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丹麥小島向世界展示了能源發展的未來。

聖誕夜，丹麥博恩霍爾姆島上，瑪雅?本特森（Maja Bendtsen）和丈夫在舒適的房子里蜷縮在沙發上看電視。突然停電了。本特森回憶說：「燈閃了幾下，然後都黑了。」

他們看了看窗外，發現整個社區都籠罩在黑暗中。快速打了幾個電話後，她確認整個博恩霍爾姆都停電了。本特森是島上?stkraft電力公司的工程師，她經過考慮，排除了幾個經常造成停電的罪魁禍首：午飯後聖誕節的慶祝活動就結束了，所以當晚並不是用電高峰期，天氣不是特別冷，也沒有暴風雪。

她想到一件事，心也隨之沉了一下。她給?stkraft控制室打電話，總工程師證實了她的懷疑：有一艘船將錨拖進博恩霍爾姆與瑞典之間狹窄的波羅的海海峽，切斷了6萬伏、70兆瓦的海底電纜，這是島上唯一的外部電力來源。維修人員需要六個多星期才能確定損壞位置並將電纜拉出水面修好。

不可思議的是，這已經是十幾年內發生的第4起類似的災難事件了。本特森說：「我們也差不多習慣了。」但習慣並不代表「聽天由命」。在過去的十多年中，?stkraft建設了大量可再生能源電站，例如風能、太陽能和生物質，目前可滿足島上四分之三的電力需求。在這個過程中，博恩霍爾姆已成功轉換為一個活生生的可以測試新能源理念的實驗室。

博恩霍爾姆採取了最重要的一步，部署歐盟環保電網（EcoGrid EU），這是世界上最先進的智能電網之一。這是一項需時4年、耗資2100萬歐元（2700萬美元）的項目，其中部分資金由歐盟提供，目標是展示未來是如何發電、配電和用電的。雖然目前的智能電網都能密切跟蹤供電、電力需求等信息，但博恩霍爾姆卻是首先實現個人家庭用電按電力市場實時價格變動進行調節的地區之一。這樣，電網用戶就可以幫助緩和供電方面不可避免的突然的大波動，這些波動是由於使用風能和太陽能引起的。

繼博恩霍爾姆之後，丹麥和歐洲其他地區也採取了類似的措施。比如，歐洲委員會20/20/20計劃提出，到2020年溫室氣體排放將減少20%，可再生能源比重和能源效率均將提高20%。丹麥議會曾批准了一個更加宏偉的目標：到2020年可再生資源滿足全國能源總需求的35%，其中不僅包括電，還包括供暖和交通，2050年這一比例達到100%。這些目標真的可以實現嗎？

這也是EcoGrid項目的意義所在。選擇博恩霍爾姆島及其4.1萬常住人口來實施這一項目並非偶然。雖然島上風景宜人，每年都會吸引成千上萬的遊客，但它並不只是一個度假勝地。商業捕魚、乳牛養殖業、工藝品業都是其主要經濟支柱，所以?stkraft就像很多學校、醫院、機場和國際海港一樣，有一個具有代表意義的客戶群體：既有商業、工業客戶，也有居民用戶。

本特森說：「我們就是丹麥社會的一個縮影，在很大程度上我們是丹麥未來電力系統的願景。」通過研究高技術電網如何幫助這個小島應對可再生能源挑戰，EcoGrid的組織者希望為世界其他地區積累更多的經驗教訓。

長期以來，博恩霍爾姆在丹麥人的心目中一直佔據著特殊的地位。根據當地傳說，上帝造物後還剩下一些樂土，於是扔到波羅的海，創造了博恩霍爾姆。中世紀另一個故事說，丹麥國王把他們的情人藏在島上最大的森林裡。現在，歐洲人在夏天都湧向這個小島，享受美麗的沙灘、明媚的陽光（對丹麥而言），還有森林。

但對雅各布?奧斯特嘉德（Jacob ?stergaard）來說，博恩霍爾姆最有吸引力的不是沙灘或陽光，而是海底的那條有些麻煩的電纜。換句話來說，更重要的是這條電纜能夠讓身為電力工程師的他做些什麼。奧斯特嘉德是丹麥技術大學（DTU）的電氣工程教授，參與了博恩霍爾姆若干電力項目，包括EcoGrid。他解釋說，這些電纜可隨意關閉，使博恩霍爾姆電網進入電力行業所謂的「孤島」狀態。他說，這很有意思，因為豐富的風能使博恩霍爾姆電網運營具有挑戰性，也更有研究價值。他和同事們甚至在DTU校園複製了?stkraft控制室，以實時監控博恩霍爾姆電網。

在有風的日子，博恩霍爾姆的渦輪機可以提供30兆瓦的電力，超過島上最大負載55兆瓦的一半。但問題是風不受控制，這種可變性和不可預測性會嚴重破壞電網的穩定性。例如，風突然停了，電力供應就會急劇下降，無法滿足需求，造成電網50赫茲的標稱頻率同樣驟跌。奧斯特嘉德說，超過十分之一赫茲的浮動就會發出警報，如果浮動繼續加大，超過正常狀態，比如47赫茲，就可能導致停電。

幾年前一次關閉海纜進行維修時，類似的情況發生了。為了保持電網平衡，最初還關閉了風力渦輪機。那天上午11時25分，一切都很平靜，電網頻率穩定地徘徊在50赫茲以上。隨後，上午11時26分打開6個渦輪機，在接下來的幾分鐘，它們在島上電力供應的份額上升到15%。

但隨著風能輸出變得不穩定，電網頻率也變得不穩定，數次飆升超過0.1赫茲，中午之前又急降到49.8赫茲。?stkraft的工程師們和DTU的研究人員密切監控有關情況，並迅速介入，提升島上傳統發電機的輸出量，將風能比例降到10%，才得以恢復了標稱頻率。

很多經驗證實，博恩霍爾姆電網在孤島模式可以吸收的風力發電量有一個15%左右的上限。風能和太陽能占相當比例的電網或多或少地會採取同樣的做法，轉而依靠傳統的「峰值」發電機，以彌補可再生能源輸出電量的差距。一些電力公司也在採用抽水蓄能，壓縮空氣裝置蓄能，或者工業級電池儲電，但後者還不夠經濟，前者只可在某些地方使用。

但假設需求增長時不是提高產出，而是削減需求會怎樣？要回答這一基本問題，關鍵在於EcoGrid。

井然有序的?stkraft總部坐落在島上主要城鎮若納的郊外。在一間陽光充足的辦公室里，本特森解釋說智能電網的目標不是證明博恩霍爾姆可以實現能源獨立。島上已經實現了能源獨立：目前它的本地產能約為50兆瓦，有傳統的煤炭和柴油發電機組，田野上三十多個風力渦輪機星羅棋布，像巨型風車，屋頂有太陽能發電裝置，沼氣廠，還有幾家木屑秸稈發電廠。聖誕夜停電只持續了幾個小時，這段時間是用來啟動島上的電廠。

但以這種方式發電成本很高，所以通過連接到瑞典的電纜，博恩霍爾姆可在電價便宜時從北歐電網購入，電價高時賣出。電力市場的交易通常在公用事業公司等層面進行。EcoGrid使個體家庭和小企業也成為市場參與者。

本特森解釋說，就是將用電量轉移到電力需求和價格低的時段。只要在電價變化時向人們發送一條簡訊息即可。但很快也開始令人厭倦。

奧斯特嘉德說：「如果人們可直接與市場互動，那麼他們的行為當然就會發生改變。例如，電價低時，人人都想給電動車充電。如果大家都這樣做，電網中最薄弱的部分就發生擁塞。」

而EcoGrid已在約1200個家庭和近百家企業安裝了智能電網控制器，控制器曾不斷收到北歐電力市場（其中涵蓋了丹麥、芬蘭、挪威和瑞典）5分鐘電價的連續數據流。控制器與特定家用電器實現無線通信，根據一天中的時間、天氣、以及當前、過去和未來的市場價格等因素，用演算法來決定電器開關。

起初，項目組織者設想控制一整套的家用電器：洗碗機、洗衣機、冰箱、電視、照明。事實證明，雖然這些智能家電已上市多年，但還沒有標準的自動化協議。所以，洗碗機可能用ZigBee，而冰箱用的是KNX，無法輕易地協調統一。

本特森說，標準顯然有幫助。她說：「假設去家電商店買一台新的洗碗機，你不僅要考慮尺寸、顏色，用電量、用水量，還要考慮它使用的制式。如果你是一個工程師可能無所謂了，但我們還是需要某種形式的標準，這樣公眾就不用去操心這些事了。」

同時，EcoGrid一直盡量使問題簡單化，其主要客戶是有電暖系統和熱泵的家庭。在其中的700戶家庭，供暖系統由蘇黎世IBM研究實驗室研究的演算法直接控制。蘇黎世IBM研究所智能電網項目負責人迪特爾?加藤貝因（Dieter Gantenbein）解釋說，已根據用電模式以及窗和牆的尺寸為每家都建立了一個熱模型。

他說：「如果為了方便貓進出而常常開窗，那麼這些用戶與窗戶始終關著的用戶相比，參數會有所不同。」他補充說，從熱模型分析，「就可以確定這所房子的電靈活性，我們制定了如何調節熱泵的戰略。戰略目標就是不降低生活質量。」博恩霍爾姆約100家企業正在配備同樣的設備。

另有約500個家庭被視為一個個單一的用電單位，西門子丹麥子公司負責協調智能電網的這一部分。參加這個項目的1900個家庭（大概是島上家庭的十分之一）中剩下的那些，正在安裝智能電錶，這種智能電錶可為其提供詳細的用電和市場價格信息，但無法控制用電量。

有趣的是，EcoGrid並不意味著電費會下降。這在一定程度上也是一種管理預期的方法，但也非常現實：丹麥和其他國家的大量研究表明，通過節能而累計節省的金錢通常無法改變人們的行為。加藤貝因指出，這就是說博恩霍爾姆一直不缺乏志願者。

他說：「丹麥人非常注重環保，這就像一項運動。他們用暖氣更加節省，記住需要關門，使用不同的技術，非常熱情地參與到這樣一個雄心勃勃的項目中來。」

馬丁?庫克-漢森（Martin Kok-Hansen）就是這樣的狂熱者。他和家人住在若納北部邊緣的單層磚房裡，他是博恩霍爾姆首批簽署智能電網的住戶之一。庫克-漢森是一名房產經紀人，他說決定參與智能電網項目與他幾年前將大切諾基吉普換成大眾高爾夫的原因相同。他說：「在未來，我們不會有那麼多能源。我兒子可能也會有孩子。他們要去哪裡弄電呢？」

庫克-漢森車庫的牆上有一個Landis+Gyr智能電錶，洗衣房有一個繼電讀數器，可以控制電熱器開關，在客廳有一個數字溫控器；所有這些電器以無線方式與「網關」控制器和路由器連接，控制器和路由器又通過互聯網與公用事業公司連接。網關和大多數其他硬體以及家庭通信和終端用戶的網路服務均由總部設在加利福尼亞州歐文市的GreenWave Reality公司設計。

像其他參與者一樣，庫克-漢森可以設置家庭溫度限值。他說：「如果溫度是21°C，需要用電時就可以關掉暖氣，讓溫度降到18°C」。這比正常情況低兩三度，但他認為可以應付。「也許可以暫時穿件毛衣。」

他站在剛剛裝修的廚房裡，筆記本電腦放在黑色花崗岩檯面上，登錄?stkraft網站的帳戶。他幾乎可以實時查看用電情況。至少可以這麼說，這是具有啟示性的。

他指著屏幕上的圖表說：「現在我家的用電功率是1200瓦。」他走向一個牆壁開關，打開頭頂上隱藏式的鹵素燈，「但打開這個燈後，就會看到用電功率上升。」果然，在幾秒鐘內，圖表上的值幾乎翻倍。這是因為每個鹵素燈泡為50瓦，廚房裡有16個。以目前的電費計算，1千瓦時約2丹麥克朗，或35美分。他算到，如果每天只開4小時，那麼一年就是500美元。他打算儘快把這些燈換成節能燈泡或LED燈。

他說：「我一定會換掉這些燈泡，這是一種全新的生活方式。」

一個星期六的下午，若納主廣場旁邊的SuperBest超市熙熙攘攘。一名年輕男子走到冰箱前，拿出幾瓶啤酒放在購物車裡。他並沒有去閱讀冰箱玻璃門上貼的說明，也沒看冷藏柜上鞋盒大小的設備。那麼他可能並不知道這台冰箱以及博恩霍爾姆約200個類似裝置的特別之處：像EcoGrid的熱泵一樣，冷藏櫃有助於平衡電網。

奧斯特嘉德說，幾年前DTU的研究人員將每個冷藏櫃都進行了改裝，以便可以直接監控電網頻率。在一系列的實驗中，他的研究小組展示可以為冷藏櫃編程，頻率下降超過十分之一時，冷藏櫃自動關閉，頻率穩定後則自動重新開啟。他說「如果頻率變化很小，那麼只有少量的冷藏櫃有反應，但如果變化較大，所有的冷藏櫃都會作出反應。」

奧斯特嘉德說，如此利用冷藏櫃、泵和其他設備的概念已經存在一段時間了，但僅在過去十幾年才成為一種經濟可行的方式。他說：「現在每個冷藏櫃都有一個恆溫器、微控制器和處理器，所以可以通過編程實現這個概念。」而連接到EcoGrid的供暖系統根據市場價格作出反應，這是對電力供需的一種間接測量方法，博恩霍爾姆的冷藏櫃則是檢測電網本身的情況。

奧斯特嘉德說，這兩種方法非常有用：「從分秒到天和年，在所有時間尺度上平衡電網是非常重要的。」通過使用信息技術戰略性地壓制需求，而不是加大供應，智能電網可以創建更高效的網路。他說：「改變比特和位元組比改變安培便宜多了。」

對於丹麥和歐洲其他地區是否能滿足其崇高的能源目標，奧斯特嘉德未發表意見。但他說：「有目標很好，我不知道能否成功。但如果沒有這樣的項目，也就沒有任何成功的機會。」

作者丨Jean Kumagai

轉自丨悅智網

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