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*熄滅的明燈
在美國,西門子正在幫助打造能夠更好地應對颶風、熱浪和干旱等極端天氣事件的更加強健的電網(wǎng)。歸功于的智能電網(wǎng)管理系統(tǒng),現(xiàn)在,當電網(wǎng)發(fā)生故障時,輸電線路切換可以在轉(zhuǎn)瞬之間自動完成。
PJM Interconnection是美國最大的電網(wǎng)運營商。這家公司負責向賓夕法尼亞州、新澤西州、馬里蘭州、哥倫比亞特區(qū)以及其他10個州的超過5800萬客戶輸送電力。然而,2012年10月下旬,PJM公司遭遇了一場嚴峻挑戰(zhàn):颶風“桑迪”。這場風暴朝著北大西洋海岸一路奔襲,裹挾著時速高達150公里的狂風,以摧枯拉朽之勢肆虐紐約市、新澤西州和賓夕法尼亞州,所到之處,無不一片狼藉。
PJM公司面臨著重大危險,因為它負責將1300多座電廠生產(chǎn)的電力輸送給眾多區(qū)域供電企業(yè)。如果電力供應中斷,地方電力公司的客戶將陷入名副其實的黑暗之中。事實上,颶風“桑迪”造成了巨大損失。800萬住戶停電,其中500萬住戶在PJM Interconnection輸電網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域內(nèi)。超過140條高架輸電線路和變電站慘遭損毀,直到數(shù)個星期之后,才全面恢復供電。
2013年7月,美國能源部發(fā)布了一份報告指出,未來,美國不僅會面臨更多風暴,而且將遭遇越來越多的洪災、熱浪和干旱。對于包含超過9200座發(fā)電站和近50萬公里高架輸電線路的美國電網(wǎng)而言,這將帶來尤為嚴重的影響。
其后果已經(jīng)顯現(xiàn)。在干旱的美國西南部地區(qū),電廠經(jīng)常因沒有足夠的冷卻水,不得不降低發(fā)電量。此外,運河水位偏低,使得運載石油或煤炭的船只只能緩慢前行。一方面,不斷上升的氣溫導致電網(wǎng)性能下降,另一方面,猛烈的風暴不僅令墨西哥灣的鉆井平臺陷入癱瘓,而且,從弗羅里達州到緬因州,一路摧毀了多條輸電線路。隨之發(fā)生的洪災不僅沖垮了房屋,還摧毀了變壓器和輸電線路。出于這些原因,美國能源部認為,必須增強電網(wǎng)的防御能力,以抵御惡劣天氣帶來的影響。
借助西門子的解決方案,像PJM Interconnection(上圖)這樣的電網(wǎng)公司可以在電網(wǎng)發(fā)生故障時自動切換輸電線路,確保為客戶持續(xù)供電(下圖)。
PJM Interconnection的看法與此相同。2011年11月,PJM公司安裝了一套由西門子提供的電力管理系統(tǒng)。借助這個經(jīng)專門設計的電力管理系統(tǒng),哪怕出現(xiàn)故障,PJM公司也能全面了解并控制電網(wǎng)。這個系統(tǒng)配備兩個可同時管理電網(wǎng)的控制中心。如果其中一個控制中心發(fā)生故障,或在緊急關頭通信中斷,那么,另一個控制中心可以繼續(xù)獨自管理電網(wǎng)運行。當颶風“桑迪”襲來時,這套系統(tǒng)正是這樣工作的,因此,PJM能夠隨時掌握輸電網(wǎng)絡的情況。
這個創(chuàng)新電網(wǎng)管理系統(tǒng)采用了西門子基礎設施與城市和PJM Interconnection共同開發(fā)的一個集成式平臺。諸如電力、市場和配電網(wǎng)管理系統(tǒng)等多種應用均可整合到該平臺中。西門子明尼阿波利斯智能電網(wǎng)集團技術戰(zhàn)略副總裁Ravi Pradhan表示,“這種架構的優(yōu)勢在于,它不僅可以集成新應用,而且也能輕松集成舊應用。兩個控制中心同時運行,加強了電網(wǎng)安全性,特別是在特殊情況下,如遭遇颶風時。”
每當電網(wǎng)發(fā)生中斷,都必須通過切換輸電線路,或從替代電站向電網(wǎng)輸送電力,快速消除故障影響。然而,必須首先找到故障點,而這需要時間。對于醫(yī)院,相關風險特別高,正因如此,智能電網(wǎng)應用對它們也大有裨益。
爭分奪秒。Riverside Shore Memorial Hospital是弗吉尼亞州東部Nassawodox地區(qū)的一個醫(yī)療中心。直到不久前,每當這一地區(qū)發(fā)生斷電時,技術人員都需要長達一小時時間,才能找到故障所在?,F(xiàn)在,地區(qū)電力公司A&N Electric Cooperative安裝了一套西門子智能配電線路自動化系統(tǒng)(SDFA),它可讓電網(wǎng)在發(fā)生斷電事故后,瞬間切換輸電線路。
只要電網(wǎng)中斷,受影響網(wǎng)段內(nèi)部署的配備傳感器的西門子繼電器就能檢測出線路電流波動。這樣一來,系統(tǒng)就能在100毫秒之內(nèi)查明故障位置,并在不到半秒鐘的時間內(nèi)切換輸電線路。通過這種方式,該系統(tǒng)可以輕松減少風暴或其他外部因素造成的斷電事故。這家醫(yī)院的基礎設施管理負責人Michael Canales表示,“大多數(shù)斷電的持續(xù)時間都非常短暫,以至于我們的患者根本沒有注意到曾經(jīng)發(fā)生過斷電。我們的員工可以專心醫(yī)治患者,而不必不停地檢查設備是否正常工作。”
城市也同樣需要保證不間斷的電力供應。譬如,紐約市正在復審其旨在提高基礎設施抵御風暴能力的計劃。2013年,西門子、Arup顧問公司和獨立城市研究組織紐約區(qū)域規(guī)劃協(xié)會(RPA)聯(lián)合發(fā)布了《堅韌城市基礎設施》研究報告,其中闡述了如何提高大紐約地區(qū)的基礎設施的災害抗受能力。
這份研究報告指出,紐約需要修建更高的防洪堤和堤壩,以保護諸如電廠、變電站和開閉所等關鍵基礎設施。這樣的話,當下一次颶風來襲時,這座城市將不再遭受持續(xù)數(shù)日的斷電之苦。這份報告還推薦使用氣體絕緣開關柜。相比于空氣絕緣開關柜,氣體絕緣開關柜的體積小得多,因而更容易采用防水型容器對其加以保護。此外,由于更小巧、更輕便,也可以將它安裝在地面上。然而,當然,從長遠上講,*將重要設施從洪泛區(qū)轉(zhuǎn)移到安全地帶,是更為有效的做法。這是一個值得關注的重要問題,因為在紐約的61座變電站中,目前有18座位于高風險區(qū)域。在人口密集的曼哈頓,這種做法可能不可行,但在其他行政區(qū),如布朗克斯和皇后區(qū),這樣做卻有助于提高電網(wǎng)的災害承受能力。
通過引入智能電網(wǎng)技術,紐約還提高了電網(wǎng)的穩(wěn)定性。通過向客戶和供電企業(yè)提供詳盡信息,智能電表可以讓他們掌握降低用電量的途徑。在諸如熱浪等用電高峰時期,這一點尤為重要。作為CoolNYC試點項目的一部分,一些住戶已經(jīng)在使用智能手機,遠程調(diào)節(jié)空調(diào)運行。企業(yè)也能這樣做。這不僅能節(jié)省成本,而且能改善電網(wǎng)的長期可靠性。