Sturm說：“我們將需要挖掘這些信息的深層含義。”她指出，從根本上講，監(jiān)測低壓電網(wǎng)是一個新的研究領(lǐng)域。“一旦*批樓宇的住戶入住并且配套系統(tǒng)投入運行，我們將立即開始評估其生成的數(shù)據(jù)，以便理解對電網(wǎng)和樓宇都有影響的各種變量和因素之間的關(guān)系。”這反過來又要求開發(fā)能夠理解這些新數(shù)據(jù)的專門算法。由此得到的信息將特別重要，因為計劃要求對可再生能源發(fā)電系統(tǒng)進行高度集成。Sturm表示：“我們需要知道在不斷變化的天氣條件下，所有這些在不同組合中運行的系統(tǒng)是如何影響電網(wǎng)和樓宇的。這樣的研究將帶領(lǐng)我們走向預(yù)測優(yōu)化，甚至進一步提高能效。”

本地發(fā)電。Aspern的“富有生命力的實驗室”理念包含了許多的特性，其中一個特性是，其電網(wǎng)的成本效益將不再基于經(jīng)典的需求響應(yīng)系統(tǒng)。智能樓宇技術(shù)專家Mikulovic表示：“我們的目標是盡可能地提高本地發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量，并借助本地蓄電裝置，盡可能多地使用本地發(fā)電系統(tǒng)生產(chǎn)的電能。然后，正如我們所看到的，下一步是與智能低壓電網(wǎng)進行交互。一旦做到這一步，樓宇與電網(wǎng)之間的協(xié)調(diào)將變得簡單許多。”

Mikulovic解釋道，在配備了Aspern合資企業(yè)提供的節(jié)能增效解決方案的樓宇中，樓宇管理系統(tǒng)將協(xié)調(diào)從光伏發(fā)電或太陽能發(fā)電系統(tǒng)供應(yīng)給樓宇熱泵的電能。她解釋道：“要實現(xiàn)這一點，需要進行預(yù)測以及管理發(fā)電和蓄電。所有這一切構(gòu)成了一個艱巨的樓宇級數(shù)據(jù)集成挑戰(zhàn)，因為要分析不同的發(fā)電方案組合。”

西門子中央研究院智能電網(wǎng)核心技術(shù)計劃項目經(jīng)理Robert Simon表示：“Aspern將是智能電網(wǎng)的一個非常重要的佐證。”他指出，如今的樓宇已經(jīng)是多模態(tài)系統(tǒng)，因為這些樓宇已經(jīng)集供電、燃氣和供暖/制冷等多個系統(tǒng)于一身。“我們的智能電網(wǎng)解決方案從電網(wǎng)入手，然后逐步將樓宇和電廠集成到電網(wǎng)中，最終目標是提升多模態(tài)電能系統(tǒng)在智能電網(wǎng)中所起的作用。因此，Aspern是將我們新近取得的開發(fā)成果帶入現(xiàn)實世界，并預(yù)期新的市場要求的理想之地。”

西門子的Gerald Murauer是Aspern合資企業(yè)的負責人，他說：“我看到了回報。這個回報是知識，是原型應(yīng)用，是智慧城市理念確實可行的論證。假設(shè)這個理念是可行的，那么，其中涉及的西門子技術(shù)將受益匪淺，包括樓宇自控系統(tǒng)和電能自動化系統(tǒng)，智能電網(wǎng)技術(shù)，以及將所有這些系統(tǒng)集成起來的能力。”

Arthur F. Pease

城市與居民：系統(tǒng)集成帶來的益處

將以往彼此獨立的系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)整合起來，將令城市及其居民的生活發(fā)生怎樣的改變？答案是：緩慢而又深刻的轉(zhuǎn)變。不妨試想，在維也納Aspern社區(qū)的一棟擁有100套住房的公寓樓內(nèi)，通過整合其眾多系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)，可以最大限度地降低每一套公寓的能耗和二氧化碳排放量。譬如，在寒冷的冬季午后，早在日落西山，氣溫下降之前，由蓄電池供電的熱泵可使蘊含了熱能的井水在公寓樓內(nèi)循環(huán)，從而實現(xiàn)供暖。這些電池已經(jīng)在白天——或者這個星期的早些時候，由大樓屋頂?shù)墓夥l(fā)電系統(tǒng)充滿電。此外，公寓樓的樓宇自控系統(tǒng)將根據(jù)溫度預(yù)測、人體感應(yīng)傳感器數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)等，協(xié)調(diào)這整個過程。公寓樓住戶將參加從降低大樓總能耗的角度出發(fā)，激勵個人最大限度降低能耗的計劃——這也是西門子的研究項目之一。隨著時間的推移，這棟公寓樓將學(xué)會如何最大限度地降低其總能耗——數(shù)十座其他設(shè)施也將學(xué)會這樣做——并與低壓電網(wǎng)分享信息。西門子的Gerald Murauer是Aspern合資企業(yè)的負責人，他說：“由此得到的信息有望幫助實現(xiàn)節(jié)能增效、保護環(huán)境以及形成專門技術(shù)，從而造福于世界各地的城市。”事實上，這座新城的一個重要組成部分，同時也是這座城市的*棟建筑物，是“aspernIQ技術(shù)中心”。這是一座經(jīng)專門設(shè)計，為初創(chuàng)企業(yè)提供辦公場所的Energy Plus設(shè)施。Murauer補充道：“我們預(yù)計，從Aspern項目中收獲的知識，將掀起一陣智慧城市創(chuàng)業(yè)潮。”

城市亦將有“大腦”

西門子中央研究院（CT）的科學(xué)家希望讓城市像電機一樣平穩(wěn)運行。為了降低能耗和二氧化碳排放量，同時改善人們的生活質(zhì)量，他們正在試驗一個名為“城市智能平臺”的可靈活擴展的高性能數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)。這個平臺可以處理各式各樣的系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)，包括公寓樓、電廠以及交通、供水、照明等基礎(chǔ)設(shè)施等等。目前，正在意大利米蘭和羅馬尼亞Timisoara試驗，如何利用這個平臺的組件，通過集成城市供水管網(wǎng)和發(fā)電基礎(chǔ)設(shè)施等輸出的數(shù)據(jù)，減少漏水量和最大限度地降低耗電量。此外，正在德國柏林、意大利Rovereto和芬蘭坦佩雷發(fā)起旨在優(yōu)化交通的試點項目。

這樣的項目有望產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，從這些數(shù)據(jù)中可以形成新的知識。西門子中央研究院可持續(xù)發(fā)展城市技術(shù)創(chuàng)新項目負責人Bernd Wachmann解釋道：“隨著數(shù)據(jù)傳入城市智能平臺，數(shù)據(jù)分析算法將能夠?qū)崟r評估遍布城市的各種系統(tǒng)的運行情況。”該平臺的長期愿景著眼更遠。平臺項目經(jīng)理Christian Schwingenschlogl表示：“可以預(yù)見的是，由此將產(chǎn)生某種數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)。它就像一個自然系統(tǒng)，其中每個組成要素都將具備反饋循環(huán)，因此，這個系統(tǒng)——以及最終整座城市——都能在自然能源限制范圍內(nèi)進行自我調(diào)節(jié)。”

城市智能平臺由一組可適應(yīng)城市*要求的模塊化程序構(gòu)成，可以從多種不同的基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)，將之轉(zhuǎn)換為標準化格式，并在這些數(shù)據(jù)之間建立關(guān)聯(lián)，以及將這些數(shù)據(jù)與諸如天氣預(yù)報和歷史數(shù)據(jù)模式等其他信息相結(jié)合。Wachmann指出，其結(jié)果是可清晰明了地了解各種城市活動過程，從而為節(jié)約資源和節(jié)省資金開啟了機會之門。

Arthur F. Pease

美國空軍學(xué)院大幅降低能源成本

據(jù)美國能源信息署日前發(fā)布的研究報告稱，到2035年，全球能耗增幅將超過50%。為了積極應(yīng)對這一趨勢，西門子中央研究院與波音能源結(jié)成戰(zhàn)略聯(lián)盟，提出了一個采用西門子高級樓宇自控和能源管理技術(shù)的解決方案，有望將樓宇能耗降低40%，將峰值負荷降低25%。西門子與波音攜手加州大學(xué)伯克利分校及KEMA服務(wù)公司，為位于科羅拉多州的美國空軍學(xué)院部署西門子智能樓宇管理系統(tǒng)。這個系統(tǒng)經(jīng)專門設(shè)計，可無縫集成單獨控制的樓宇及樓宇子系統(tǒng)，從而最大限度地降低總能耗。

位于新澤西州普林斯頓的西門子美國研究院自動控制技術(shù)領(lǐng)域研究小組組長Yan Lu博士解釋道：“較之當前市場上現(xiàn)有的系統(tǒng)，西門子智能樓宇管理系統(tǒng)是一個面向用電設(shè)備和供電系統(tǒng)的集成化程度更高的解決方案。現(xiàn)在，可以將曾經(jīng)由多家廠商提供的不同服務(wù)，整合到一個更為精簡的系統(tǒng)中，打造出涵蓋整個園區(qū)的優(yōu)化動態(tài)節(jié)能解決方案。”通過將不同的子系統(tǒng)和樓宇集成到一個統(tǒng)管全局的能源監(jiān)測和控制系統(tǒng)中，智能樓宇管理系統(tǒng)可以順應(yīng)內(nèi)部及外部環(huán)境的變化，為一棟樓宇或一個建筑群做出能源管理決策。雖然大多數(shù)系統(tǒng)都依賴于靜態(tài)編程和設(shè)置，但智能樓宇管理系統(tǒng)利用了創(chuàng)新動態(tài)決策流程，以便實現(xiàn)根據(jù)天氣和占用情況的變化，提高能源利用效率。而根據(jù)動態(tài)電價作出相應(yīng)調(diào)整，還能進一步節(jié)省電能。目前正在開展深度能效和微型電網(wǎng)級需求響應(yīng)試驗項目。