广告

在系统设计中,能量储存与发电究竟哪个重要?

时间:2017-08-22 作者:Bill Schweber 阅读:
虽然发电问题往往最受到社会大众的关注,但决定如何储存能量待稍后使用也同样重要!如果你无法储存未用能量以供缺电期间利用,技术的现实以及“绿色”再生能源经济都会面临剧烈变化。
广告

工程师们都了解,从不同来源取得能量是一件重要的事,但决定如何储存能量待稍后使用,在很多系统设计中也是同样重要的因素;甚至当能源是“免费”(当然,应该没有这种东西)的时候──例如来自于能量采集(energy harvesting)、太阳能或风力发电,几乎都一定会有两个相关联的议题:储存未用的多余能量,以及那些能量的传输。

虽然发电问题往往最受到社会大众的关注(例如近期发生的台湾缺电危机),但上述伴随而来的两个问题同样重要;如果你无法储存未用能量以供缺电期间利用,技术的现实以及“绿色”再生能源经济都会面临剧烈变化。

当你的各种发电来源规模不断扩充,能量储存也会变成相对困难的问题,而且通常难度会高于能量传输议题;最近在美国《华尔街日报》(Wall Street Journal)上有三篇探讨此一议题的文章,从不同方面提供了观察与见解(包括不可忽视的相关成本议题),也分析了目前与近期的商业现实。

能量储存的几种首选技术是电池(通常是以锂电池为基础的方案)、抽水蓄电(pumped hydropower)、压缩空气(compressed air)蓄电;电池技术已经获得大量关注,特别是因为市面上有诸如Tesla推出的家用能源储存系统Powerwall。

不过就像大多数情况的“工程学”问题,以及目前先把成本问题放到一边(先不考虑在现实世界无法做到的),上述每一种能量储存技术选项,在前期投入、容量、维护议题以及长期性吸引力上,都有一些微妙的权衡;举例来说,电池的使用寿命大约只有5~10年,而该年限数字可能会仰赖使用周期。

在这里打个岔:就像我们经常看到的,讨论能源问题的文章作者往往会把能量(kWhr,千瓦小时)与电量(kW,千瓦)的单位搞混;其中一部份原因是单纯的专有名词谬误(在这方面懂得比较多的工程师得负责任),另一部份就完全是技术性误解。能量(energy)与电量(power)是密切相关的,但能量是电量与使用时间的乘积,电量则是能源消耗的速率。

实际上,你通常可以随时用各种方法收集能量,将能量做为支持负载的电量;不过当你撰写文章的主题与能量与电量相关时,最好要在每个地方都使用正确的字词,如此一来论述分析才会清楚、不至于被混淆。

阅读笔者前面提到的能源相关议题文章,你会得到一个清晰的概念:储存当然并不是一个棘手的问题,只是在需要满足相互冲突的目标时不容易解决。在能源系统设计的每一个方面(选址、安装以及长期支持),会因为能量单位扩充到数十、数百甚至上千kWhr的范围时变得更加棍困难,所有的问题或错误也会变得更大规模、不容易修正。

而这通常并不是一个透过某种软件验算法微调、或是修正一些软件错误就可以解决问题的情况,因为在这类项目中,“大”是固有的本质;而如果你的项目涉及更大规模发电以及能量储存,你可能会花费更多时间与精力在能量储存,即使发电这个方面会受到更多关注。

从物理学的基础定律──也是发电以及能量储存的基础──来看,这两者同样重要,你必须以对两方都有益处、能彼此妥善搭配的成套措施来决定如何实施;不过在通常情况下,优化的能源策略,在发电/能量储存两者的最佳结合上都会有一些冲突,这使得技术与经济两方面的决策会有些困难。

或许这也是为何许多精心策划与设计的能源项目往往会执行困难甚至失败的原因。你是否有任何布署大规模私人、商用能量储存系统的项目等级经验?你从这些经验中学到了什么?又出现了那些无预期的状况?欢迎与我们分享!

编译:Judith Cheng

本文授权编译自EDN Taiwan,版权所有,谢绝转载

本文为EET电子工程专辑 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
Bill Schweber
EE Times/EDN/Planet Analog资深技术编辑。Bill Schweber是一名电子工程师,他撰写了三本关于电子通信系统的教科书,以及数百篇技术文章、意见专栏和产品功能介绍。在过去的职业生涯中,他曾担任多个EE Times子网站的网站管理者以及EDN执行编辑和模拟技术编辑。他在ADI公司负责营销传播工作,因此他在技术公关职能的两个方面都很有经验,既能向媒体展示公司产品、故事和信息,也能作为这些信息的接收者。在担任ADI的marcom职位之前,Bill曾是一名备受尊敬的技术期刊副主编,并曾在其产品营销和应用工程团队工作。在担任这些职务之前,他曾在英斯特朗公司(Instron Corp., )实操模拟和电源电路设计以及用于材料测试机器控制的系统集成。他拥有哥伦比亚大学电子工程学士学位和马萨诸塞大学电子工程硕士学位,是注册专业工程师,并持有高级业余无线电执照。他还在计划编写和介绍了各种工程主题的在线课程,包括MOSFET基础知识,ADC选择和驱动LED。
  • 用碳化硅MOSFET设计一个双向降压-升压转换器 随着电池和超级电容等高效储能设备的大量使用,朝向更好的电流控制发展成为一种趋势。双向DC/DC转换器可以保持电池健康,并延长其使用寿命。
  • 集成动态过流检测的智能锁电机驱动器设计方案 本文介绍了使用高电压GreenPAK的一个特定示例,描述了针对特定电机和电池组的集成设计定制方法。这是一种非常灵活的电机控制解决方案,采用可配置的内部逻辑,可满足设计人员的需求。而且将电机驱动器集成进GreenPAK中,可以将整个电路放入很小的物理空间。
  • 设计开关电源之前,必做的分析模拟和实验(之二) 环路控制是开关电源设计的一个重要部分。文章综述了目前可供选择的一些工具,让您在开始生产开关电源之前能够计算、模拟和测量您的原型,从而确保生产工作安全顺利。本文将主要讨论获取功率级动态响应和选择交越频率和相位裕度。
  • 在开关电源转换器中,如何充分利用SiC器件的性能优势? 碳化硅MOSFET越来越多用于千瓦级功率水平应用,涵盖如通电源,和服务器电源,和快速增长的电动汽车电池充电器市场等领域。碳化硅MOSFET之所以有如此的大吸引力,在于与它们具有比硅器件更出众的可靠性,在持续使用内部体二极管的连续导通模式(CCM)功率因数校正(PFC)设计
  • 车载一次DC/DC转换器如何兼具高速响应和高效率? 面向ADAS相关的传感器、摄像头、雷达、汽车信息娱乐系统及仪表盘等应用的BD9P系列,采用ROHM自有的“Nano Pulse Control”电源技术,并采用新型控制方式,同时具备原本存在矛盾关系的高速响应和高效率优势。
  • 电源转换器如何选用合适的Si/SiC/GaN功率开关组件? 本文探讨电源转换器设计者应该是沿用硅功率开关组件,还是转而选用宽带隙功率开关组件,先由硅和宽带隙材料的特性进行比较,再进入讨论CoolMOS,CoolSiC和CoolGaN的应用和定位,提供设计人员参考来选择合适的功率开关组件。
广告
热门推荐
广告
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了