从电气化到能源管理的新兴趋势
电气化和能源管理技术的进步正在引发电力领域的科技创新。了解能源、消费和能源系统设计方面的趋势如何推动能源意识和控制的新时代。
在技术进步和能源领域的投资不断融合的推动下，正在酝酿一场的科技创新。
- 电池技术现在能支持一系列应用，从为电动汽车 (EV) 供电到储存能量以供最需要的时候使用。
- 政府正在对EV充电基础设施、电网现代化、农村连通和发展中部落进行投资。
- 从工作场所到家庭，人们对能源使用的认识越来越高，突显出替代能源的重要性。
- 物联网 (IoT)、5G 网络和不断发展的数据中心架构正在将一度截然不同的系统和设备结合在一起。
- 人工智能 (AI) 和机器学习 (ML) 正在将实时数据转换为实时、自动化的和自我优化的决策。
在这场变革中，出现了两个主要且密切相关的主题：电气化和能源管理。在电气化方面，使用传统燃料来源的技术正由可再生能源驱动的等效系统补充或取代。另一方面，能源管理是指能量的储存、监测和分配。支持这些主题的是一系列相关应用，这些应用可能不一定涉及可再生能源，但却是更好地控制能量消费的创新方式，如智能仪表。
电气化和能源管理技术方面的最新趋势是根据能源格局的三个结构性变化：即能量生产，消费方面以及技术本身发生的转变。
1. 能源端的趋势
第一个主要变化出现在能源生产方面。围绕传统发电厂建造的老化基础设施正在转变为现代电气化网络或智能电网，辅以可再生能源，并由各种传感器组成，用以密切监测使用情况，并在系统故障成为更严重的问题之前将其识别出来。这是一个很关键的要求。
智能电网平衡了传统能源和可再生能源的优势。太阳能和风能等可再生能源存在周期性低谷，所以将电池储能系统 (BESS) 纳入更广范围的电网，用来捕获剩余能量以供日后使用。由于总消耗根据自身的节奏也有周期性，存在高峰和非高峰使用阶段，因此智能电网可以在最需要的地方、在最需要的时候以及从什么来源分配能量。这些来源可能是传统能量、可再生的能量或储存的能量。AI 和ML越来越多的融入让智能电网使得可以更快地对使用趋势、断供或其他故障作出反应。
电网现代化的未来在于采用分布式方法。分布式能源 (DER) 是一种小规模能量生成方式，通常位于消费点附近。DER可能涉及柴油发电机等传统燃料来源、太阳能面板或电池储能等可再生能源。结合其他DER使用时，产出量可能很大，并能抵消甚至在生产上超过传统来源。DER的例子包括家庭能源管理系统，其中大多数直接与电网连接。EV充电基础设施也可以包含DER，从而充分利用充电站的太阳能面板，以减少从电网本身取电的需求。总体而言，DER可帮助减少电网压力，避免长距离配电基础设施较高的成本。
分布式能源可以整合成微电网——电网故障时电网中形成自主供电岛的部分。举例来说，一个微电网可以覆盖一个小型社区、医院或工业园区。停电时，微电网中的DER将接管电力生产，从而保持电力流向接入微电网的任何设备。
电力和信号方面的连通性对微电网的安全和成功运行至关重要。电网的某些部分在孤岛化后重新接入会带来设备损坏和人员受伤的风险，例如当工人不知道设备是否断电时造成的风险。微电网正在以为数据中心等单一结构供电的纳米电网形式向更小的方向发展。
2. 消费端的趋势
能源生成端并不是能源创新的唯一表现形式。消费端在经历着重大变化。
智能电表是智能电网的延伸，可实现用电者和供电者之间的双向通信。这些电表向家庭、企业和政府显示他们每分钟用电情况的高分辨率图像，并能引发所谓的能源意识。通过密切监测电信号输出，浪费性活动就被能消除并被更高效的作业取代。
智能计量在数据中心变得越来越重要，即便是最轻微的停电也可能导致数据丢失或中断。当与开关柜和不间断电源（快速将电源切换到备用电源并利用电池来维持一致、清洁的电力流）等技术相结合时，智能电表在保持数据服务在线方面发挥着关键作用。
能源管理系统 (EMS) 与智能电表相似，是电池储能系统 (BESS) 的智能监控解决方案。EMS提供用户体验，让房主、企业经营者和服务提供商人员能够深入了解 BESS并对其进行用户友好的控制。
为努力减少老化基础设施的压力并最大程度降低成本，电力供应商已经开始推出需求响应计划，这样，消费者可以根据高峰和非高峰时段调整能源用量，通常是为了获得经济激励。举例来说，智能电器和家用设备（如恒温器）的出现能让供应商直接控制客户的系统，减少空调运行时间。现在，借助AI和ML，供应商和客户都可以更快地预测用电高峰期并相应地做出反应。
3.能量储存设计趋势
这场能源创新是否能成功取决于所用系统和设备的质量和可靠性。在电力方面，故障可能是灾难性的，还可能由于公众的看法而限制采用。以下是为确保成功部署能源技术，设计趋势将发生几种改变。
电池技术方面新的重点已为设计工程师和集成商带来了许多机会，以推动效率、安全性和形式方面的进步。有效的电池管理考虑了储能方面的一系列不同问题，尤其是热方面的考虑。在处理高能耗吞吐量应用时，热量是一个特别的挑战。对于锂电池储能解决方案，不受控制的热量或系统故障会引起热击穿，带来火灾或放气等重大安全风险。
为此，已经制定UL 9540A等测试标准和NFPA 855等安装标准，以减轻与储能系统 (ESS) 有关的危害。热材料和大功率互联解决方案的其他进展，确保了电力以成功运行所需的质量和性能得到安全传输。EMS提供的控制和AI的响应能力可以行动起来，提醒系统所有者电池状况和潜在问题。
如上所述，大功率互连解决方案可帮助创建更安全的电池管理环境。不过，它还不止于此。这些解决方案还能确保整个电气化和能源管理生态系统按照希望的那样运行。
Molex 莫仕的Busbars和大功率连接器解决方案可确保大电流安全地通过各组件而不会牺牲性能或可靠性。但并非所有应用在创建时都是平等的，许多系统受到空间的限制或暴露在恶劣的环境条件下，例如风力涡轮机、屋顶太阳能电池阵列、试图尽可能多安装服务器的数据中心或远程变电站。元件小型化方面的进展确保了空间不会被浪费，即便功率较大的应用需要较大的连接器间距（插针中心之间的距离）。同时，密封和锁定机制可防止异物进入和振动损坏，从而避免零部件失效的风险。
▲Busbars解决方案
数字孪生技术在能源应用场合用于压力测试，以便为意外情况做好准备和用来预测系统寿命。数字孪生技术由历史数据、ML算法和最新的AI技术提供支持，为设计者和运营商提供了在现实世界场景之外前所未有的洞察力。
类似的技术现在正被应用到组件级别，例如结合连接器使用。Molex莫仕自己的工程团队利用数据驱动的预测工程来简化团队之间以及与我们客户的合作，减少物理原型设计，确保投产前的性能和可靠性。
Molex莫仕在互连解决方案、全球制造和分销业务方面80年的创新传统，以及无与伦比的跨学科工程专业知识，可帮助将能源解决方案变为现实。我们的快速原型设计能力得到了预测工程能力和一站式全球可靠性实验室的支持，实验室为热性能、在环境中的持久性、现场故障等提供了广泛的设计和测试支持。无论是现成的连接器还是定制的电缆组件，我们都有现成的资源来提供相互受益的客户体验。