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從風電到電動汽車

工業企業和電力生產企業正在密切合作，努力將電動交通愿景變成現實。除汽車工程之外，合作的焦點是實現汽車、電網以及用于儲蓄和雙向輸送利用可再生能源生產的電力技術之間的協調。

當西風吹起，北海洶涌的波濤開始拍打日德蘭半島岸邊的沙丘，丹麥海岸上數以千計的風車開始轉動起來。如今，丹麥20%的電力來自風力發電，堪稱風電領域的****。到2025年，這個數字將增至50%。然而，當風力過大，風電機組生產的電力**出丹麥電網的承受能力時，如此高比例的可再生能源發電帶來的好處，卻被蒙上了一層陰影。如今，丹麥的電力公司必須將這部分多余的電力輸送至鄰國，并且要為此支付一定的費用。

因此，無怪乎丹麥成為開發用于儲存過量電力的蓄電技術的**，而研究人員的目光則主要集中在電動汽車所使用的電池上。他們目前的計劃是，在十年之內，讓全國十分之一的汽車采用風電驅動。盡管，考慮到如今的歐洲街頭幾乎看不到任何電動汽車，這個目標聽上去有點離譜，但是，丹麥正在通過開展一系列計劃，快速邁向電動交通。其中，西門子作為兩個領域——將電動汽車連接至電網和汽車工程——的開發合作伙伴，對此提供了鼎力支持。

通往氣候峰會之路。例如，與專門打造定制汽車的德國企業Ruf公司一道，西門子將在2009年12月在丹麥哥本哈根召開的聯合國氣候峰會上，展示三款電力驅動運動型多功能汽車（SUV）。這三款汽車均采用了保時捷卡宴底盤，裝配一套集成式充電系統，可以在任何230~380伏電源插座上進行充電。一種用于這個目的的插頭已經實現標準化。充電時間主要取決于電源插座的輸出功率。開發人員預計，初始充電量約為10千瓦（kW），在中期階段，充電量較高可達43千瓦，也就是說充電時間為20分鐘到兩個小時。這些電動汽車通過位于油箱門下方的電力接頭進行充電。

2009年春季，在瑞士舉辦的日內瓦車展上，Ruf公司和西門子聯袂展出了由保時捷997 Targa車型改裝而成的電動汽車eRuf Greenster。這輛電動汽車的功率為270千瓦，較高時速達250公里，具有很高的扭矩和**的啟動加速能力。與需要過一段時間才能達到其較高動力的燃燒引擎不同的是，電動電機可以立即釋放其全部威力。

Greenster是一輛具有成員意義的電動汽車，**地詮釋了電動交通的*特魅力。然而，由于這款車型的開發時間只有短短三個月，因此，其各個組件并非全新設計，而是利用了市場上現有的標準組件。西門子*研究院（CT）電動交通團隊負責人Gernot Spiegelberg博士說：“已經計劃研發的新一代Greenster II車型，將采用完美搭配的組件。”這些組件包括，快速充電裝置以及專門針對電池管理、電機控制和充電電子系統等而精心設計的組件。Greenster II車型將于2010年底設計完成。

標準化充電。在聯合國氣候峰會期間，這三款SUV將采用風力發電提供的電力，在會議中心與機場之間，提供通勤服務。每輛SUV可以運送4名乘客及行李。這里所提出的概念包含了西門子提供的、用于與電動汽車的電子系統進行通信的“電力泵”。這是實現電動交通所要解決的關鍵挑戰之一。不僅僅是丹麥，**各地都面臨著這個問題。說到底，開車的人希望可以在任何地方為其電動汽車充電，不論是在車庫、超市，還是在公司停車場。通過類似于收取手機話費的方式，充電服務提供者可以對使用的電力按量收費。然而，這樣的系統要求可靠地識別車輛，并在車載電子系統與充電泵之間進行數據交換。通過與電力供應商RWE聯合開展的一個項目，西門子即將在德國安裝40座充電站，其中20座充電站計劃建在柏林。此外，在西門子的協助下，目前RWE正在德國舉行Greenster巡展。2009年9月在法蘭克福舉辦的IAA**車展期間，Greenster同樣引起了轟動。

西門子不斷加大汽車工程和用于將電動汽車連接至電網系統的研發力度，目的是全面推動電動交通的發展。其成果包括Greenster和SUV，以及負責充電過程和電動汽車與電網之間通信的系統。Spiegelberg將這兩個領域稱為“車內”和“車外”。他說：“我們組建了一支涉及電動交通方方面面的團隊。”除西門子*研究院的研究人員之外，這支團隊的成員還包括來自西門子能源和西門子工業的專家。這些專家的*是因為，未來的電動交通涉及的不僅僅是車輛本身。當電動汽車大規模面市后，電網必須相應升級。例如，有必要在諸如市中心停車庫和體育場等公共場所，安裝可以滿足電動汽車的全部充電要求的系統。每50輛電動汽車就需要一臺配備了開關設備的配電變壓器。這就意味著，必須通過中壓開關，連接數十臺這樣的變壓器。在一個地方停放數以千計的電動汽車需要大型設施，并且這些設施必須安裝在地下室或單獨的建筑物中。要知道，如果一萬輛電動汽車同時充電，每輛車需要20千瓦電力，那么電網總共要提供200兆瓦的電能，這相當于一座中型發電廠的產電量。

車載電池。目前，“車內”和“車外”領域的電力專家，正在參與丹麥的EDISON項目。EDISON是“利用可持續發展能源的分布式和一體化市場以及開放式電網上的電動汽車（Electric vehicles in a Distributed and Integrated market using Sustainable energy and Open Network）”的英文首字母縮寫。EDISON是**一個，同時也是涵蓋較為廣泛的同類項目，允許利用風力發電提供的波動的電力，為大量電動汽車充電。該項目計劃在兩年內，開發出面向電動汽車和電網的相關技術，并將其投入使用。

該項目計劃于2011年，在位于波羅的海的丹麥島嶼Bornholm上，開展實地測試。屆時將通過公共電網，利用風力發電提供的電力，為測試車輛充電。當用電量增加時，停放的車輛可以將電力饋回電網。丹麥人希望，依托數千輛電動汽車抵消風力發電的波動。電動汽車及其電池可以提供額外的蓄電容量，不需要使用單獨的蓄電裝置來彌補電量的波動，因此，EDISON將專注于實現從電網為電動汽車充電，以及從電動汽車向電網輸送電力的雙向電力傳輸。結果將是驚人的。例如，如果有20萬輛額定功率為40千瓦的電動汽車連接至電網，那么，這些電動汽車可以在很短的時間內提供高達80億瓦的電能，**過了德國全國的用電總量。也就是說，它們可以很好地緩解用電高峰時段的電網壓力。

除西門子之外，EDISON的合作伙伴包括，丹麥科技大學（DTU）及其Ris?-DTU研究中心、丹麥的Dong Energy和?stkraft電力公司、Eurisco研發中心以及IBM。在EDISON項目中，不同的工作組負責開發實現電動交通所需的各種技術。其中，西門子主要負責快速充電和電池更換系統。西門子能源的EDISON項目負責人Sven Holthusen表示，“西門子的業務組合已經包含了許多相關組件，現在我們正在對這些組件進行相應的調整和改造。”

被污染的電網？Holthusen的任務之一，是研究當每天有數百萬輛電動汽車不斷地進入后離開電網時，會對電網造成什么樣的影響。因此，他在配備專用電網的Ris?研究中心開展自己的研究。他解釋說，“這能讓我們在小范圍內監視這種情況的影響。”

在這種情況下，如果當電池連接至50赫茲電網時發生了諧波，那么事情會變得尤為棘手，因為諧波會產生共振并擾亂電網頻率。如果形成了較大的波形，這種被稱為“電網質量污染”的干擾，會影響整個網絡的平穩運行。

目前還沒有能夠解決這個問題的成熟辦法，不過Holthusen正在努力尋找解決之道。在測試中，他連接了多達15個重300公斤、蓄電容量為25千瓦的電池。比較而言，一輛中檔汽車行駛100公里需要約18千瓦電力。然后，Holthusen利用軟件來測量電池對電網的影響，并努力減輕這種連接造成的結果。

實現電動交通的另一個主要障礙是，電池充電所需的時間。考慮到這一點，Holthusen和他的同事正在研究一種可支持高壓、高電流電源（初步定為400伏、63安培）的快速充電技術。Holthusen所用的方法是切實可行的，因為在歐洲，許多家庭的地下室或其他儲物間都有用于電爐和其他電器的400伏電源。

Holthusen說：“然而，為了弄清這項技術的潛力，我們開展了進一步的測試。”具體而言，他希望將充電功率提高至300千瓦，以便在6分鐘內完成電池充電。這樣，電動汽車就可以像常規汽車一樣隨時可用了。

具備這種快速充電能力的鋰電池，有望在不久的將來投放市場。然而，如果要在短短三分鐘內完成電動汽車充電，必須開發新的電池技術。

當然，西門子不僅僅在丹麥開展了測試活動。在德國，西門子的研究人員也積極參與了Harz.EE.mobility計劃。該計劃旨在找到利用分布式風力發電、太陽能發電和沼氣發電等系統，更好地為電網輸送電力的方法。

德國Harz地區的三個行政區參與了這個計劃。這個計劃的目的是，想辦法將電動汽車融入這個系統。在這方面，西門子將提供用于將電動汽車集成到智能電網中的電力管理系統以及相關通信系統。

此外，位于慕尼黑的西門子*研究院實驗室的研究人員正在分析電子組件，特別是用于雙向充電和放電的電子組件。西門子*研究院的科學家想用測試設備來模擬多種不

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城市的數碼縮影

不論是交通運輸系統、能源系統，還是建筑物、城市基礎設施之間總有著千絲萬縷的聯系，可謂牽一發而動全身。借助西門子打造的一個軟件平臺，可以更加輕松地掌控城市規劃的復雜性。

Bernd Wachmann博士是西門子*研究院（CT）開展的“可持續發展的城市”項目的負責人，他在屏幕上打開了一幅衛星地圖，找到新澤西州普林斯頓近郊的一片草地。輕點鼠標，他在圖中插入了兩棟寫字樓。然后，他繪制了建筑平面圖，并添加了停車場和出入道路——在這個虛擬世界里，一座建筑綜合體便初具雛形。在Wachmann執行這些操作的過程中，圖像下方的條形圖顯示了諸如這些建筑物在不同時期不同時段的能耗、光伏系統將如何改善其電力均衡、可以容納多少人在里面上班、這些人的活動會對交通流和電網產生什么影響、他們將產生多少垃圾和空氣污染以及預計運行成本等數據。Wachmann解釋道，“這些數據不過是我們模擬的眾多參數中的一小部分，我們模擬的參數還包括諸如步行適宜性、電動汽車對建筑項目的電力均衡乃至人們生活質量的影響等。所有這些方面都可以被量化，從而被納入建**疇。”

在此過程中，Wachmann使用的軟件平臺是西門子*研究院的科學家們開發的“城市生活管理（CLM）”項目的一部分。CLM平臺是西門子美國研究院與西門子*研究院的合作研發成果，城市數據評估則在柏林和維也納進行，西門子*研究院負責提供基礎設施方面的專業知識。該項目開發并提供了用于全景式審視城市、模擬轉變造成的長期影響以及制定適當對策的解決方案。CLM為城市規劃者提供了一個預知其決策的潛在后果的簡便方法。借助該平臺，還可以輕松模擬“如果…那么…”式替代場景，譬如，將雙向道改為單行道、增加建筑物的高度，或者利用光伏設施來改善某個社區的電力均衡等。這個平臺為通過簡單、直觀的途徑解決錯綜復雜的城市規劃問題開辟了新的可能。

城市的經濟、環境與社會發展目標之間的相互關系較其復雜。例如，提倡駕駛電動汽車與擴建公共交通網絡，哪種做法更為明智？如果選擇前者，則不能緩解交通擁堵，但可以降低二氧化碳排放量，而這也僅當可再生能源發電并網向電動汽車供電時才會成為現實。這進而要求高性能電網，有時候，首先要修建高性能電網，并且必須設立充電站。另一方面，如果選擇擴建公共交通系統，則必須確保人們有充分的動機去使用公交工具。對于任何一個人，甚至對于許多城市的**而言，這一切都太過復雜，難以評估。不過，CLM平臺可以讓這個難題迎刃而解。Wachmann說：“盡管我們的模型做出的預測并不確切，但其精確度可達80%，從而為諸如**、政治家、民間機構和當地居民等制定決策奠定堅實的基礎。”

像城市這樣復雜的實體，不能靠權宜之計來解決問題，同時，摩擦領域勢必日益擴大。新工業園或新城區的建設計劃一經宣布，**和市民就要開始解決其潛在的影響。初步計劃制定完畢之后，需要經建筑部門、公用事業公司、經濟和環境管理局、建筑管理局以及能源供應商等諸多機構逐一審查。通常，**也可提供這些計劃供公眾查閱。諸如CLM等在線平臺能為項目規劃者省去許多麻煩，特別是在容易引起爭議的項目中。在這種情況下，適當的市民參與能起到關鍵作用。

數字建模城市。CLM以用于產品生命周期管理（PLM）的工業解決方案為藍本，后者可用于集中管理產品開發、生產、倉儲和銷售等方面的全部數據。這種方法不僅提高了透明度，而且大大提高了整個價值創造過程的效率。利用這項創新技術，汽車行業已大幅節省了成本，縮短了開發和生產周期，提高了生產率。然而，直到較近，這項技術尚未被大量用于城市規劃應用。但是，西門子美國研究院的CLM平臺項目經理Thomas Gruenewald堅信，專為規劃大型基礎設施項目而打造的精巧平臺，可以取得類似的成功，還可以促進城市的可持續發展。

目前，西門子*研究院的專家正在重點研究城市基礎設施的規劃階段，這個領域存在巨大的改進空間。西門子美國研究院的高級*專家George Lo博士指出，在具體計劃出臺之前，75%的決定建筑物生命周期成本的決策便已敲定。此外，德克薩斯大學奧斯汀分校開展的一項研究發現，大多數建筑項目都因多番修改初稿而浪費了多達57%的時間。換句話說，要想滿足預算和進度要求，設計出可持續發展的城市建筑項目，就必須在初稿階段制定好決策。

CLM平臺的開發得益于西門子在規劃、樓宇、工作水、污水處理和能源供應系統以及交通運輸基礎設施等方面擁有多年的豐富經驗。西門子*研究院的建模專家Tim Schenk表示，“我們之所以能夠處理如此盤根錯節的復雜關系，是因為我們懂得如何對這些系統的物理行為進行數學建模。”此外，Schenk與其他人正在研究越來越多的城市提供的關于其人口結構和發展、能源消耗和交通運輸要求等的海量數據。然后，可以根據這些分析結果，在CLM上創建逼真的模型，讓參與者一窺現實主義風格的未來場景。

所有這一切促成了范式轉變，因為現在規劃者可以幾乎實時地看見其在一個領域做出的決策，例如，建筑物的高度，會對諸如當地交通或社區電力均衡等產生什么樣的影響。

中國和中歐有兩個大型項目都打算率先采用這項技術，CLM工作組現在正在與其代表談判。

模擬生活質量。Wachmann表示，“這只是開端。目前，我們也在利用諸如能耗、交通運輸量、二氧化碳排放量等關鍵績效指標（KPI），來推算社會經濟指標。”Wachmann提到的社會經濟指標，可用于評估生活質量、經濟發展等諸多方面。為此，西門子研究人員正在根據專家意見和統計研究結果，開發估算模型。生活質量評估嚴重依賴于諸如工資、公共安全、生活條件等因素，但文化條件也要納入考慮。

模擬中還應更加精確地考慮諸如建筑法令和能效規定等地方性因素，以及影響力追趕了地方界限的因素，譬如**氣候變化趨勢，因為未來的建筑物能源消耗必將受到氣候變化的影響。人口變化也應納入考慮。畢竟，隨著人口老齡化，諸如帶斜坡適于輪椅上下的人行道和殘疾人專用停車場等設施的需求也會隨之增長。“只要這些因素是可以量化的，我們就能將之建模，”Wachmann如是道。

CLM的應用潛力不只是虛擬規劃。該平臺不僅可用于為今后數十年設計新的社區和重新設計城市，而且有助于在建筑物和社區建成后對其進行管理。比如，只要輕點鼠標，規劃者和市民就能確定，如果增加一條有軌電車線路，某個社區對電動車停車場和充電設施的需求將如何變化。

Hubertus Breuer

城市基因項目勾勒城市新圖景

為開展“綠色城市指數”系列環境研究，西門子與經濟學人智庫（/greencityindex）必須分析各種各樣的海量數據，并開展大量調查。此外，從那時起，諸如維也納、倫敦和柏林等城市運行的網站上發布了越來越多的信息，這些數據涵蓋了城市的方方面面，從能源和經濟，到藝術與文化，不勝枚舉。事實上，可用的數據如此之多，亞利桑那州立大學的可持續發展專家Jonathan Fink認為，解碼“城市基因”的時機已經到來。然而，說起來容易，做起來難。因為免費提供的關于城市的社會經濟與環境發展的數據，繼續按照諸如交通運輸、醫療和人口結構等領域進行劃分，并且這些信息在質量、數量、粒度和徹底性等方面經常地顯示出巨大的差異。現在，作為西門子*研究院（CT）開展的“可持續發展城市”燈塔示范項目的一部分，西門子專家正在研究可以更加快速地收集、整合和解讀這些數據的方法。目前可用的是一些基于城市發布的數據的、在許多情況下有待改進的簡單程序。這些程序允許用戶調看當前的交通狀況，或找出可以在哪里丟棄舊衣物或可回收的玻璃廢品。然而，更為重要的是，這些程序能夠快速、清晰地呈現城市生活概貌，包括城市的電力均衡及其人口結構或社會發展等方面。奧地利維也納的西門子*研究院計算機科學家Axel Polleres博士表示，“要解決的挑戰是，利用五花八門的數據源以及多種不同的時間和空間分辨率，勾勒出協調、全面的城市圖景。隨著城市相互之間的聯系日益緊密，這項工作終將得到捆綁式報告標準的支持。”奧地利格拉茨的西門子*研究院的Stefan Kluckner博士正在開發的一個有用工具采用了尖端的成像處理技術，將常規數字二維圖像，轉換為整個城市行政區域的三維模型。該系統從重疊視角和不同時點記錄了相關場景，然后利用自動化技術，將之合成為一個三維模型。其目的是利用這些從空間和時間上編排起來的數據集，幫助未來的自動化分析程序顯示城市的當前狀態，繼而將這些描繪用作城市建模和模擬的基礎。例如，這有助于創建持續更新的動態“綠色城市指數”。

西門子斥資約3000萬歐元，在倫敦**維多利亞碼頭區修建了一個城市可持續發展知識與對話中心。該中心亦稱“水晶宮”，于2012年夏季揭幕，預計每年將吸引約10萬名參觀者。該建筑群包含一個2000平方米的交互式展示區，**展示了城市可持續發展的方方面面，從樓宇科技和交通，到能源與供水系統，不一而足。一個設有270個座位的禮堂將用于做演講和開討論會。來自西門子的專家將與合作組織一道，同建筑師、城市規劃者、**官員、學校和學生等建立并保持對話，還將為城市開發項目給予支持。在這個中心，游客將一睹未來的環保型建筑物。這座設施完全采用太陽能電池和地熱泵提供的可再生能源，通過處理雨水來獲取飲用水，廢水也將在經凈化處理之后，用于灌溉植物。這個建筑群通過了嚴格的**LEED和BREEAM標準認證，擁有諸多堪稱**的特性，如附屬于西門子在倫敦運營的充電網絡的電動汽車充電站。

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