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电网可靠性方面的挑战如何加速能源管理创新

对电力的需求呈指数级增长。美国能源信息署预计,在 2018 年到 2050 年期间,全球能源消耗将增长近 50%,推动这种增长的主要力量是亚洲。当全球大部分的电网基础设施处于生命周期的临界点时,就会出现这种需求增长。光是欧洲就有 40% 的电网基础设施使用年限超过 40 年

传统电网面临的挑战是,为所有能源管理应用建立一个共同主题,以获得高效、可靠的电力。电网必须使用智能设备实现现代化,着重于数据和可靠性。

阅读时间:5 分钟

电网可靠性方面的挑战

虽然老化基础设施和不断增长的需求加剧了电网不稳定问题,但其他因素也也起了一定作用。意外事件可能会导致大范围停电——不仅是局部,而是整个地区。

极端天气

气温大幅变化,以及炎热或寒冷天气长时间持续,不仅会造成电力供应紧张,还会给电网设备带来压力。龙卷风、飓风、洪水和强雷暴等天气事件可能会破坏受影响周边区域的电力供应。最近,一场台风袭击了日本冲绳,导致 20 万户家庭停电

地缘政治干扰

地缘政治关系和冲突可能会产生巨大的涟漪效应,包括破坏电网可靠性。例如,某国的电网基础设施受到军事袭击可能会导致邻近地区出现大规模停电。贸易禁运和关税可能引发燃料短缺,迫使政府和市民寻求更便宜或更容易获得的替代燃料。由于上述种种的全球局势,欧盟开始实行能源多样化,以降低对外国石油资源的依赖。

野生动物

动物也会对电网造成严重破坏。日本曾发生过一条蛇造成近 1 万户家庭停电的事件。在美国,近一半的野生动物造成的断电事件的元凶是松鼠。这些例子听起来很搞笑,但野生动物确实会对变压器、变电站和电力线造成巨大破坏,导致代价高昂的大规模停电。

网络安全威胁

近年来,网络攻击以全球的关键能源基础设施为攻击对象,使电网面临新的威胁。黑客能以数字方式(通过勒索软件和物联网 (IoT) 系统漏洞)获得电网访问权限,并远程禁用设备。这些事件的发生率通常被低估,但实际上在稳步上升;随着全世界的电网开始集成更多互联技术,变得更易受到攻击,这种情况很可能会继续存在。

鉴于这些具有破坏性的环境事件、地缘政治事件和网络事件,社区、机构、公司和各国纷纷尝试开展创新能源计划。

迈向电网现代化的全球趋势

面对集中式电网变得越来越不可靠这一事实,全球各地的公共部门和私营部门实体实施了一系列大不相同的现代能源方法。

例如,在欧洲,德国等国家推行“全电气社会”概念,旨在逐步淘汰传统能源,并实施完全可再生的能源系统。然而,欧洲迈向可再生能源未来的方法给基础设施带来了独特的挑战。例如,2023 年夏季,许多欧洲国家的电价跌至负值,因为电网获得了大量的太阳能电力,而传统能源无法大幅减少产出,导致电力过剩。展望未来,所面临的挑战是如何将太阳能储存起来以供在日照不多的冬季月份使用——这同时也是机遇。

在现今的美国,可再生能源被视为在用电高峰期或出现重大故障时补充和支持传统电网的方法。这有助于减轻需求激增造成的压力,在停机期间保护关键基础设施,并尽可能减少潜在中断。美国希望通过能源独立战略实现能源多样化,并纳入更可靠的备用解决方案。

在亚洲,各国的电网现代化进程千差万别。在中国,政府举措加速了老化电网基础设施的更新换代工作——一边高度依赖煤炭等传统能源,一边兴建太阳能电厂和风电厂。菲律宾强调国家能源安全,泰国则着重于可再生能源和碳捕集机制

上述各国的例子表明,尽管动机和方法可能不同,但各国对于电网现代化的重要性有着普遍共识。

智能电网技术铺就可靠的前进道路

智能电网技术包括各种协同工作来实现电力基础设施现代化的产品和系统,旨在提高电网的可靠性和弹性。除了更换老化基础设施,部署新兴的智能电网技术也能提高电网的效率,因为这些技术有助于了解能源使用和分配情况,还可在停机期间提供更多保护。以下是具体的实现方法:

智能仪表取代传统的室外燃气表和电表,帮助更清楚了解能源使用情况。许多智能仪表可以将数据发送到室内显示器,让消费者可以选择在高峰时段尽量减少使用能源以节省开支。这些数据还会安全地发送给能源公司,让能源供应商可以更好地预测能源使用情况,防止断电,并在出现断电情况时查明原因。 

在亚太地区,安装的智能计量设备数量预计在 2026 年达到 10 亿台,这对消费者和电网来说都是福音。 

分布式能源 (DER) 就像建在后院的微型发电厂。分布式能源是任何能够发电或储存电力的去中心化小规模能源。例如,光伏(或太阳能)系统、风轮机、热泵和电池储能系统 (BESS)。 
 
分布式能源在使用位置附近发电,从而减少能源浪费。其次,它们可在断电期间作为备用电源,还可在用电高峰期减轻电网的负荷,从而提高电网可靠性。 

微电网是独立于集中式电网工作的局部电网。一系列分布式能源可组成微电网,使特定区域在大型集中式电网无法供电期间仍能获得电力。微电网旨在使医院和通信网络等关键基础设施在断电期间仍能保持运行,甚至彻底取代传统能源。

微电网社区的典型例子是美国加利福尼亚州的波利哥泉。这个偏远小镇通过一条 60 英里长的电力线连接到集中式电网。当出现恶劣天气时,居民很容易与主电网断电;但有了局部智能电网,波利哥泉在这种情况下依然灯火通明。社区微电网的其他成功案例包括荷兰奥尔斯特中国西藏自治区双湖县等地。

Molex 莫仕:创造更智能的能源未来

许多智能电网技术是出现大规模故障或断电时的最后一道防线,因此需要具有卓越的可靠性。但是,随着这些技术和设备变得越来越复杂,设计工作面临挑战。Molex 莫仕最近对 750 多名电子设计工程师和系统架构师进行的一项调查表明,工程师和消费者都非常注重可靠性。事实上,绝大多数受访者 (96%) 都关注电子产品的总体可靠性问题。

Molex 莫仕的工程专业知识和广泛的大功率解决方案组合可确保智能电网技术在关键时候可靠地发挥作用。我们的全球工程和供应链资源可随时帮助在产品设计的最早阶段推动能源分配向前发展。

有兴趣详细了解 Molex 莫仕的可靠性? 探索我们的最新资源,并查看完整的《可靠性与硬件设计调查报告》。


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