贸泽与你大咖说 聚焦能源转型绿色“支点”：“光储充”是未来主力军 大厂有哪些杀手锏？
发布于2024-11-18
从木柴到煤炭，从煤炭到油气，人类已经完成了两次能源转换。现在，我们进入了向清洁能源转换的新阶段，全球都在推动“碳达峰、碳中和”的目标。EMBER 统计显示，超过 120 个国家和地区已经提出了碳中和目标。发展清洁能源和优化能源结构是实现碳中和的关键。
这是一场能源转型，也是新一轮技术革命。一系列产业和技术层面的“破”与“立”，正随着这场迈向绿色清洁能源的脱碳之旅而全面开启。
这其中，哪些电子设备和元器件起着关键作用？光储充系统的应用方案如何部署？能源物联网的实现要从哪些角度切入？今年最新一期的贸泽与你大咖说（TECH TALK），我们携手Analog Devices 和菲尼克斯电气，从能源行业的变革入手，聚焦撬动绿色地球的各个技术支点。3个小时的直播中，大咖嘉宾与在线的广大工程师们从信号链、电能检查、电池管理到储能链接技术和能源物联网的系统级方案，展开了深入探讨。
本文是对这次直播中提到的技术和市场趋势的亮点总结和抛砖引玉。更详细的新能源技术方案和内容，请看这一篇：《能源转型，智能科技撬动绿色地球——ADI、菲尼克斯电气可再生能源解决方案详解》以及直播视频回放。
趋势一：“光储充”一体化是未来方向
目前，全球范围内正加大对风光储充技术的研究与投资。风光储一体化协同发展已经是未来新能源领域的重要组成部分，也是主流方向。同时，随着全面数字化、光储一体以及AI驱动升级等技术的应用，风光储充系统的管理和运行也将更加智能、高效，为全球新能源转型作出贡献。
以中国为例，在“3060碳达峰和碳中和”的目标下，“十四五”规划有新布局，关键指标包括：单位GDP能源消耗降低13.5%；单位GDP二氧化碳排放降低18%；能源综合生产能力大于46亿吨标准煤。
这就意味着我们需要从能源流通的各个环节——发电、输电、配电、用电侧——去做创新和突破。比如，在发电环节，要从传统的火力发电为主，引入更多的水电、风电以及太阳能；在输配电环节，利用特高压输电，智能变电站及配电自动化技术、智能电表等提升电网的效率和灵活度。而储能技术在各个环节都起着重要作用。
ADI指出，未来电网的变化及趋势是，越来越多的应用场景会用到储能系统（ESS，Energy Storage System）——比如，在发电侧进行调频，以及在动态的间歇做一些电源备份；在输电、配电侧，则起到间歇调控的功能，以及实现能源的切换；在用电侧，比如住宅场景，储能技术可以和光伏、充电桩等相结合。
菲尼克斯电气在可再生能源上近年来重点关注的方向是光伏发电和风力发电；在储能应用方面，以户用储能（Residential Storage System）和工商业储能（Commercial Storage System）为主，还包括电网储能系统（Utility Storage Systems）。除此之外，菲尼克斯电气还在关注着面向未来的氢能/清洁燃料电池（Green Hydrogen & Power2X）。
针对能源物联网以及充换电应用的新思路
国际能源总署（IEA）近期的一份报告中就指出，电网和电力储存一直是制约清洁能源转型的重要因素。因为向清洁能源转型，意味着需要更多利用风能和太阳能等清洁能源发电，庞大的能量转换、存储和分配输送的需求，给电网持续带来压力。而要提高电网的弹性和可靠性，智能电网技术发挥着关键作用。
由此可以看出，能源是主战场，电力是主力军。而电力物联网作为新兴的电网自动化系统，正逐步助力实现传统电网向能源互联网的升级，业界正在不断地寻找并应用新方法、新技术来支撑电力物联网配电系统的安全、可靠、优质、高效运行，ADI针对电力物联网对智能感知应用的需求，加强状态监测与环境监测，确保配电设备安全，基于MEMS加速计、惯导单元以及温度传感等组合，可以实现输电线的安全监测。
大厂创新方案和设计应用Tips：
Tip 1. 未来市场，大功率直流充电桩与储能结合
ADI指出，现在充电桩方案中基本上都会有配套的储能需求。随着充电桩本身开始向大功率（300KW以上）发展，这样可以实现充电时间更快，但也意味着更大的充电电流（80A以上）和更高的电压（800V或更高的电压等级）。配合储能，则可以提供调峰、电网平衡等一些补充功能。这其中，ADI可以提供比较丰富的产品，包括隔离栅极驱动、隔离通信以及电源管理、BMS+均衡的芯片方案等。
“光储充一体化+充电堆”无疑是未来趋势。将光伏面板、储能和充电桩结合在一起，将成为未来典型的充电应用场景。ADI的功率转换系统（PCS）和电池管理系统（BMS）方案可以应用于不同类型的储能系统及应用场景中。
Tip 2. 电池管理系统BMS在储能系统（ESS）中的重要角色
BMS是ESS中的关键部分，它可以确保ESS中的固态电池在恶劣的条件下安全、可靠运行。具体来说，BMS可以确定电池容量、充电状态（SOC）/健康状态（SOH）的计算，管理每个电池状态以延长电池寿命。优秀的电池管理能够帮助实现电池的安全工作运行和最大化的电池容量使用，而工作状态良好的电池模组能保证BESS更长的工作年限，甚至是长达15年至20年。
ADI的BMS方案利用多节电池堆监控器以及隔离式SPI或无线通信实施方案，提供高精度电压监测、电流监测和电池平衡，通过监视、控制和确保整个电池系统在使用期间的可靠充放电。核心优势包括：通过监测和均衡电池来最大化电池容量、多通道电池管理、菊花链架构让系统更简洁以及功能安全诊断及系统级设计等。
Tip 3 储能连接器技术和应用，聚焦储能电池PACK内外连接
对于整个电力系统及其电力装置而言，连接的安全性、可靠性和抗老化性是非常重要的。尤其到了新能源时代，发电装置、存储装置、用电设备中，连接更是非常关键的环节。
菲尼克斯电气强调，与普通连接器相比，储能连接器更注重在高压大电流环境下工作的安全性和稳定性，而普通连接器则更多地用于日常电子设备中的信号和电力传输。
电池储能（BESS）作为能量储存的载体，为电网提供平滑过渡、削峰填谷、调频调压等功能，主要由储能电池模组、监控系统、电池管理、逆变器和传感器等构成，相比起其它的应用器件来说，储能系统有一个特别之处在于，对连接器的数量、种类和技术要求更高。
Tip 4. 电能质量监测在新型电力系统中重要性日显
新型能源系统对电能质量监测的需求来自于分布式发电、边缘计算及电能计量、电能质量生态系统等多个方面，并可实现边缘计算监控配电网络的电能质量等。为应对新型电力系统的电能质量监测需求的变化，ADI多通道多功能计量模拟前端ADE9430是高精度、多相电能和电源质量监控器，可以实现三相电能计量、40次的谐波检测及各种电能质量要求的信号调理及检测输出，并以软件库的形式实现了电能质量检测和分析的各类功能，包括电能计量、谐波分析、闪变和三相不平衡等。
结语：
显而易见，随着新能源领域的深入发展，能量收集与存储、高效电力转换、能源监测、智能充电等核心技术的重要性日益凸显。在国家电网编写的《新型电力系统与新型能源体系》一书中指出，新型能源体系中的储能、综合能源、能源互联网等产业规模也将达到万亿元级别。而作为基础技术支撑的电子电力和信息产业，在能源转换与智能革命的两股力量共同推动下，也有望迎来新一轮的绿色增长。