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气候变化已是不争的事实。问题是我们能否遏止气候变化？西门子开展的一项研究勾勒出通往《巴黎协定》目标的道路蓝图。
本世纪，人们的生活将发生怎样的转变？自动驾驶汽车能否驶上街头？癌症会不会被克服？能不能在火星上建立殖民地？没有人知道答案。然而，就地球未来的气温而言，我们有一个明确的目标：2015年签订的《巴黎气候协定》要求国际社会（美国除外）必须将全球升温幅度限制在2摄氏度以内（以本世纪工业革命前的气温水平为基础）。我们还知道怎样才能实现这一目标：将温室气体，特别是二氧化碳（co2）的排放量降至“零”。
但要实现这一目标，需要采取一整套脱碳措施。由于《巴黎协定》并未规定相应的举措，因此，各国政府及国际科研机构一直在研究和讨论，需要采取哪些措施才能实现这个气候目标。依托其环保业务组合，西门子一直在帮助电能供应及需求两方面的客户降低碳足迹。2017年底，西门子发布一份意见书，在广泛深入的计算机模拟的基础上，以德国《2050年气候行动计划》为例，介绍了一系列有助于迈向碳中和的全球经济措施。
在供应方面，全球发电主力仍然是矿物燃料，如煤炭、天然气和石油，后果就是将大量温室气体排放到大气中。据世界银行称，2014年矿物燃料发电占比为67%，其余则为核电和可再生能源发电。德国的情况比全球平均水平好一些。2017年，矿物燃料发电占比不到50%。德国政府的气候计划提出：到2050年，德国可再生能源发电占比将提高至80%，其中风电的贡献大。但要实现这一目标，必须有明确的计划。
当然，可再生能源发电并网殊非易事，因为风电和太阳能发电都具有显着的波动性。因此，同其他国家一样，德国也需要一个高度灵活而又稳定的电网。它必须借助智能电能管理系统来满足高峰需求，并在电力供大于求时，按需利用其他解决方案，如热泵、蓄电技术或制氢系统等，帮助稳定电网。然而，这并不意味着可以直接关停常规电厂。在可再生能源发电不能保证基本发电量的情况下，必须依靠其他电厂来保证电网稳定。不过，配备如西门子提供的联合循环和单循环燃气轮机等设施的燃气电厂，可以取代燃煤电厂供应基本发电量，并可在日后随可再生能源发电占比不断提高，用作备用系统。得益于此，德国将在2050年之前或更早时候，退出煤电生产。简而言之，必须像扩大可再生能源发电那样，以同样坚定的决心来推进常规发电转型。
在需求方面，所有经济领域必须更加紧密地结合在一起。其中的关键概念是，通过电气化和利用电能转化合成燃料双管齐下，实现供热、交通和工业等部门的“部门联合”。
譬如，如今供热的主要途径仍然是燃烧矿物燃料。这种情况将会发生改变。虽然集中供热主要利用热泵结合太阳能集热系统实现电气化，但已出现朝着借助生物质、“电阻加热器”和热泵等混合系统实现工业和区域集中供热的电气化转型趋势。如果这一趋势延续下去，这些技术可以取代天然气，致力于实现终的二氧化碳减排目标。显而易见，在采取这些措施的同时，还应改善楼宇保温隔热措施，以及部署楼宇自控系统。
交通领域在很大程度上已经实现电气化，这主要是在公共交通领域：铁路、地铁、火车，甚至越来越多的公共汽车。但汽车，特别是私家车，也需要转型——考虑到2017年仅德国的汽车保有量就高达4500万辆，而在全球范围内，截至2015年的数据为近9.5亿辆，这可不是个轻松的任务。西门子意见书指出，2030年之后，采用电能转化合成燃料的电动汽车将开始占到较大比例。
如果碳排放在所难免……
另一方面，理想情况下，货运应当从公路转移到铁路，如德国“agora交通转型”（agora verkehrswende）倡议的专家所呼吁的，但迄今为止这一趋势尚未成型。不过，卡车也可以采用混合动力解决方案，如电池和采用氢燃料和电能转化合成燃料的发动机。不仅如此，西门子的电气化高速路电车高架线系统，也很可能带来极大的灵活性。除公路运输之外，空运和海运脱碳亦至关重要。譬如，飞机应当越来越多地使用混合动力电动推进系统和合成燃料；西门子的研究预计，到2030年，首架100座混合动力电动飞机将投入运营。
在工业部门，脱碳不仅涉及供热，还牵涉到生产新产品，如化工行业生产化肥、塑料或清洁剂，这些生产活动仍主要采用矿物燃料。如果不能完全杜绝排放二氧化碳，比如水泥生产就是这种情况，那么，应当借助碳捕集和封存（ccs）技术，将二氧化碳分离出来并加以封存。ccs可以帮助实现90%以上的二氧化碳减排率。
这样看来，在全球经济的各个领域推进电气化转型应是大幅降低温室气体排放量的优秀途径。但是，如果不在减排的同时提高能效，《巴黎协定》的宏伟目标将无法实现。高能效电力驱动系统、热泵、楼宇自控系统、火车等等，以及发电本身，都是如此。譬如，在适用情况下，工业部门都应当使用热电联产（chp）方式。正如2017年5月《科学》杂志刊登的一篇文章所突出强调的，到2030年，仅提高能效就可将温室气体排放量减少高达50%。
现在，这些创新技术能否创造一个气候变化得到控制的美丽新世界？到2100年，全球升温幅度能否真的控制在2摄氏度以内？尽管这些措施在技术上和经济上是切实可行的，但谁都不能打包票。正如西门子建议书及其他研究所强调的，这些举措的实施离不开国家及国际社会的政治意愿。譬如，德国政府必须构建适当的政治框架，以便确保实现加速淘汰燃煤发电。为促进实现这一目标，德国也需要扶持新的电力市场，为可再生能源发电和低排放技术投资给予优惠，或者引入二氧化碳排放低限价。
以“小”制“大”：美国电力网络中的微电网
相比传统系统，智能微电网可以令分布式发电设施的运行更可靠高效。西门子正在参与一项纽约州的社区能源弹性基金项目，并为加州的一个印第安保留地优化发电。
西门子正与美国客户携手合作，让发电设施靠近用电场所。这一举措增加了电网中分布式能源所占比例。许多主要用电客户，如军事基地、大学、大型商业场所等，都希望投资建设现场发电设施。对这些客户来说，拥有距离较近且能由供电方独立控制的发电设施能够带来更高的供应弹性和能源安全性。而微电网设计和控制软件可以轻松集成并优化现有的能源基础设施、可再生能源发电及用电场所的功能，为未来电网扩张提供了具有延展性的基础设施布局。
西门子致力于分布式能源和微电网的开发，并已在纽约州的微电网基金项目中获得了17个奖项。纽约州州长科莫已拨出3000多万美元的专款用于该州的社区能源供应弹性微电网项目。在项目阶段，西门子携手合作伙伴咨询公司booz allen hamilton以及软件公司power analytics对微电网的技术及商业可行性开发进行投资。对这些智能电力网络进行评估将有助于相关方为社区提供更清洁、可靠和经济的电能。
更灵活且易调控的微电网
美国拥有总长约1060万公里的电力线，其中一些已有近百岁“高龄”。这些电力线路的总长是德国电力线路总长（约180万公里）的5倍以上。因此，监控并确保大型电网的稳定性不仅非常耗时，而且成本高昂。这些成本终将由用户承担。相比传统系统，独立的微电网更为灵活且易于调控，因为它们不会受到附近电网波动的影响。
利用美国xebec公司的变压吸附系统将沼气升级为纯氢的设施。图片由blue lake rancheria提供。
纽约州能源研究和开发署（nyserda）负责管理该州的微电网项目。项目共分为三个阶段：可行性研究阶段、详细设计阶段和项目实施阶段。阶段旨在评估微电网解决方案的技术可行性以及商业可行性。在此阶段，项目小组将会提出优秀发电方式与装机容量，确定必要的电网基础设施升级，列出供电方扮演的角色及微电网解决方案的成本。这一阶段的研究将讨论微电网中分布式可再生能源（如光伏和生物气设施）的使用与优化管理，这也将有助于提升分布式能源在电网中所占比例。阶段的可行性研究预计将在2016年季度完成。
适用于所有社区的智能微电网
2016年秋季，一套微电网将在美国的一块印第安保留地内投入运营。这块微电网位于加州的blue lake rancheria，由西门子与同在加州的洪堡州立大学schatz能源研究中心和电力公司pacific gas & electric合作开发。该微电网很快将向保留地内的建筑物供电，覆盖建筑包括酒店、赌场和占地0.4平方公里的红十字会紧急避难所。
为了生产环保电力，该微电网将加入一套输出为0.5 mw的光伏阵列、一套生物质设施、柴油发电机和工作容量为950 kwh的电池储能系统。该光伏阵列是加州洪堡县大的光伏阵列，每年将能够减少约150吨的二氧化碳排放。
西门子主要负责指导保留地内微电网的电力和热能供应系统的系统架构设计。西门子充分考虑了场地内不同的需求及特殊要求，包括地理位置和不同负载规模等。系统架构将支持可再生能源发电及对电力基础设施组件的高级控制。
在blue lake rancheria，西门子将提供为关键的微电网系统组件之一——控制软件。西门子充分利用了它在电力设施控制中心软件领域的专业知识，开发出优秀的微电网控制解决方案以满足微电网客户的特定需求。该软件负责系统的管理和控制，并可以实现预期益处。
无需全天候值守人员
西门子spectrum power microgrid management软件解决方案的一大优势是令微电网运行无需全天候值守人员。微电网内的所有基础设施（包括发电和电网组件）都通过该软件的scada平台进行监控和控制。scada平台是一套计算机系统，它能够快速整合、储存、通信并实时提供所有数据。简而言之，该网络控制系统能够执行控制任务并优化微电网的能源管理。高级控制功能（如天气和负载预测）可以完成对发电和用电情况的预测，实现以降低成本或减排为主的优秀系统平衡。西门子先进的微电网软件提供了一个灵活、可扩展的平台，以动态、节能的方式控制分布式发电和储能系统。该软件可使系统快速应对干扰并与当地电力公司进行通信，降低保留地的停电风险。
对电网来说，先进的控制系统非常重要，因为风能和太阳能等可再生能源在电网中所占比重的不断提升正在带来更大的电网波动，并提高了用于确保可靠电力供应的成本。另外，“产销合一者”越来越多。“产销合一者”包括在使用电力的同时也向电网输送电力的楼宇或电动车等。它们需要作为分散的单元被整合到电网内。尽管能源结构日趋复杂，西门子正在开发微电网，以确保能源得到高效的传输和分配。