能源有限！智能電網(wǎng)基礎(chǔ)解讀

　　作者：安森美半導(dǎo)體產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理Matt Tyler

　　摘要：近年來(lái)，智能電網(wǎng)已經(jīng)成為業(yè)界探討的熱鬧話題。如今，智能電網(wǎng)所有的構(gòu)建模塊都已存在：環(huán)境光傳感器、無(wú)源紅外占用情況檢測(cè)器、射頻、低成本省電技術(shù)及高性能照明控制等。下一代方案將把多種功能集成到單個(gè)成本優(yōu)化的器件之中。這種程度的自動(dòng)化將信息置于用戶的指尖，能夠優(yōu)化電能需求曲線，同時(shí)還降低總用電量。智能電網(wǎng)將為用戶提供控制及信息，以維持設(shè)備、優(yōu)化負(fù)載活動(dòng)時(shí)間，同時(shí)為提供凈成本優(yōu)勢(shì)。

　　智能電網(wǎng)已經(jīng)成為業(yè)界探討的熱門(mén)話題，密集的設(shè)計(jì)及營(yíng)銷活動(dòng)已經(jīng)持續(xù)多年。隨著智能電網(wǎng)的演進(jìn)，差不多每個(gè)技術(shù)供應(yīng)商都爭(zhēng)相生產(chǎn)順應(yīng)這復(fù)雜議題的方案。如果我們抽離自動(dòng)化及新穎產(chǎn)品問(wèn)題，我們就面臨一項(xiàng)關(guān)鍵問(wèn)題：“智能電網(wǎng)的發(fā)展動(dòng)力是什么？”有一個(gè)非?；A(chǔ)的關(guān)鍵問(wèn)題：能源有限。近年來(lái)的全球事態(tài)還加劇了這個(gè)問(wèn)題：核電生產(chǎn)受歡迎程度下降，采煤成本高昂且危險(xiǎn)，西方經(jīng)濟(jì)體太過(guò)于依賴石油，而且并非每個(gè)國(guó)家都有可靠的天然氣供應(yīng)。電能生產(chǎn)商無(wú)法存儲(chǔ)其產(chǎn)品，使這個(gè)問(wèn)題更趨復(fù)雜，限制了他們回應(yīng)總需求增加的能力。因此，讓需求曲線平滑起來(lái)且提升總體能效就極為重要。為了實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，電能生產(chǎn)商積極致力于架設(shè)必要的基礎(chǔ)設(shè)施，來(lái)配合分級(jí)計(jì)費(fèi)（一天中不同時(shí)間點(diǎn)的電價(jià)不同）。這個(gè)話題也許熱門(mén)，也許不熱門(mén)；但是，分級(jí)計(jì)費(fèi)不可避免。因此，智能電網(wǎng)既是問(wèn)題所在，也是解決方案。

　　啟用智能電網(wǎng)的技術(shù)

　　高能效電器、照明、供暖通風(fēng)空調(diào)（HVAC），甚至是電視，都是全球經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)型細(xì)分市場(chǎng)中的幾個(gè)示例。電冰箱用電量約占平均家庭住戶用電量的約13%。這使得高能效電冰箱的投資回報(bào)率（ROI）頗高，但電冰箱老化的情況下又如何？ 老化及缺乏維護(hù)事實(shí)上可能導(dǎo)致電能過(guò)度消耗，住戶收到電費(fèi)賬單時(shí)可能會(huì)感到詫異。一種可能的方案就是在負(fù)載端測(cè)量用電量，然后比較實(shí)際用電量與預(yù)測(cè)用電量。如果數(shù)據(jù)足夠精確，就有可能判斷大多數(shù)常見(jiàn)故障模式。過(guò)去這樣做的難度高，只不過(guò)是因?yàn)闇y(cè)量電路的成本影響。下一代電能計(jì)量設(shè)備正在積極地解決這項(xiàng)問(wèn)題。先進(jìn)的信號(hào)處理及傳感器技術(shù)使精確地測(cè)量電器或其它交流電源負(fù)載的耗電量、同時(shí)對(duì)設(shè)備/電器成本的影響極小成為可能。

　　智能電網(wǎng)領(lǐng)域的連接型方案也在增多。在某些情況下，這是住宅及商用自動(dòng)化系統(tǒng)的自然演進(jìn)。這些自動(dòng)化系統(tǒng)為連接型家庭/辦公室鋪平了道路。低成本的有線及無(wú)線通信方案對(duì)于將信息及控制置于家庭或企業(yè)手中而言必不可少。排定某些負(fù)載的活動(dòng)時(shí)間，并監(jiān)控其它負(fù)載的健全或工作狀態(tài)，這些措施結(jié)合起來(lái)優(yōu)化用電分配并將電能成本降至最低。下一代無(wú)線收發(fā)器的耗電量?jī)H占現(xiàn)有方案的小部分。隨著自動(dòng)化方案演進(jìn)，電能消耗及成本均大幅下降。

　　圖1：連接型家庭中的智能應(yīng)用

　　在某些環(huán)境中，墻壁、雪、距離、射頻（RF）干擾及其它障礙都可能造成無(wú)線通信系統(tǒng)出現(xiàn)連接問(wèn)題。像電力線載波（PLC）等有線通信方法能連接傳統(tǒng)上采用無(wú)線方案難以連接的節(jié)點(diǎn)。PLC正在迅速成為許多新興經(jīng)濟(jì)體在分體式儀表及照明控制等方面所選擇的方案，因其可靠且易于架設(shè)。

　　照明是用電量最大的領(lǐng)域之一，占平均商業(yè)設(shè)施用電預(yù)算的35%（約占住宅用量的10%）。照明技術(shù)演進(jìn)的步伐極快，我們?nèi)缃窨煽吹絃ED技術(shù)正接近成熟。照明控制系統(tǒng)的下一步就是融合連接功能與先進(jìn)的傳感器技術(shù)，用于提升已經(jīng)開(kāi)始接近理論極限的照明系統(tǒng)能效。這些照明控制系統(tǒng)集成環(huán)境光傳感器（ALS）、無(wú)源紅外（PIR）占用情況檢測(cè)及混色技術(shù)。照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員很快將擁有提供RF或PLC功能的方案，這些方案提供真正的閉環(huán)控制，針對(duì)外部光、占用情況及LED老化條件提供補(bǔ)償。實(shí)現(xiàn)這些功能的同時(shí)，還可以使用智能手機(jī)或其它家庭或企業(yè)環(huán)境中常見(jiàn)技術(shù)來(lái)控制照明系統(tǒng)。其結(jié)果就是工作及生活空間始終以最優(yōu)的亮度等級(jí)來(lái)照明，而對(duì)用戶只有極少或沒(méi)有干擾。

　　圖2：支持ZigBee、帶有ALS及PIR閉環(huán)控制的LED控制器

　　結(jié)論

　　高能效傳感器、通信及控制方案目前正在發(fā)展之中，它們最終將使整個(gè)家庭及企業(yè)以合理成本自動(dòng)化成為可能。所有的構(gòu)建模塊如今都已存在：環(huán)境光傳感器、無(wú)源紅外占用情況檢測(cè)器、射頻、低成本省電技術(shù)及高性能照明控制。下一代方案將把多種功能集成到單個(gè)成本優(yōu)化的器件之中。這種程度的自動(dòng)化將信息置于用戶的指尖，能夠優(yōu)化電能需求曲線，同時(shí)還降低總用電量。家庭及企業(yè)在很大程度上正趨向提供完整的診斷反饋（很像如今的汽車那樣）。這將確保系統(tǒng)工作的每一部分都提供最高能效，且在一天中的恰當(dāng)時(shí)間來(lái)工作。智能電網(wǎng)將為用戶提供控制及信息，以維持設(shè)備、優(yōu)化負(fù)載活動(dòng)時(shí)間，同時(shí)為提供凈成本優(yōu)勢(shì)。

　　——本文選自電子發(fā)燒友網(wǎng)09月技術(shù)特刊《智能工業(yè)特刊》，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處，違者必究！