【導讀】未來(lái)的幾十年，隨著(zhù)全球人口持續上升以及各國的發(fā)展和經(jīng)濟增長(cháng)，預計能源需求將會(huì )更加旺盛。在這一轉型過(guò)程中，為滿(mǎn)足日益增長(cháng)的需求，同時(shí)解決氣候問(wèn)題，加快清潔可再生能源的供應至關(guān)重要，因為能源獲取影響著(zhù)全球經(jīng)濟以及所有人的福祉和安全。只有通過(guò)高效的能源管理、轉換和存儲，我們才能充分利用每一縷陽(yáng)光或每一陣風(fēng)，從而可靠地管理電網(wǎng)，推動(dòng)經(jīng)濟增長(cháng)，并幫助確保地球的健康。
未來(lái)的幾十年，隨著(zhù)全球人口持續上升以及各國的發(fā)展和經(jīng)濟增長(cháng)，預計能源需求將會(huì )更加旺盛。在這一轉型過(guò)程中，為滿(mǎn)足日益增長(cháng)的需求，同時(shí)解決氣候問(wèn)題，加快清潔可再生能源的供應至關(guān)重要，因為能源獲取影響著(zhù)全球經(jīng)濟以及所有人的福祉和安全。只有通過(guò)高效的能源管理、轉換和存儲，我們才能充分利用每一縷陽(yáng)光或每一陣風(fēng)，從而可靠地管理電網(wǎng)，推動(dòng)經(jīng)濟增長(cháng)，并幫助確保地球的健康。
管理、轉換和存儲是支撐現代電網(wǎng)必然演進(jìn)趨勢的基礎，而電氣化則基于現代電網(wǎng)來(lái)實(shí)現。打個(gè)比方，如果從金錢(qián)的角度來(lái)思考。人們需要對其進(jìn)行管理：檢查、跟蹤和預測當前及未來(lái)的余額；進(jìn)行轉換：旅行時(shí)，通過(guò)電子外匯，從瑞士法郎兌換成日元，再兌換成美元；以及存儲：存入儲蓄銀行，供日后收入下降、資金短缺或出現新需求時(shí)使用。與金錢(qián)一樣，管理、轉換和存儲的概念提供了可跟蹤性、靈活性和安全性。
集中式電網(wǎng)
100多年前1，電網(wǎng)發(fā)展為中心輻射模式。2在這種模式下，電力由大型集中式發(fā)電廠(chǎng)（通常使用化石燃料）的一些實(shí)體產(chǎn)生和控制。然后，電力通過(guò)輸電線(xiàn)路遠距離輸送到配電網(wǎng)絡(luò )。在該架構中，能源向一個(gè)方向流動(dòng)——從發(fā)電站到變電站和輸電線(xiàn)，最后輸送至最終用戶(hù)。該模式可實(shí)現一定的規模經(jīng)濟效益，但也面臨不少挑戰，例如效率不高，易受干擾，并且整合可再生能源的能力有限。
分布式電網(wǎng)
我們已從集中式發(fā)電站轉變?yōu)榉植际娇稍偕茉础?這是一個(gè)深度互連的網(wǎng)絡(luò )，其特點(diǎn)是向配電網(wǎng)供電的發(fā)電機規模較小且分布廣泛。分布式結構實(shí)現了雙向電力流動(dòng)，其中，最終消費者成為產(chǎn)消者*，并將多余電力送回電網(wǎng)，因此有必要發(fā)展新能源市場(chǎng)。如果處理得當，分布式結構可提高能源彈性4 ，并減少傳輸損耗。5這需要投資基礎設施，并在小型發(fā)電機之間協(xié)調。
由于分布式可再生能源日益普及，電能的高效管理、轉換和存儲對于電網(wǎng)的成功運營(yíng)和實(shí)現社會(huì )的可持續電氣化發(fā)揮著(zhù)更加重要的作用。
管理
準確測量、監控和管理電網(wǎng)資產(chǎn)、電氣化基礎設施和能源流動(dòng)。
轉換
在能源發(fā)電、存儲、分配和利用過(guò)程中，從交流電高效地轉換為直流電，以及高效地電壓變換。
存儲
通過(guò)分布式儲能系統(ESS)實(shí)現可靠、安全的能源存儲、運輸和供應，隨時(shí)隨地提供電力。
管理
“要增強電網(wǎng)智能、彈性和安全性，離不開(kāi)能源管理?！薄狣ermot O'Keeffe，ADI智能電網(wǎng)解決方案產(chǎn)品線(xiàn)總監。
高效的電力管理確保優(yōu)化分配和利用電力資源。通過(guò)采用智能電網(wǎng)技術(shù)，電力公司可實(shí)時(shí)監測和控制電流，從而減少浪費6 和停電7，同時(shí)有助于為工業(yè)流程、商業(yè)運營(yíng)和日常生活提供更可靠的電力供應。實(shí)時(shí)數據以及從該數據中獲得的可行見(jiàn)解對于開(kāi)發(fā)新系統和服務(wù)、培養能源市場(chǎng)至關(guān)重要。隨著(zhù)能源、需求模式和新興技術(shù)越來(lái)越復雜并且不斷整合，高效管理至關(guān)重要。正確的電網(wǎng)管理能夠優(yōu)化電力分配，最大限度減少傳輸損耗并確保電力以經(jīng)濟高效的方式輸送給最終用戶(hù)。
轉換
“當電力流過(guò)電網(wǎng)時(shí)，從發(fā)電到輸電，到儲電，再到其目的地，比如電動(dòng)汽車(chē)電機驅動(dòng)器，電力多次從交流轉換為直流、從直流轉換為交流，并從直流轉換為直流?！薄猇italy Goltsberg，ADI能源轉換解決方案產(chǎn)品線(xiàn)總監。
太陽(yáng)能板和風(fēng)輪機等可再生能源產(chǎn)生直流電。因此，要促進(jìn)可再生能源高效并入電網(wǎng)，將直流轉換為交流（然后再轉換回來(lái)）以及在直流電壓之間進(jìn)行轉換的高效能源轉換技術(shù)至關(guān)重要。隨著(zhù)越來(lái)越多的此類(lèi)轉換系統（稱(chēng)為逆變器）投入使用，我們有機會(huì )開(kāi)發(fā)更智能、對電網(wǎng)狀態(tài)的響應更靈敏的控制器。
各國的能源目標差異很大，美國設定的目標是，到2030年，80%的電力來(lái)自可再生能源8，由太陽(yáng)能和風(fēng)能等異步或基于逆變器的能源產(chǎn)生。針對基于逆變器的無(wú)縫資源采用混合動(dòng)力系統，目前還沒(méi)有成熟經(jīng)驗。9ADI公司汽車(chē)電氣化和能源營(yíng)銷(xiāo)總監David Ryan表示：“這讓我們感受到我們所面臨的不確定性和挑戰。在這種情況下，我們必須依靠經(jīng)驗和技術(shù)專(zhuān)業(yè)知識來(lái)解決挑戰，并制定可行的解決方案?！?br style="padding: 0px; margin: 0px auto;"/>
存儲
“要向基于可再生能源的分布式電網(wǎng)轉變，存儲技術(shù)需要實(shí)現巨大飛躍?！薄狢onnor Power，ADI儲能解決方案產(chǎn)品線(xiàn)總監。
儲能是未來(lái)電氣化格局的基石。借助電池和其他存儲技術(shù)，能夠做到在低需求時(shí)段捕獲和存儲多余電力，以備在高需求時(shí)段釋放。
儲能系統可避免電網(wǎng)過(guò)載和崩潰的風(fēng)險，從而節省數十億美元。此外，通過(guò)提供電池——相當于燃料的儲氣罐或煤炭的儲存倉庫——ESS可以輕松從容地應對需求突變。分布式發(fā)電站可將儲存的多余電力送回電網(wǎng)，從而實(shí)現新的能源交易商業(yè)模式。
電池管理系統(BMS)是ESS的基礎，為充分確保電池的健康狀況、延長(cháng)壽命并實(shí)現電池的再利用和回收，了解電池的充電情況和完整生命周期至關(guān)重要。BMS可精確測量和監控單個(gè)電池單元，提供有關(guān)電壓和電流的信息，從而提高系統的容量、能源利用率和生命周期價(jià)值。
電網(wǎng)對高級能源管理、轉換和存儲解決方案的需求不斷增長(cháng)
美國國家可再生能源實(shí)驗室表示，“當今商業(yè)化技術(shù)所實(shí)現的可再生能源發(fā)電，再加上更靈活的電力系統，足以滿(mǎn)足2050年美國總發(fā)電量的80%（而不是現在的20%）?！?0屆時(shí)，電子（電力）將需要先進(jìn)的方法和技術(shù)，以便在管理、轉換和存儲時(shí)實(shí)現更高的精度和可靠性。下面是主要示例。
監控對于深入了解用電量模式和電網(wǎng)性能至關(guān)重要。通過(guò)持續監控用電量（和發(fā)電量），電力公司可幫助識別高峰需求時(shí)段，檢測低效率，并制定數據驅動(dòng)型決策，以幫助優(yōu)化電網(wǎng)運營(yíng)并減少停電的可能性。11
智能計量通過(guò)提供實(shí)時(shí)數據并允許在個(gè)人消費者層面做出關(guān)于用電的決策，將監控提升至全新的水平。智能計量有助于實(shí)現動(dòng)態(tài)定價(jià)模型，鼓勵消費者將用電時(shí)間轉移到便宜的非高峰時(shí)段。通過(guò)精確監控流入和流出電網(wǎng)的電力，可確保準確計費。12
因此，可以培養新市場(chǎng)，有助于實(shí)現可再生能源的順利整合。13這些市場(chǎng)成功的關(guān)鍵在于能源流動(dòng)的實(shí)時(shí)透明度、準確測量和跟蹤——如果無(wú)法測量，就無(wú)法交易。
需求側管理策略使用分時(shí)定價(jià)、智能家電、電動(dòng)汽車(chē)充電和其他節能技術(shù)來(lái)管理和幫助減少用電量。14
智能電網(wǎng)技術(shù)將先進(jìn)的傳感、通信和控制系統集成在一起，以便監控實(shí)時(shí)電網(wǎng)性能。該技術(shù)可實(shí)現高效的負載均衡、需求響應計劃和故障檢測，從而盡可能減少能源浪費并提高電網(wǎng)可靠性。
通過(guò)分布式電網(wǎng)各個(gè)組件之間的互連和通信，分布式能源資源(DER)、儲能系統和需求響應機制能夠協(xié)調工作，這有助于提高電網(wǎng)彈性、節省成本并提升能源效率。15–18
微電網(wǎng)是新興分布式電網(wǎng)模式的一部分。這些小規模清潔能源系統旨在發(fā)電、儲電和向特定區域或社區分配電力，它們可以獨立運行或聯(lián)合運行以向主電網(wǎng)供電。
對合作伙伴關(guān)系和透明度的需求
清潔能源行業(yè)需要各級合作，以減少效率低下的情況，同時(shí)增加數據收集點(diǎn)和數據收集頻率。首先實(shí)現整個(gè)電網(wǎng)基礎設施的透明度——從宏觀(guān)網(wǎng)絡(luò )層面，到覆蓋網(wǎng)絡(luò )的微節點(diǎn)，以及供應、需求和儲能路線(xiàn)中的實(shí)時(shí)能源流動(dòng)。
透明度激活數據，數據賦予洞察力。通過(guò)調整管理、轉換和存儲技術(shù)，圍繞電網(wǎng)中各節點(diǎn)構建信息生態(tài)系統對我們的能源未來(lái)至關(guān)重要。
加速轉型
許多幾十年前設計的輸配電系統已不再適合如今的分布式可再生能源。要想實(shí)現靈活的能源分配，優(yōu)化可再生能源并加速脫碳，利用智能電網(wǎng)技術(shù)對電網(wǎng)進(jìn)行升級和現代化改造至關(guān)重要。這些技術(shù)還有助于提高運營(yíng)效率，改善客戶(hù)服務(wù)并快速準確地檢測故障。19智能邊緣資產(chǎn)也必不可少，這些資產(chǎn)能夠自我優(yōu)化，更加自立，支持實(shí)時(shí)決策，旨在充分提高效率，減少電網(wǎng)故障/崩潰，并在所有點(diǎn)提供能源流動(dòng)的透明度。
管理、轉換和存儲技術(shù)可提高能源效率，優(yōu)化能源利用率，實(shí)現可再生能源的無(wú)縫整合，并增強分布式電網(wǎng)的整體穩定性與可靠性。通過(guò)采用這些技術(shù)和進(jìn)展，我們可以加速向可持續未來(lái)轉變，提高能源安全性，實(shí)現更清潔、更健康的世界。
參考文獻
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17 Pooja Shah?！半娋W(wǎng)遭遇考驗：儲能如何成為可靠電網(wǎng)的關(guān)鍵?！盌et Norske Veritas集團(DNV)。
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（來(lái)源：ADI公司，作者：Nitin Sharma, 可持續能源總經(jīng)理，David Ryan, 可再生能源總監）
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