一文淺談能源革命設(shè)計(jì)

作者： Art Pini

[Phoenix Contact] 目標(biāo)旨在幫助設(shè)計(jì)人員最大限度地減少對(duì)環(huán)境的影響，為可再生能源革命做好準(zhǔn)備，在減少排放的同時(shí)為世界提供可持續(xù)的、即需即用的能源。他們提出了一個(gè)名為“全電氣化社會(huì)”的概念，并以此作為未來(lái)十年的目標(biāo)。在其愿景中，可再生能源是通過(guò)利用電氣化、網(wǎng)絡(luò)化和自動(dòng)化技術(shù)打造智能化和網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)而高效生成和利用的。

清潔、可持續(xù)的能源來(lái)自光伏、水電、風(fēng)能和地?zé)豳Y源。電池或綠色氫氣等儲(chǔ)能系統(tǒng)與發(fā)電過(guò)程相輔相成，確保能源隨時(shí)可用。這些系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)和自動(dòng)化控制相結(jié)合，能夠讓我們生活的方方面面都實(shí)現(xiàn)電氣化。Phoenix Contact 為“全電氣化社會(huì)”的能源生產(chǎn)、儲(chǔ)能和自動(dòng)化提供多種組件。

風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)

風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的發(fā)電量約占美國(guó)總發(fā)電量的 10%。這些發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)器診斷系統(tǒng)可監(jiān)控系統(tǒng)健康狀況，以減少損壞并盡量縮短停機(jī)時(shí)間。例如，智能渦輪葉片監(jiān)控系統(tǒng)包括了檢查冰、閃電、負(fù)載和結(jié)構(gòu)健康狀況的傳感器（圖 1）。

圖 1：智能渦輪葉片監(jiān)控包括檢查冰、閃電、負(fù)載和結(jié)構(gòu)健康狀況的傳感器，可以檢測(cè)并防止損壞。（圖片來(lái)源：Phoenix Contact）

Phoenix Contact [1183803] 轉(zhuǎn)子葉片負(fù)載傳感器安裝在葉片內(nèi)部底座附近，使用應(yīng)變計(jì)監(jiān)測(cè)渦輪葉片的載荷。結(jié)合其他傳感器提供的數(shù)據(jù)，測(cè)量與評(píng)估控制器可監(jiān)測(cè)葉片負(fù)載，從而控制渦輪機(jī)，使之以最小的葉片負(fù)載實(shí)現(xiàn)最佳的性能。

光伏發(fā)電

太陽(yáng)能發(fā)電需要全系統(tǒng)監(jiān)控，以確保現(xiàn)場(chǎng)的太陽(yáng)能板能以最高效率運(yùn)行。太陽(yáng)能電池串聯(lián)在一起，稱為光伏 (PV) 串，從而實(shí)現(xiàn)規(guī)定的電壓。通過(guò)監(jiān)測(cè)單個(gè)電池板串的電流和電壓，用戶可以確定由于太陽(yáng)能板損壞或電氣連接不良而造成的功率損失（圖 2）。通過(guò)多通道通信模塊可以將傳感器模塊復(fù)用到協(xié)調(diào)控制器。

圖 2：通過(guò)監(jiān)測(cè)單個(gè)電池板中的串光伏串的電流和電壓，用戶可以確定由于太陽(yáng)能板損壞或電氣連接不良而造成的功率損失。（圖片來(lái)源：Phoenix Contact）

在圖 2 中，電壓和電流傳感器僅使用兩個(gè)通信模塊就能監(jiān)控二十個(gè)光伏串的電流和通用電壓。通信模塊通過(guò) Modbus 接口將數(shù)據(jù)發(fā)送至緊湊的控制器。

Phoenix Contact [2903591] 是一個(gè)傳感器模塊實(shí)例，它可以測(cè)量最高 1500 伏的單個(gè)電壓。輸出數(shù)據(jù)是范圍 2 至 10 伏直流 (VDC) 的模擬電壓，與測(cè)量輸入成比例。2903591 傳感器是一個(gè) 35 毫米 (mm) DIN 導(dǎo)軌模塊，由 24 伏直流電源供電。

儲(chǔ)能

由于能源需求是恒定的，因此設(shè)計(jì)人員必須能夠存儲(chǔ)從太陽(yáng)能和風(fēng)能等可再生能源發(fā)出的電能。常見(jiàn)方法是用電池存儲(chǔ)。最小的儲(chǔ)能單元就是電池單元，但可以將多個(gè)電池單元組合成一個(gè)電池模塊，以增加可用的存儲(chǔ)容量。各個(gè)電池單元的功率必須平衡，以確保它們以相似的速率充電或放電。出于安全考慮，我們需要監(jiān)控電池模塊的溫度，以免發(fā)生熱擊穿。在電源控制單元 (PCU) 的控制下，多個(gè)模塊被組合到一個(gè)存儲(chǔ)柜中（圖 3）。

圖 3：所示為拆下前面板的儲(chǔ)能柜，露出了由單個(gè)電池單元（藍(lán)色）及其相關(guān)控制電子元件組成的三個(gè)電池模塊。（圖片來(lái)源：Phoenix Contact）

Phoenix Contact 提供用于連接這些模塊的連接器。例如，極化連接器可以作為正極觸點(diǎn)將模塊與 [1106306] 連接，或作為負(fù)極觸點(diǎn)與 [1106307] 連接。這些電池極連接器采用機(jī)械編碼，可防止極性反轉(zhuǎn)或意外接觸，并可旋轉(zhuǎn) 360? 以實(shí)現(xiàn)靈活布線。

結(jié)語(yǔ)

Phoenix Contact 的愿景就是打造“全電氣化社會(huì)”，為此而提供從連接器、傳感器到控制元件等各種產(chǎn)品，同時(shí)還為工業(yè)系統(tǒng)的自動(dòng)化和控制提供軟件和控制器。除產(chǎn)品外，Phoenix Contact 還致力于通過(guò)減少設(shè)施和日常運(yùn)營(yíng)中的二氧化碳排放來(lái)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)運(yùn)營(yíng)。

審核編輯 黃宇