Hyphae 是 LF Energy 和索尼計(jì)算機(jī)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的一項(xiàng)新的微電網(wǎng)計(jì)劃，旨在實(shí)現(xiàn)可再生能源的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)分配自動(dòng)化，從而提高性能并實(shí)現(xiàn)零排放。通過(guò)采用微電網(wǎng)方法，可以實(shí)現(xiàn)能源分配網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)代化，并為未來(lái)的供應(yīng)和移動(dòng)挑戰(zhàn)做好準(zhǔn)備。

在接受 EE Times 采訪時(shí)，LF Energy執(zhí)行董事 Shuli Goodman和 Sony CSL 業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理 Kotaro Jinushi 強(qiáng)調(diào)了他們的合作如何引導(dǎo)工業(yè)市場(chǎng)朝著構(gòu)建可互操作的交流和直流就緒微電網(wǎng)的目標(biāo)邁進(jìn)是自主的、離網(wǎng)運(yùn)行的，并且能夠連接到具有公用事業(yè)監(jiān)督的配電網(wǎng)。

分布式能源——小型發(fā)電設(shè)施，如屋頂太陽(yáng)能電池板，用于在發(fā)電場(chǎng)上或附近發(fā)電——是可再生能源未來(lái)的重要組成部分。Jinushi指出，分布式能源，特別是光伏等分散可再生能源的目標(biāo)之一是加速能源部門(mén)的脫碳，以緩解氣候危機(jī)。“我們相信微電網(wǎng)將有效實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，特別是在配電網(wǎng)絡(luò)薄弱到無(wú)法安裝可變可再生能源的地區(qū)，”Jinushi 說(shuō)。

古德曼評(píng)論說(shuō)，從集中式化石燃料發(fā)電向可再生和分布式能源資源的轉(zhuǎn)變是 140 多年來(lái)對(duì)電力系統(tǒng)最重要的重新構(gòu)想。“通過(guò)能源和交通的電氣化，我們可以減少大約 75% 的地球碳排放，”她說(shuō)。“電網(wǎng)轉(zhuǎn)型沒(méi)有 B 計(jì)劃；就是現(xiàn)在。通過(guò)采用最大限度地提高靈活性、敏捷性和互操作性的開(kāi)源策略，我們可以學(xué)習(xí)以技術(shù)的速度進(jìn)行創(chuàng)新。”

在過(guò)去的 20 年中，可再生能源迅速發(fā)展，特別是在發(fā)電領(lǐng)域，從煤炭、石油和核能等傳統(tǒng)能源中獲得越來(lái)越多的市場(chǎng)份額。由于大流行擾亂了供應(yīng)鏈和勞動(dòng)力供應(yīng)，Covid-19 的危機(jī)對(duì)能源部門(mén)的這一部分產(chǎn)生了重大影響。

“我相信我們了解到，減少碳排放以實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)具有挑戰(zhàn)性，”Jinushi 說(shuō)。“2020年，由于城市封鎖和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)受限，預(yù)計(jì)碳排放量將比上年減少8%。要在 2030 年實(shí)現(xiàn) +1.5 度的情景，人們普遍認(rèn)為我們需要將碳排放量減少到與 2020 年相同的程度。”

微電網(wǎng)

為了減緩和阻止氣候變化，我們必須將有害排放量減少到零。為此，我們需要徹底改變我們的能源系統(tǒng)，只生產(chǎn)可持續(xù)和可再生能源。我們還需要可持續(xù)且更可靠的電網(wǎng)；即，能夠以最好的方式和更有彈性的方式結(jié)合不同的可再生能源。

獲得能源，特別是在農(nóng)村地區(qū)，可以支持經(jīng)濟(jì)發(fā)展、當(dāng)?shù)仄髽I(yè)和就業(yè)機(jī)會(huì)的創(chuàng)造、衛(wèi)生服務(wù)、教育、婦女賦權(quán)、環(huán)境保護(hù)、減緩氣候變化、食物保護(hù)和清潔用水。三種不同的策略有助于實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)——電網(wǎng)擴(kuò)展、微電網(wǎng)和太陽(yáng)能家庭系統(tǒng)——每一種都有特定的適用領(lǐng)域。

微電網(wǎng)是充分利用數(shù)字計(jì)量（智能電表）和智能技術(shù)（智能電網(wǎng)、智慧社區(qū)、智慧城市）的電力系統(tǒng)。需要考慮的基本要素是：

發(fā)電（可再生能源和分布式能源，以及傳統(tǒng)能源）

電氣負(fù)載（住宅、商業(yè)、工業(yè)）

存儲(chǔ)系統(tǒng)（盡管并不總是存在）和電網(wǎng)（主要是低壓）連接它們之間的各種元件并與中壓宏電網(wǎng)

“微電網(wǎng)是控制分散的可再生能源的關(guān)鍵，”Jinushi 說(shuō)。“目前，大多數(shù)傳統(tǒng)的交流微電網(wǎng)依賴(lài)于使用石油或天然氣作為穩(wěn)定能源的熱電聯(lián)產(chǎn)，這意味著 CO 2排放量永遠(yuǎn)不會(huì)達(dá)到零。此外，如果沒(méi)有足夠的電池容量，您可以帶入多少可再生能源是有限的，這反過(guò)來(lái)又是由于交流發(fā)電機(jī)對(duì)太陽(yáng)能和其他可再生能源突然波動(dòng)的響應(yīng)能力有限（即，逆潮流問(wèn)題）。這些只是一些實(shí)際問(wèn)題。開(kāi)放式能源系統(tǒng)技術(shù)通過(guò)直流微電網(wǎng)克服了這些問(wèn)題。使用太陽(yáng)能和其他可再生能源的分散式發(fā)電機(jī)與分散式電力存儲(chǔ)設(shè)備直接相連。”

集中控制與更分散的網(wǎng)絡(luò)控制有很大不同。“想象一下二進(jìn)制開(kāi)關(guān)（開(kāi)關(guān)）與管理互聯(lián)網(wǎng)之類(lèi)的東西之間的區(qū)別，我們必須不斷轉(zhuǎn)移負(fù)載和資源以滿(mǎn)足需求模式，”古德曼說(shuō)。

微電網(wǎng)與電網(wǎng)連接并同步運(yùn)行，但可以斷開(kāi)連接并自主運(yùn)行，具體取決于物理和經(jīng)濟(jì)條件。借助基于人工智能的新技術(shù)，所有這些都可以被激勵(lì)并變得更加可控，從而使最具可持續(xù)性的微電網(wǎng)與普通電網(wǎng)之間的融合更加可控和高效。

古曼說(shuō)：“我們生活在一個(gè)非常有趣的時(shí)代，我們必須想象運(yùn)行超出我們智力甚至想象的電力系統(tǒng)才能運(yùn)行。” “幸運(yùn)的是，我們現(xiàn)在能夠利用 ML ［機(jī)器學(xué)習(xí)］ 和 AI 來(lái)訓(xùn)練計(jì)算機(jī)來(lái)優(yōu)化算法，從而提供我們編排供需所需的平衡。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的訣竅是首先構(gòu)建能夠管理模擬森林光輝的數(shù)據(jù)海嘯的軟件和硬件，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商為向我們的家庭、企業(yè)、城市輸送電力的電力系統(tǒng)提供平衡，和校園。”

古德曼說(shuō)，“開(kāi)源”一詞表示對(duì)共享知識(shí)的承諾，從而鼓勵(lì)免費(fèi)再分發(fā)和訪問(wèn)解決方案的設(shè)計(jì)和實(shí)施。“開(kāi)源是考慮加速改變微電網(wǎng)技術(shù)范式以實(shí)現(xiàn) 100% 綠色能源轉(zhuǎn)型的重點(diǎn)之一，”古德曼說(shuō)。

可再生能源的開(kāi)源

索尼 CSL 和 LF Energy 之間的合作旨在建立一個(gè)開(kāi)源平臺(tái)，目標(biāo)是創(chuàng)建具有彈性和靈活性的微電網(wǎng)。索尼 CSL 的 Hyphae 軟件自治電力交換系統(tǒng) （APIS） 自動(dòng)高效地將本地生產(chǎn)的可再生能源分配到直流電網(wǎng)上，與交流電網(wǎng)一起促進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家的能源轉(zhuǎn)型，并將電氣化帶到全球最貧困的角落。

“交流微電網(wǎng)的一個(gè)目標(biāo)是能夠通過(guò)將電力輸送回系統(tǒng)來(lái)為主電力系統(tǒng)提供靈活的服務(wù)，”古德曼說(shuō)。“另一個(gè)是在主電力系統(tǒng)處于壓力之下時(shí)提供繼續(xù)提供服務(wù)的能力。可能還有其他一些用例。所有人都需要有經(jīng)濟(jì)證明才能使設(shè)計(jì)站得住腳。”

Jinushi 評(píng)論說(shuō)，另一個(gè)目標(biāo)是提供標(biāo)準(zhǔn)化的工具集和接口來(lái)構(gòu)建微電網(wǎng)并加速能源向可再生能源的過(guò)渡。“我們需要解決的挑戰(zhàn)將是放松管制和當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)的支持，”他說(shuō)。

一個(gè)可互操作的、云原生的、可配置的微電網(wǎng)路徑可以提供一種管理電網(wǎng)能源的新方法，有助于節(jié)能和環(huán)境問(wèn)題。在開(kāi)發(fā)能源系統(tǒng)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)功能的互操作性、控制、優(yōu)化、虛擬化以及分布式能源的數(shù)字化管理都可能代表開(kāi)發(fā)挑戰(zhàn)。

雖然微電網(wǎng)對(duì)數(shù)據(jù)中心行業(yè)很感興趣，該行業(yè)越來(lái)越多地使用可再生能源項(xiàng)目來(lái)減輕解決方案對(duì)可持續(xù)性的影響，但它們也可能對(duì)在發(fā)展中國(guó)家提供可靠的能源和提高能源供應(yīng)的彈性產(chǎn)生重大影響情況和市場(chǎng)的類(lèi)型。

“所有的能量都是本地的；我們擁有通過(guò)基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)輸它的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，”古德曼說(shuō)。“但如果我們重新考慮理想的設(shè)計(jì)，我相信我們會(huì)優(yōu)化接近度和連接性。這發(fā)揮了微電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)。最終，我們希望通過(guò)抽象（虛擬化和自動(dòng)化）降低復(fù)雜性，降低成本并提高可靠性。我們可能需要下一個(gè)十年來(lái)不斷迭代優(yōu)化這些事情——復(fù)雜性、成本和可靠性。開(kāi)源可以發(fā)揮巨大的作用——就像互聯(lián)網(wǎng)一樣——在確保可以加速互操作性、安全性和規(guī)模方面。”