在“電力與能源”領(lǐng)域，如何實現(xiàn)端到端的能源優(yōu)化？

“光儲充一體化”正在成為趨勢

近年來，隨著全球氣候變化對環(huán)境和社會帶來的影響日益加劇，綠色經(jīng)濟、節(jié)能減排成為各國發(fā)展的當務(wù)之急。

其中，“光儲充一體化”作為新能源領(lǐng)域的一股強勁趨勢，正逐漸重塑我們的能源使用和供應(yīng)模式。

所謂“光儲充一體化”，分別來講，光伏發(fā)電部分可以直接將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，減少對化石燃料的依賴；儲能系統(tǒng)則可以有效解決光伏發(fā)電的間歇性和不穩(wěn)定性問題，從而確保能源供應(yīng)的連續(xù)性和可靠性；而充電設(shè)施的整合，更是直接可以為日益增長的電動汽車提供綠色、便捷的能源補給方案。

如果用技術(shù)人的思維來看，將光、儲、充結(jié)合在一起則可以大大降低ACDC、存儲和DCAC過程中的損失，從而提升能源利用效率。

然而在“光儲充一體化”的未來大趨勢下，與其相關(guān)的產(chǎn)品業(yè)態(tài)正在改變，很多產(chǎn)品需要重新定義。

對此，在日前與恩智浦技術(shù)日巡回研討會（合肥站）同期舉行的電力與能源媒體溝通會上，恩智浦客戶代表——南京舟拓信息技術(shù)有限公司執(zhí)行董事、總經(jīng)理吳華煒舉例道：“19世紀末，特斯拉和愛迪生之間的‘電流之戰(zhàn)’中，愛迪生認為直流電是未來電力分配的最佳方式，而特斯拉則看到了交流電在長距離傳輸和工業(yè)應(yīng)用上的潛力，這場競爭最終以特斯拉的交流電系統(tǒng)獲勝告終，因為交流電能夠通過變壓器輕松地升壓和降壓，適合長距離傳輸，而且成本更低。然而把這個事情放到今天來看，或許又會有不一樣的結(jié)果，因為今天我們有高頻的DSP和SiC器件?！?/p>

圖 | 南京舟拓信息技術(shù)有限公司執(zhí)行董事、總經(jīng)理吳華煒，來源：恩智浦

除此之外，吳華煒透露：“大家對虛擬電廠比較感興趣，虛擬電廠就好比每個工廠都是一個儲能站，通過互聯(lián)網(wǎng)的方式，來調(diào)整用電情況，甚至通過加入智能化的手段來預(yù)測下一個月的發(fā)電情況，來合理分配能源消耗。”

換言之，隨著智能控制技術(shù)的融入，“光儲充一體化”系統(tǒng)能夠更加智能地響應(yīng)電網(wǎng)需求，實現(xiàn)負荷平衡和能源優(yōu)化調(diào)度，從而在提升能源自給自足能力的同時，還能通過參與電網(wǎng)的調(diào)峰調(diào)頻，增強了電網(wǎng)的穩(wěn)定性和韌性。

恩智浦眼中的“智能能源”

那么，未來的智能能源到底是什么樣子的呢？

恩智浦半導(dǎo)體大中華區(qū)工業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)高級市場總監(jiān)孫航表示：“從領(lǐng)域上來講，未來的智能能源將聚焦于三個方面。第一，發(fā)電和儲能，太陽能發(fā)電擴建，將配備高效的現(xiàn)場儲能，組成微電網(wǎng)；第二，電氣化，能源基礎(chǔ)設(shè)施轉(zhuǎn)型是必然趨勢，涵蓋電動汽車充電、暖通空調(diào)等應(yīng)用市場；第三，能源管理，未來的能源管理將實現(xiàn)自動化。”

圖 | 恩智浦半導(dǎo)體大中華區(qū)工業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)高級市場總監(jiān)孫航，來源：恩智浦

就目前來看，我們看到在儲能市場上，戶儲的占比在逐漸增大，同時越來越多的家電廠商參與到儲能賽道中來，希望能將家電和能源系統(tǒng)打通，實現(xiàn)聯(lián)動，這些就需要Matter功能的支持。

因此，為了應(yīng)對不斷變化的市場需求，恩智浦制定了一套端到端的能源優(yōu)化戰(zhàn)略。在溝通會上，孫航向與非網(wǎng)展示了恩智浦能源策略，涵蓋可持續(xù)、可靠和自動化三大板塊，同時還介紹了恩智浦在電力和能源領(lǐng)域聚焦投入的四大應(yīng)用領(lǐng)域，包括充電樁解決方案、儲能系統(tǒng)解決方案、儲能逆變器系統(tǒng)（PCS）和斷路器解決方案。

下面介紹一下這四個應(yīng)用領(lǐng)域解決方案的具體情況：

• 充電樁

在充電樁基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域，充電樁走在世界前列，但在前期大量的充電樁部署后，現(xiàn)在顯現(xiàn)出了不少問題，包括安全問題、等待時間長的問題，以及國產(chǎn)充電樁出海過程中的供應(yīng)鏈彈性問題等。此外，從技術(shù)的角度來講，雙向充電將變成一種新趨勢，同時也會帶來不少挑戰(zhàn)。

針對這些痛點和挑戰(zhàn)，恩智浦給出了相應(yīng)的三代針對充電樁參考設(shè)計的完整解決方案，涵蓋MCU方案和MPU方案，既支持裸跑，又有支持RTOS、Linux RTOS和Azure RTOS的方案。

其中，孫航重點介紹了恩智浦在今年6月剛剛發(fā)布的基于全新處理器i.MX 93的充電樁整體解決方案，它不僅支持Linux OS，還搭載了Wi-Fi 6模塊，同時支持ISO15118-2標準。

關(guān)于支持ISO15118-2標準這一點，孫航強調(diào)：“國內(nèi)客戶生產(chǎn)的充電樁如果要賣到海外，就必須要遵從歐盟的標準，而我們提供符合ISO15118-2標準的充電樁整體解決方案，如果我們的客戶用它去開發(fā)自己的應(yīng)用，就能加速產(chǎn)品上市的時間，并降低出海風(fēng)險。”

• 儲能系統(tǒng)解決方案

儲能系統(tǒng)除了高效和安全等整體要求外，電池監(jiān)控的精準度也是其重要的指標之一。針對這些需求，恩智浦推出了儲能系統(tǒng)整體解決方案，從硬件的角度來看，其涵蓋了MCU/MPU、模擬前端、Wi-Fi、 UWB，以及一些模擬芯片。

圖 | 恩智浦儲能系統(tǒng)解決方案，來源：恩智浦

關(guān)于人工智能的應(yīng)用落地方面，孫航透露：“在恩智浦的儲能系統(tǒng)參考設(shè)計中，給后續(xù)的AI/ML預(yù)留了一些算力，未來客戶可以基于這個參考設(shè)計，加上根據(jù)應(yīng)用場景和數(shù)據(jù)自己訓(xùn)練出來的模型，一并添加到系統(tǒng)中區(qū)，讓整個方案更加智能?！?/p>

• 儲能逆變器系統(tǒng)（PCS）

PCS系統(tǒng)是連接光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲能電池與電網(wǎng)之間的橋梁，負責(zé)電能的雙向轉(zhuǎn)換——將直流電轉(zhuǎn)換為交流電并入電網(wǎng)，或?qū)㈦娋W(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電存儲于電池中。

PCS系統(tǒng)在未來的能源系統(tǒng)中將發(fā)揮更加重要的作用，同時也面臨著一些挑戰(zhàn)，如儲能場景對逆變器的需求比光伏并網(wǎng)場景更復(fù)雜，需要具備從直流轉(zhuǎn)換為交流、并離網(wǎng)快速切換等功能。此外，高電壓PCS的發(fā)展趨勢意味著成本更低，但同時也帶來了更高的技術(shù)要求。

對此，恩智浦也給出了整體解決方案，涵蓋軟件、硬件和算法，來幫助客戶實現(xiàn)不同功率、不同拓撲的產(chǎn)品。

圖 | 恩智浦光伏（PV）能源轉(zhuǎn)換參考設(shè)計，來源：恩智浦

孫航表示：“在PFC模式下，恩智浦光伏（PV）能源轉(zhuǎn)換參考設(shè)計的效率可達到97%，PF > 0.99，THDi < 5%；在逆變模式下，該參考設(shè)計的效率也能達到95.5%，輸出電壓RMS調(diào)節(jié)< 1%，線性負載下THDu < 1%，非線性負載下< 3%，額定負載響應(yīng)恢復(fù)時間< 1個交流周期，這些性能都非常亮眼?！?/p>

• 斷路器解決方案

拉弧檢測技術(shù)是確保光伏系統(tǒng)安全的關(guān)鍵技術(shù)，主要用于檢測并及時處理光伏系統(tǒng)中可能引發(fā)火災(zāi)的電弧故障。隨著光伏系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大和直流側(cè)電流、電壓的不斷上升，對拉弧檢測功能的需求正在不斷增長。

而在南美和北美地區(qū)，具備拉弧檢測功能已經(jīng)被列入規(guī)范之中，這意味著中國企業(yè)要出海，就必須在太陽能面板后面，或者儲能系統(tǒng)中搭載這個功能。

針對這個需求，恩智浦同樣提供了一整套的解決方案，涵蓋基于MCX的硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)，以及EIQ的工具鏈，來幫助客戶基于自己的應(yīng)用場景和數(shù)據(jù)，去優(yōu)化自己的數(shù)據(jù)模型。

圖 | 恩智浦斷路器解決方案，來源：恩智浦

孫航認為，未來斷路器解決方案將成為市場上比較火熱的應(yīng)用之一。

端到端的能源優(yōu)化，需要全產(chǎn)業(yè)鏈共同協(xié)作

端到端的能源優(yōu)化是實現(xiàn)能源系統(tǒng)高效、綠色、可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。這需要從能源生產(chǎn)、傳輸、分配到消費的每一個環(huán)節(jié)進行優(yōu)化，確保整個能源系統(tǒng)的高效運行和能源流的合理配置。

其中，電子元器件分銷商發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，這不僅體現(xiàn)在傳統(tǒng)的能源分配環(huán)節(jié)中，如今的分銷商儼然成了某種意義上的系統(tǒng)方案提供商。

對此，安富利中國區(qū)供應(yīng)商及產(chǎn)品市場資深總監(jiān)蔡宗福表示：“在發(fā)電、配電、輸電這些方面，國家的策略是大力發(fā)展清潔能源，包括光伏、風(fēng)能和水力，其中涉及儲能和充電樁。而安富利在十幾年前就成立了專門的部門去服務(wù)新能源車行業(yè)，并在2022年成立了專門的風(fēng)光儲充事業(yè)部，聚集了相當規(guī)模的風(fēng)能、光伏、儲能、充電樁方面的人才，結(jié)合公司資源來服務(wù)好我們的客戶。”

圖 | 安富利中國區(qū)供應(yīng)商及產(chǎn)品市場資深總監(jiān)蔡宗福，來源：恩智浦

值得一提的是，安富利在恩智浦產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，已經(jīng)推出了很多方案，包括BMS方案、ACDC方案、充電樁方案等。

蔡宗福透露：“在大中華區(qū)，有446個客戶采用了安富利的這些方案，今年的出貨量十分可觀。其中，我們有很多客戶在轉(zhuǎn)型，而安富利成功地幫助了58個客戶拓展了新業(yè)務(wù)。此外，針對有出口業(yè)務(wù)的客戶，我們也幫助了幾十個客戶通過了海外的測試認證?！?/p>

寫在最后

在實現(xiàn)端到端的能源優(yōu)化的征途上，我們正站在一個新能源科技的十字路口。"光儲充一體化"不僅預(yù)示著一個充滿潛力的綠色未來，更是對傳統(tǒng)能源模式的一次深刻革新。面對這一轉(zhuǎn)型，全產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)作變得尤為關(guān)鍵。從光伏發(fā)電的高效轉(zhuǎn)換、到儲能系統(tǒng)的智能管理，再到充電設(shè)施的便捷集成，每一步都需精心布局，每一個環(huán)節(jié)都需緊密協(xié)同。

此外，端到端的能源優(yōu)化還需要我們在安全性、經(jīng)濟性和可持續(xù)性上做出平衡。這意味著在設(shè)計和實施能源解決方案時，要考慮到長期的運營成本、環(huán)境影響和社會效益，確保我們的能源系統(tǒng)既高效又環(huán)保，既經(jīng)濟又安全。

今天，我們已經(jīng)看到產(chǎn)業(yè)鏈的上下游正在朝著這些目標努力。