雄安新区未来能源发展新模式
发布日期：2018/12/4
今年4月，随着雄安样板间工程——市民服务中心的封顶落成，入驻在此的河北雄安新区供电公司，凭借园区的综合能源服务项目、充放储一体化充电桩等，为人们展示了未来能源发展新模式，也展示出以建设“具有卓越竞争力的世界一流能源互联网企业”为目标的国家电网的视野与高度。雄安这片热土之上，能源创新层出不穷，让人们对未来住行模式充满期待。
清洁用能的低压直流屋
走进雄安新区容城县平安新区内一栋居民楼内的一间公寓，黑白简欧风的软装，让整个房间宽敞明亮，早已远程设定好的27摄氏度室温，让人感觉舒适。但更引人注意的是这个房间内和电有关的细节——圆形针孔状的插座孔、375伏和48伏的两台直流配电箱，标有低压直流标识的冰箱、空调、台灯……这些与大众家庭中不一样的细节，都透露着这套公寓暗藏玄机。
“这是一间低压直流生态化架构的样板间，这种针孔插座，是直流家用电器专用的。”雄安新区供电公司供电管理中心的专责张海龙一语道破玄机。
在雄安这样一座未来之城，为何要用低压直流及相关电器打造样板间呢？
“事实上，对用户侧而言，低压直流更符合潮流走向。”西安交通大学电气与工程学院教授吴翊告诉记者，在交流电与直流电争辩之初，因受制于变压器与断路器等技术水平，交流电在发电、输电和用电三个环节，都占据了优势。但是，近百年来，随着技术进步，尤其是清洁能源的发展，直流电的优势逐渐凸显。他举例道：“比如屋顶光伏产生的就是直流电，若家中使用低压直流系统，则可更便捷、更充分地使用清洁的光伏电。”
同时，随着用电侧技术的发展，用电设备的结构也早已悄然发生变化，例如空调、冰箱的压缩机都需将交流变直流变频后使用才可更加高效，电脑、电视等消费型电子产品使用的皆为48伏及以下的直流电。对此，吴翊以最常见的笔记本电脑举例，“笔记本电脑电源线上那个笨重的变压器，就是为了完成交流变直流这一转换的，也有损耗。可以说，家用电器基本上最终需要的都是直流电。”
在雄安市民服务中心规划展览馆南侧停车场的路边，低压直流公寓的剖析版——“绿能魔盒”内，吴翊的观点，一一得到了印证。
“绿能魔盒”是一个以集装箱为基础打造的展示版低压直流屋。硬件上，由光伏系统、储能系统、低压直流系统三部分构成。在内部，各式家用电器均为低压直流电器。墙外绝缘管内的线路以彩色LED呼吸灯示廓，让整个低压直流的线路走向与其生态架构更加直观明晰。
红色220伏的市电一入屋便经变流器柜变为了蓝色的375伏直流电，随后，蓝色的375伏直流线路兵分两路，一路经一块DC/DC模块，变压为绿色的48伏直流线路，行走于桌下墙脚；另一条未二次变压的375伏蓝色直流线路行走于整个展示间的顶角线位置，为空调、电饭煲、电磁炉等大功率电器供电。
“绿下蓝上，这样分工，就是为了让用电更加安全。”张海龙向记者介绍道，375伏直流电在实际使用中确实需要加强安全防护措施，但走桌子下端的48伏直流电不仅可满足大部分低压直流家用电器的使用需求，且这一级别的电压，不同于目前家用电器变压前用的220伏交流电，即使人体直接触摸，也无触电危险，可有效保护老人和儿童用电安全。记者现场尝试着触摸了通电的低压直流48伏插排上的“针孔”，确实感觉无任何不适。
“低压直流确实对清洁能源更加‘亲和’，此刻我们这间房间的用电，是优先使用的太阳能光伏发电。”中午时分，张海龙在“绿能魔盒”内介绍到，在用电大件空调非满负荷运行的情况下，光伏发电量已足够直流屋内家用电器正常使用，“这种模式将极大地促进分布式能源与清洁能源的发展。”
随着光伏发电量的攀升，记者发现连接屋顶光伏的直流线路开始流淌进门厅旁的磷酸亚铁锂电池储能柜中。“当光伏发电充盈时就会这样无缝衔接，将多余电量实时储存。倘若天气状况不好，光照不足，这个房间的‘大脑’——城市智慧能源管控系统‘CIEMS’将调用外部交流电源与储能装置中的储备电量。”张海龙告诉记者，低压直流生态化系统架构分为三个层级：用户级、社区级、园区级（城市级）。目前所做的低压直流屋属于用户级，凭借低压直流的优势及工程实践，雄安新区供电公司将在雄安构筑起低压直流生态系统，而这，或是世界上首次对此的尝试。
得益于“CIEMS”的“参与”，在那间简欧风格的低压直流公寓内，直流线路虽埋墙走线，但是在“CIEMS”家庭用能终端的APP上，不仅房内各式电器用电状况一目了然，甚至那些深埋墙内、看不见摸不着的“电况”，在系统内都一目了然——APP界面上分布着家居控制、家庭能效管理、智能配用电管理等管理模块信息。其中，在家庭能效管理这一子界面上，有着按时间线排列的柱状用电分析：有将各个房间各类电器都归纳入内的饼状用电构成分析，有配电箱内每一模块的开关运行状态，甚至对每个电器模块运行状态是否过温、过流、短路等故障都有着实时监测和显示。
无论是低压直流公寓还是“绿能魔盒”，城市智慧能源管控系统“CIEMS”都担当了中枢大脑的角色，对电源、储能、家电实现一体化管理，高效科学调配电能。这已不是“CIEMS”首次亮相，“绿能魔盒”所在的雄安市民服务中心的综合能源站所使用的也正是“CIEMS”，且涉及更多能源服务。
据张海龙介绍，未来，国家电网公司将在雄安打造“CIEMS”家族，既有服务于家庭级别的，也有服务于社区和园区级别的，更有服务于整个雄安新区的“CIEMS”，“他们将串联成为一个更大的能源管理生态系统”。
功能多元的电动汽车充电桩
雄安市民服务中心规划展览馆对面的停车场，凭借无人驾驶汽车、充放储一体化充电桩等，早已成为这里的焦点。就在本月末，在停车场西南角的B-211、B-212两个电动汽车车位又成为新亮点。
B-211车位上的一切似乎与周围其他常规电动汽车车位并无不同，但倘若打开充电桩外壳，就会发现它有两块计量电表——左边充电计量、右边放电计量。能充能放，便是这一车位上V2G充电桩最大的特点。V2G即Vehicle-to-Grid的简称，既能实现电网向电动汽车充电，也可实现电动汽车向电网反向送电，是电动汽车参与能源互联的核心技术。
在这一充电桩的箱体内，有着60千瓦的充电模块，用以吸收存储电量。该充电桩不仅可以实现电动汽车的安全有序充放电，还可自动参与电网能量调节，实现削峰填谷、经济充电、电网协同，保证电动汽车与能源体系的协调互动发展。
“比如，夜晚在电价低谷时可给汽车充满电，当白天汽车闲置时，可在电价高峰时自由选择将剩余电量‘卖’给电网，赚取差价。”张海龙说，通过相关手机APP，用户可设置差异化的充放电使用策略，在系统智能控制下自动实现低谷充电、高峰卖电。届时，电动汽车作为电网补充，可对电网负荷曲线进行削峰填谷。
在V2G充电桩紧邻的B212车位上，记者却未发现任何充电桩，而这正是该车位的亮点——深埋地下的无线充电装置。
为了更好地演示无线充电，它并未真正深埋于地下，而是罩于茶色的亚克力罩内，平放于车位上。记者看到，在车位尾部，一个无线充电控制箱凹陷于土内，一根地下预埋式电缆延伸至车位后半部分，与一小巧的四方形地面发射端连接。在发射端的上方，正是一辆无线充电汽车的车尾，在这辆电动汽车的后备箱内，记者看到了与发射端一般大小的接收端。
随着现场演示人员在移动控制终端APP上点下充电，无线充电控制箱内传出一声清脆的空开吸附的“啪嗒”声，车内仪表盘上的电量开始攀升。
“目前设备是演示版，只在蓝牙范围内受控制，日后联网使用APP操作，就可不受距离限制控制充电了。”在此负责演示的技术人员吴朝东对记者说道，“车就如同当前最流行的无线充电手机，充电桩就是给手机充电的底座。他的好处之一也如同手机无线充电一样——没有充电线，真正实现‘无尾化’。”
“这一特点，与雄安新区常见的无人驾驶汽车结合起来最棒了。”张海龙指着斜对面的百度无人驾驶车的充电桩说，“无人驾驶汽车，目前‘拴’人的环节便是充电，需要人为插拔电枪。”
同时，据吴朝东介绍，无线充电车辆无需特定生产，仅需车企对相关车辆的电池管理系统开放协议，在车底加装充电线圈即可，“小批量改造一周就能完成，大批量改造，仅需出厂调试、预制，效率更高。同时，充电桩的安装也很快，基本仅涉及土方工程。”
“长远来看，无线充电技术可连点成线，形成无线充电公路，而这将对电动汽车产业产生巨大影响——因可随时充电，电池体积可缩小，车体重量减轻，而电池又是电动汽车中成本的大头，即，电动汽车成本将降低，新能源汽车将得到更好的发展。”张海龙对此畅想道。而在明年，雄安新区供电公司还将在雄安实现哪些创新应用，同样值得期待。
来源:国家电网报 作者:侯帅
