乘着电气化的浪潮:你落后了吗?

一月份，当我在新泽西州普林斯顿的西门子微电网实验室里摸索着手套、相机和脆弱的手指拍摄新电池和太阳能车库时，头顶上是一片炙热的蓝天——这是晴朗而寒冷的日子里经常出现的天空。我以为我在华氏30度的天气里很难受，但我的拍摄对象，电网项目经理吴晓凡，肯定更冷，他和设备一起摆姿势，脸上的笑容几乎凝固了。

尽管如此，他和其他几个人还是非常亲切的，不仅耐心地等我拍完照片，然后把我顺利地带到室内一个温暖的地方，而且还同意和我见面。由于COVID-19仍在肆虐，通常在大楼工作的400名员工中的大多数人都在家;它基本上是空的。有些人进来只是为了迎接我。这是一个安静自信的团队，他们正在做一些将会变得很大的事情——对美国电气化的详细方式和原因进行研究。

这就是西门子和其他先进的科技公司最近忙着做的事情:通过帮助设计未来，找出如何在快速变化的能源和水世界中继续蓬勃发展。它包括在普林斯顿大学和全国许多其他地方的先进设施中进行彻底的研究来证明一切。

太阳能、电池和软件

吴解释说:“这是一个生活实验室，我们可以在真实环境中不断研究和验证创新技术，从而为更高效、更灵活的微电网系统绘制出清晰的蓝图，并在全球范围内复制。”

该设施包括一栋两层，面积10万平方英尺的1988年办公楼;广泛的太阳能车棚和停车场的电动汽车充电器;1000千瓦的电池;以及其他智能软件和设备，使其协同工作以减少能源使用和温室气体排放。

从公司的角度来看，在一个完美的世界里，创新的设备和工艺都是西门子的产品，但他们有合作伙伴和要求。美国能源部的国家实验室、普林斯顿大学和一些未具名的合作者都参与其中，各方似乎都从协同效应中获益良多。

西门子自身节省了高达80%的能源，大幅减少了温室气体排放量，每年申请的专利超过1000项。

它在研究什么?毫不奇怪，该组织正在进一步开发建筑管理系统分析、仪表板和微电网控制软件。这些系统在太阳能、电池、电网、微电网、数字孪生之间的相互作用中找到了效率和安全协议，在公共电网可能不可用的情况下，一个系统可以被孤立。

一个真实的例子发生在2020年实验室成立后不久，当时研究小组得知热带风暴伊萨亚斯将袭击新泽西州。当时，该系统提供了经济模式，其重点是降低能源成本;绿色模式，最大限度地利用清洁能源的选择;可靠模式，专为紧急情况设计。

团队选择后者在风暴期间进行测试。这确保了电池的充电状态增加到最大，因为公用事业停电的可能性，基本上做了一个不间断的电源供应和提供应急电源的工作。

吴指出，该系统可以在2到5小时内为大楼提供足够的应急电力——2小时内所有设备正常运行，5小时内仅满足关键需求，如暖通空调、数据处理和安全系统。

智能家居市场飙升

自2014年以来，微电网的成本下降了25%至30%。根据都柏林的Researchandmarkets.com，全球微电网市场将从2021年的246亿美元增长到2026年的423亿美元。研究公司彭博新能源财经(Bloomberg NEF)指出，电力储存将以更快的速度增长，从2016年到2030年将翻六倍。在美国，房主和企业主每年安装了大约50万个屋顶太阳能系统。

我关注的是环境，但国家建设方式的变化更多是由价值驱动的，而不是气候指令。非洲大陆上的住宅和商业建筑发展如此之快的部分原因是，现代实践创造了运营成本更低、居住更健康、更方便的建筑。智能家居技术的迅猛发展凸显了这一现实。

今年1月在拉斯维加斯举行的人工智能市场博览会(AHR Expo)上，我问谷歌(Google)的Gene LaNois, Nest的恒温器安装了多少台。他给了我一个词的回答:“数百万。”

他说，谷歌相信，随着我们进入电力时代，恒温器将成为智能连接家庭和建筑的关键枢纽。大多数在智能家居行业工作的人都能理解这种信念;然而，随着许多替代中心进入市场，它仍然可能不是给定的。暖通空调工程师可以通过故意选择智能恒温器并围绕它们设计系统来保护自己的地盘。在住宅领域，这种情况似乎已经在发生。

Mordor Intelligence、IMARC和伯克希尔哈撒韦公司的共识似乎是，智能恒温器的销售将继续保持火热的销售速度，在可预见的未来，每年增长约23%，到2026年或2027年，总市场规模将达到约70亿美元。如果算上相关的设备和服务，智能家居市场的规模要大得多，目前约为1000亿美元，到2028年将扩大到3000亿或4000亿美元。

当然，全球电热泵市场将从2020年的530亿美元增长到2028年的850亿美元，Global market Insights指出。

2020年，作为其所谓“互联世界”战略的一部分，江森自控收购了智能家居制造商Qolsys。今年，它推出了一款新的Zigbee网状路由器，可以让你在250英尺的距离内与多达35个无线设备控制器进行通信。

此外，该公司还介绍了Metasys IP设备控制器，该控制器具有流行病加压模式，可实现即时高水平的通风冲洗，并将其在热泵和天然制冷剂方面的投资增加了300%。

毫无疑问，当我们走向一个复杂的新电气化和电子世界时，这将是混乱的，但一些技术发展正在演变成好消息。

普林斯顿的西门子实验室正在验证的是，具有数据收集和分析功能的智能软件正在迅速证明，它可以提高效率，尤其是可以共享和优化可用能源的微电网。我们都知道，快速电子产品本身也实现了一些收益。

另一个积极的方面是，因为它们是移动而不是产生能量，并且利用了神奇的制冷原理，热泵装置的效率是化石燃料装置的三到四倍。这是不小的影响。

第三，我希望出现的一些黑马发展得相当快，即车辆到电网(V2G)和虚拟发电厂。

福特的新电动皮卡

福特表示，其新款电动F-150皮卡将支持v2g技术，在紧急情况下为你的房子供电。正如我们所知，这在德克萨斯州等地引起了共鸣，2021年的深度冻结导致250人死亡，管道、暖通空调和管道设备以及基础设施受损造成的损失达2000亿美元。

电动巴士的电池甚至比皮卡有更多的可用电力，Lion现在已经证明，它的电动巴士可以在紧急情况下部署，为学校建筑供电，甚至在需求高峰时为公用事业供电。该公司的公交车都配备了V2G技术。2020年底，该公司宣布在一个试点项目中，使用电动校车为纽约州怀特普莱恩斯、联合爱迪生公司的客户供电。

在购买电动汽车时，我们想要300英里的续航里程，但相对于家庭和其他建筑的需求，这代表了很多电力。工程师们看到了优化的机会。由于全球电动汽车数量增长迅速，试点测试在各地如雨后春笋般涌现。据《汽车新闻》报道，2021年1月至10月，美国电动汽车注册量为378,466辆，比2020年增长94%。

在全球范围内，化石燃料汽车的销量正在下降。2021年，电动汽车销量增长98%;去年全电动汽车的销量超过400万辆。

虚拟电厂

除了公交车电池，联合爱迪生公司还在纽约皇后区与Swell能源公司合作，在一个300户家庭的虚拟发电厂项目中测试房主和他们的特斯拉Powerwall电池。根据预先设定的规则和灵活的时间表，电力公司可以在需求高峰期间访问500千瓦的资源，或访问其中的一部分。这个想法是优化未使用的电力，以减少高峰时期对电网的需求。

希望通过在全州范围内增加类似的项目来扩展这个项目和概念。万博手机版登录本官网这是有效的，并可能有助于避免建设额外的峰值电力基础设施，特别是化石燃料发电。纽约的目标是到2030年安装3000兆瓦的储能容量，到2040年实现零排放电力部门。类似的项目已经在万博手机版登录本官网加州和美国其他州、加拿大和澳大利亚出现。

就在两年前，虚拟电厂和V2G技术还处于起步阶段。当我看到它们已经在北美的许多城市蓬勃发展并运行良好时，它在某种程度上弥补了在寒冷的1月下午拍摄西门子太阳能车棚时的颤抖。

事情发展得很快。那些希望对冲未来市场份额的公司应该确保他们不仅提供暖通空调，还提供电子和电气工程专业知识。这些技术和服务的合并可能是未来的名片。