中國儲能網(wǎng)訊：電氣化和能源管理技術(shù)的進(jìn)步正在引發(fā)電力領(lǐng)域的科技創(chuàng)新。了解能源、消費和能源系統(tǒng)設(shè)計方面的趨勢如何推動能源意識和控制的新時代。
在技術(shù)進(jìn)步和能源領(lǐng)域的投資不斷融合的推動下，正在醞釀一場的科技創(chuàng)新。
是什么引領(lǐng)了科技創(chuàng)新？
電池技術(shù)現(xiàn)在能支持一系列應(yīng)用，從為電動汽車 (EV) 供電到儲存能量以供最需要的時候使用。
政府正在對EV充電基礎(chǔ)設(shè)施、電網(wǎng)現(xiàn)代化、農(nóng)村連通和發(fā)展中部落進(jìn)行投資。
從工作場所到家庭，人們對能源使用的認(rèn)識越來越高，突顯出替代能源的重要性。
物聯(lián)網(wǎng) (IoT)、5G 網(wǎng)絡(luò)和不斷發(fā)展的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)正在將一度截然不同的系統(tǒng)和設(shè)備結(jié)合在一起。
人工智能 (AI) 和機器學(xué)習(xí) (ML) 正在將實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為實時、自動化的和自我優(yōu)化的決策。
在這場變革中，出現(xiàn)了兩個主要且密切相關(guān)的主題：電氣化和能源管理。在電氣化方面，使用傳統(tǒng)燃料來源的技術(shù)正由可再生能源驅(qū)動的等效系統(tǒng)補充或取代。另一方面，能源管理是指能量的儲存、監(jiān)測和分配。支持這些主題的是一系列相關(guān)應(yīng)用，這些應(yīng)用可能不一定涉及可再生能源，但卻是更好地控制能量消費的創(chuàng)新方式，如智能儀表。
電氣化和能源管理技術(shù)方面的最新趨勢是根據(jù)能源格局的三個結(jié)構(gòu)性變化：即能量生產(chǎn)，消費方面以及技術(shù)本身發(fā)生的轉(zhuǎn)變。
能源端的趨勢
利用智能技術(shù)實現(xiàn)電網(wǎng)現(xiàn)代化
第一個主要變化出現(xiàn)在能源生產(chǎn)方面。圍繞傳統(tǒng)發(fā)電廠建造的老化基礎(chǔ)設(shè)施正在轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代電氣化網(wǎng)絡(luò)或智能電網(wǎng)，輔以可再生能源，并由各種傳感器組成，用以密切監(jiān)測使用情況，并在系統(tǒng)故障成為更嚴(yán)重的問題之前將其識別出來。這是一個很關(guān)鍵的要求。
智能電網(wǎng)平衡了傳統(tǒng)能源和可再生能源的優(yōu)勢。太陽能和風(fēng)能等可再生能源存在周期性低谷，所以將電池儲能系統(tǒng) (BESS) 納入更廣范圍的電網(wǎng)，用來捕獲剩余能量以供日后使用。由于總消耗根據(jù)自身的節(jié)奏也有周期性，存在高峰和非高峰使用階段，因此智能電網(wǎng)可以在最需要的地方、在最需要的時候以及從什么來源分配能量。這些來源可能是傳統(tǒng)能量、可再生的能量或儲存的能量。AI 和ML越來越多的融入讓智能電網(wǎng)使得可以更快地對使用趨勢、斷供或其他故障作出反應(yīng)。
利用DER和微電網(wǎng)創(chuàng)建能量島
電網(wǎng)現(xiàn)代化的未來在于采用分布式方法。分布式能源 (DER) 是一種小規(guī)模能量生成方式，通常位于消費點附近。DER可能涉及柴油發(fā)電機等傳統(tǒng)燃料來源、太陽能面板或電池儲能等可再生能源。結(jié)合其他DER使用時，產(chǎn)出量可能很大，并能抵消甚至在生產(chǎn)上超過傳統(tǒng)來源。DER的例子包括家庭能源管理系統(tǒng)，其中大多數(shù)直接與電網(wǎng)連接。EV充電基礎(chǔ)設(shè)施也可以包含DER，從而充分利用充電站的太陽能面板，以減少從電網(wǎng)本身取電的需求。總體而言，DER可幫助減少電網(wǎng)壓力，避免長距離配電基礎(chǔ)設(shè)施較高的成本。
分布式能源可以整合成微電網(wǎng)——電網(wǎng)故障時電網(wǎng)中形成自主供電島的部分。舉例來說，一個微電網(wǎng)可以覆蓋一個小型社區(qū)、醫(yī)院或工業(yè)園區(qū)。停電時，微電網(wǎng)中的DER將接管電力生產(chǎn)，從而保持電力流向接入微電網(wǎng)的任何設(shè)備。
電力和信號方面的連通性對微電網(wǎng)的安全和成功運行至關(guān)重要。電網(wǎng)的某些部分在孤島化后重新接入會帶來設(shè)備損壞和人員受傷的風(fēng)險，例如當(dāng)工人不知道設(shè)備是否斷電時造成的風(fēng)險。微電網(wǎng)正在以為數(shù)據(jù)中心等單一結(jié)構(gòu)供電的納米電網(wǎng)形式向更小的方向發(fā)展。
消費端的趨勢
通過智能監(jiān)控獲得洞見
能源生成端并不是能源創(chuàng)新的唯一表現(xiàn)形式。消費端在經(jīng)歷著重大變化。
智能電表是智能電網(wǎng)的延伸，可實現(xiàn)用電者和供電者之間的雙向通信。這些電表向家庭、企業(yè)和政府顯示他們每分鐘用電情況的高分辨率圖像，并能引發(fā)所謂的能源意識。通過密切監(jiān)測電信號輸出，浪費性活動就被能消除并被更高效的作業(yè)取代。
智能計量在數(shù)據(jù)中心變得越來越重要，即便是最輕微的停電也可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或中斷。當(dāng)與開關(guān)柜和不間斷電源（快速將電源切換到備用電源并利用電池來維持一致、清潔的電力流）等技術(shù)相結(jié)合時，智能電表在保持?jǐn)?shù)據(jù)服務(wù)在線方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。
能源管理系統(tǒng) (EMS) 與智能電表相似，是電池儲能系統(tǒng) (BESS) 的智能監(jiān)控解決方案。EMS提供用戶體驗，讓房主、企業(yè)經(jīng)營者和服務(wù)提供商人員能夠深入了解 BESS并對其進(jìn)行用戶友好的控制。
通過需求響應(yīng)計劃減少耗電量
為努力減少老化基礎(chǔ)設(shè)施的壓力并最大程度降低成本，電力供應(yīng)商已經(jīng)開始推出需求響應(yīng)計劃，這樣，消費者可以根據(jù)高峰和非高峰時段調(diào)整能源用量，通常是為了獲得經(jīng)濟激勵。舉例來說，智能電器和家用設(shè)備（如恒溫器）的出現(xiàn)能讓供應(yīng)商直接控制客戶的系統(tǒng)，減少空調(diào)運行時間。現(xiàn)在，借助AI和ML，供應(yīng)商和客戶都可以更快地預(yù)測用電高峰期并相應(yīng)地做出反應(yīng)。
能量儲存設(shè)計趨勢
這場能源創(chuàng)新是否能成功取決于所用系統(tǒng)和設(shè)備的質(zhì)量和可靠性。在電力方面，故障可能是災(zāi)難性的，還可能由于公眾的看法而限制采用。以下是為確保成功部署能源技術(shù)，設(shè)計趨勢將發(fā)生幾種改變。
創(chuàng)建更安全的電池管理方法
電池技術(shù)方面新的重點已為設(shè)計工程師和集成商帶來了許多機會，以推動效率、安全性和形式方面的進(jìn)步。有效的電池管理考慮了儲能方面的一系列不同問題，尤其是熱方面的考慮。在處理高能耗吞吐量應(yīng)用時，熱量是一個特別的挑戰(zhàn)。對于鋰電池儲能解決方案，不受控制的熱量或系統(tǒng)故障會引起熱擊穿，帶來火災(zāi)或放氣等重大安全風(fēng)險。
為此，已經(jīng)制定UL 9540A等測試標(biāo)準(zhǔn)和NFPA 855等安裝標(biāo)準(zhǔn)，以減輕與儲能系統(tǒng) (ESS) 有關(guān)的危害。熱材料和大功率互聯(lián)解決方案的其他進(jìn)展，確保了電力以成功運行所需的質(zhì)量和性能得到安全傳輸。EMS提供的控制和AI的響應(yīng)能力可以行動起來，提醒系統(tǒng)所有者電池狀況和潛在問題。
融合最新的電源連接技術(shù)
如上所述，大功率互連解決方案可幫助創(chuàng)建更安全的電池管理環(huán)境。不過，它還不止于此。這些解決方案還能確保整個電氣化和能源管理生態(tài)系統(tǒng)按照希望的那樣運行。
Molex 莫仕的Busbars和大功率連接器解決方案可確保大電流安全地通過各組件而不會犧牲性能或可靠性。但并非所有應(yīng)用在創(chuàng)建時都是平等的，許多系統(tǒng)受到空間的限制或暴露在惡劣的環(huán)境條件下，例如風(fēng)力渦輪機、屋頂太陽能電池陣列、試圖盡可能多安裝服務(wù)器的數(shù)據(jù)中心或遠(yuǎn)程變電站。元件小型化方面的進(jìn)展確保了空間不會被浪費，即便功率較大的應(yīng)用需要較大的連接器間距（插針中心之間的距離）。同時，密封和鎖定機制可防止異物進(jìn)入和振動損壞，從而避免零部件失效的風(fēng)險。
預(yù)測未來的表現(xiàn)
數(shù)字孿生技術(shù)在能源應(yīng)用場合用于壓力測試，以便為意外情況做好準(zhǔn)備和用來預(yù)測系統(tǒng)壽命。數(shù)字孿生技術(shù)由歷史數(shù)據(jù)、ML算法和最新的AI技術(shù)提供支持，為設(shè)計者和運營商提供了在現(xiàn)實世界場景之外前所未有的洞察力。
類似的技術(shù)現(xiàn)在正被應(yīng)用到組件級別，例如結(jié)合連接器使用。Molex莫仕自己的工程團隊利用數(shù)據(jù)驅(qū)動的預(yù)測工程來簡化團隊之間以及與我們客戶的合作，減少物理原型設(shè)計，確保投產(chǎn)前的性能和可靠性。
通往未來的指南
電氣化和能源管理應(yīng)用通常會進(jìn)入動態(tài)且可能未知的領(lǐng)域。隨著EV充電基礎(chǔ)設(shè)施拓展，醫(yī)院和數(shù)據(jù)中心等關(guān)鍵系統(tǒng)需要更多安全保障裝置，隨著家庭變得越來越依靠能源，智能電網(wǎng)和電池儲能技術(shù)的快速發(fā)展將持續(xù)下去。
Molex莫仕在互連解決方案、全球制造和分銷業(yè)務(wù)方面80年的創(chuàng)新傳統(tǒng)，以及無與倫比的跨學(xué)科工程專業(yè)知識，可幫助將能源解決方案變?yōu)楝F(xiàn)實。我們的快速原型設(shè)計能力得到了預(yù)測工程能力和一站式全球可靠性實驗室的支持，實驗室為熱性能、在環(huán)境中的持久性、現(xiàn)場故障等提供了廣泛的設(shè)計和測試支持。無論是現(xiàn)成的連接器還是定制的電纜組件，我們都有現(xiàn)成的資源來提供相互受益的客戶體驗。
