如果我們不能指望可再生能源，它有什么好處？

整合可再生能源可以通過更高比例的綠色能源減少排放，提高資產(chǎn)利用率，并增加能源生產(chǎn)的彈性和可靠性。但社會(huì)將需要多種來源來提供一致、高質(zhì)量、具有成本效益的電力。這些來源的例子包括已知的可再生能源，如風(fēng)能、太陽能、光伏、燃料電池和電池，新興技術(shù)，如工業(yè)規(guī)模的綠色氫燃料電池，以及電動(dòng)汽車的創(chuàng)造性用途，如車輛到電網(wǎng) (V2G)、太陽能充電、和道路上的充電車道。

許多能源技術(shù)供應(yīng)商聲稱他們的解決方案是可再生能源的最終答案。但所有這些能源的無縫整合將使綠色能源變得實(shí)用、廣泛。此外，隨著越來越強(qiáng)調(diào)最大限度地利用資源以更少的投入生產(chǎn)更多的能源，效率是任何形式的能源生產(chǎn)的關(guān)鍵績效衡量標(biāo)準(zhǔn)。這篇文章將回顧電力整合的三種途徑，以實(shí)現(xiàn)高效的可再生能源：高壓直流、交流到直流和直流到直流轉(zhuǎn)換，然后是擴(kuò)大輸配電基礎(chǔ)設(shè)施。

高壓直流 (HVDC)

由于交流變壓器增加了修改電壓以最小化（但不是消除）傳輸損耗的能力，特斯拉的交流電源勝過愛迪生的直流方法。此功能使 AC 成為分布式電源的理想選擇。然而，隨著向可再生能源（直流電源）的轉(zhuǎn)變，交流電的某些特性不再具有優(yōu)勢(shì)。此外，工程師們利用先進(jìn)的半導(dǎo)體并開發(fā)了新的轉(zhuǎn)換方法，使直流電成為整合可再生能源的合法選擇。

雖然交流電可以降低分布式電源的電壓，但它還需要電源同步以匹配電源的頻率。此外，智能設(shè)備數(shù)量的激增需要越來越多的直流電，降低了交流電的整體效率，因?yàn)樗仨氃谑褂命c(diǎn)轉(zhuǎn)換為直流電。盡管 AC 到 DC 的轉(zhuǎn)換相對(duì)高效，效率可能超過 90%，但更多的轉(zhuǎn)換步驟意味著更多的總損耗。

隨著越來越多的直流電源設(shè)備進(jìn)入市場(chǎng)，增加電壓可以在應(yīng)用程序需要的狀態(tài)下提供功率。除了改進(jìn)控制、轉(zhuǎn)換和傳輸損耗的優(yōu)勢(shì)外，HVDC 還整合了來自風(fēng)能、太陽能和其他可再生能源的可再生能源，以提高遠(yuǎn)距離的能源效率。

隨著更多電動(dòng)汽車上線以滿足當(dāng)?shù)馗邏撼潆姷男枨?，城市?guī)劃者將有必要考慮電網(wǎng)電力負(fù)荷。此外，高壓應(yīng)用會(huì)承受更高的溫度。因此，工程師開發(fā)了碳化硅 (SiC) MOSFET 和先進(jìn)的 IGBT 等技術(shù)改進(jìn)，以承受快速充電產(chǎn)生的熱量，最大限度地減少熱損失以提高效率。因此，HVDC 是 3 級(jí)直流快速充電的使能技術(shù)，對(duì)于使“加油”體驗(yàn)更接近駕駛員的平價(jià)至關(guān)重要。

雙向 AC-DC 和 DC-DC 轉(zhuǎn)換

交流轉(zhuǎn)直流

雖然物聯(lián)網(wǎng)使直流電源越來越受歡迎，但絕大部分分布式電源仍使用高壓交流電 (HVAC)。將可再生直流電源與現(xiàn)有交流電網(wǎng)電源整合對(duì)于支持需求、增加彈性和減少排放至關(guān)重要。因此，為電網(wǎng)開辟可再生能源供給和汲取的途徑（反之亦然）是電力整合的一個(gè)重要目標(biāo)。

由于可再生能源和電子設(shè)備在直流電上運(yùn)行，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電對(duì)于將可再生能源整合到物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域至關(guān)重要。此外，DC 也更高效，因此只要轉(zhuǎn)換損耗不超過效率增益，AC 到 DC 轉(zhuǎn)換的能量效率就會(huì)產(chǎn)生凈正結(jié)果。這種電力集成技術(shù)可以在交流和直流之間轉(zhuǎn)換電力，以平滑需求高峰并抑制可再生能源的間歇性輸出。

車輛到電網(wǎng) (V2G) 是另一種通過雙向 AC-DC 轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的高度顛覆性的能效改進(jìn)應(yīng)用。利用 EV 的直流電池電力實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電力彈性和電荷共享是擴(kuò)大能源輸出的重要一步，因?yàn)檗D(zhuǎn)換步驟是能源效率的限制因素。

直流到直流轉(zhuǎn)換

在電動(dòng)汽車的多電壓源之間集成電源時(shí)，DC 到 DC 至關(guān)重要。DC-DC 應(yīng)用的一個(gè)示例是雙電壓（12V 和 48V）EV 電池架構(gòu)。雙向 DC-DC 轉(zhuǎn)換器可以在電池之間傳輸電力，從而以更高的效率實(shí)現(xiàn)更小的容量。除了通過優(yōu)化尺寸提高效率外，系統(tǒng)制造商還可以在降低成本的同時(shí)提高可靠性。

輸配電基礎(chǔ)設(shè)施

延遲基礎(chǔ)設(shè)施的更新和改進(jìn)會(huì)造成能源效率下降的一個(gè)重要隱患。遺留設(shè)備、位置、輸電運(yùn)行長度和配電路徑都會(huì)影響收集的可再生能源與現(xiàn)有電網(wǎng)電力整合的效率。

隨著上述更多電動(dòng)汽車產(chǎn)生的峰值功率增加，簡單地將更多能源需求推到現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施上將導(dǎo)致過載和停電。創(chuàng)建和發(fā)展現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施以最大限度地提高新的可再生能源和傳輸模式的效率可以產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

雖然急于擴(kuò)大最高效率技術(shù)（我們今天所知道的技術(shù)）很誘人，但電網(wǎng)的關(guān)閉和重啟會(huì)帶來巨大的效率損失并降低彈性能力。相反，基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)該優(yōu)化各種能源的傳輸和分配，以減少峰值需求，平滑可再生能源的間歇性，并吸收電動(dòng)汽車充電增加的負(fù)載。

結(jié)論

發(fā)電、輸電、配電、應(yīng)用全生命周期損耗最高的環(huán)節(jié)限制了能效。HVDC、AC-DC 和 DC-DC 的雙向轉(zhuǎn)換以及基礎(chǔ)設(shè)施的改進(jìn)解決了前三個(gè)步驟中的效率問題，而設(shè)備和最終用途制造商則解決了第四個(gè)步驟。有效地整合各種電源可以提高效率。

但是，追求能源效率還有許多額外的好處，而不僅僅是通過改善電力整合帶來的關(guān)鍵氣候效益。例如，從約 25-30% 的高效碳能源轉(zhuǎn)向優(yōu)化的可再生能源集成框架，可以降低能源成本、提高彈性和改善當(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量。

審核編輯：湯梓紅