徹底改變電力世界的數(shù)字?jǐn)嗦菲?/h1>
2019-08-24 02:01:34編譯許林玉
世界科學(xué) 2019年8期
編譯 許林玉
原子動力公司的創(chuàng)新產(chǎn)品比最快的機(jī)械斷路器快3 000倍，可能從根本上改變我們的電力管理方式。
2019年5月，世界上第一個也是唯一一個數(shù)字?jǐn)嗦菲魍ㄟ^了商用認(rèn)證。該技術(shù)由原子動力公司（Atom Power）發(fā)明，已通過美國保險商試驗所（UL）的安全認(rèn)證。有了這款新型斷路器，電力管理將變得更為輕松。它比最快的機(jī)械斷路器快3 000倍，是繼托馬斯·愛迪生和尼古拉·特斯拉的開創(chuàng)性發(fā)明之后配電領(lǐng)域最根本的進(jìn)步之一。
想象一下地下室內(nèi)的保險絲盒，里面的每個開關(guān)都與不同的電器元件連接。這些開關(guān)起著斷開電路的作用，以防止設(shè)于墻體中的超負(fù)荷電線因過熱而引起火災(zāi)。當(dāng)電路斷開時，您被迫拖著沉重的腳步來到機(jī)械房內(nèi)，重啟開關(guān)。
現(xiàn)在，把您家里這個簡單的系統(tǒng)安裝到城市高樓和工業(yè)建筑內(nèi)，其中任一樓層都可能安裝有250個斷路器，每個斷路器在較高電壓下的電流范圍介于15至4 000安培之間。在這種情況下，手動控制電力系統(tǒng)的局限性和危險性變得更加明顯，成本也更加高昂。
邁向數(shù)字化
25年前，原子動力公司首席執(zhí)行官瑞安·肯尼迪（Ryan Kennedy）步入職場，此后一直致力于打造更好的電氣系統(tǒng)。他最初是一名電工，后來又在高知名度的大型商業(yè)電氣項目中擔(dān)任工程師和項目經(jīng)理。他根據(jù)自己的經(jīng)驗，對一個關(guān)于“我們無法以我們本該做到的方式控制模擬基礎(chǔ)設(shè)施的電力供應(yīng)”的重要論斷展開了研究。這個研究引出了一些非常關(guān)鍵的問題：怎樣才能使電力系統(tǒng)變得可控？為什么不能將控制裝置安裝在斷路器上？
2014年，肯尼迪和原子動力首席技術(shù)官丹尼斯·庫魯西（Denis Kouroussis）開始著手解決這些問題。他們設(shè)計了一個數(shù)字?jǐn)嗦菲餮b置，這些斷路器使用固態(tài)半導(dǎo)體和軟件來管理來自多個分散電源（業(yè)內(nèi)人士稱之為分布式電源）的電流。這個先進(jìn)的數(shù)字平臺將輸入的電流整合到一個超智能設(shè)備中，并根據(jù)需要和應(yīng)用不斷調(diào)整電流。
原子動力公司的開關(guān)集新型固態(tài)技術(shù)與實時監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)功能于一身，是同類產(chǎn)品中首款通過UL安全認(rèn)證批準(zhǔn)上市的產(chǎn)品
原子動力公司的數(shù)字?jǐn)嗦菲鞅葯C(jī)械斷路器的速度快，安全性能高
肯尼迪在接受《大眾機(jī)械》采訪時表示：“我們沒有使用機(jī)械方式轉(zhuǎn)換電源，而是采用數(shù)字輸入技術(shù)。現(xiàn)在，斷路器中沒有使用活動部件。我可以通過連接iPhone和iPad等設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程電源管理，這樣既提高了安全性又提升了效率。我可以為配電板設(shè)立時間表，這樣電力就可以實現(xiàn)無縫、無限制流動，并自動在電源之間切換。燈光甚至不會閃爍，因此你根本不會注意到。”
超越不可能：全球第一個數(shù)字?jǐn)嗦菲?/p>
100多年來，斷路器從未發(fā)生變化。原子動力公司創(chuàng)造了有史以來第一個數(shù)字固態(tài)斷路器，它改變了配電各應(yīng)用領(lǐng)域（如智能能源路由、遠(yuǎn)程管理和電力互聯(lián)等）的經(jīng)濟(jì)性、安全性和可能性。
無限次電源開關(guān)
在不同的電源之間切換極其困難，而且通常無法做到。數(shù)字配電技術(shù)改變了這一現(xiàn)狀，使之能夠隨時根據(jù)特定的電力需求從一個電源無限次動態(tài)切換至另一個電源
遠(yuǎn)程電源管理
任何移動設(shè)備都可以用于管理數(shù)字電源，只需在iPhone上輕輕點擊幾下，操作人員就能在幾秒鐘內(nèi)完成原本需要幾個小時才能完成的調(diào)整工作。此前，這種水平的遠(yuǎn)程電源管理從未實現(xiàn)過。它極大地增加了安全性，提高了效率，降低了總體電力管理成本
智能電力
目前的電力為硬連線，極不靈活。數(shù)字?jǐn)嗦菲鞲淖兞诉@一點，它創(chuàng)造了一個智能框架，可根據(jù)用途動態(tài)調(diào)整電流
電聯(lián)網(wǎng)
電力第一次可以像互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)一樣被連接、管理和使用。跨組織和跨地域的“電力聯(lián)網(wǎng)”意義深遠(yuǎn)，數(shù)字配電是新一代電力聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)
可再生能源的發(fā)展
當(dāng)你考慮到可再生能源和電網(wǎng)集中供電之間切換的機(jī)械復(fù)雜性時，就知道這個想法有多么強(qiáng)大了。肯尼迪認(rèn)為，現(xiàn)有配電系統(tǒng)的靜態(tài)特性是住宅區(qū)未廣泛采用可再生能源的原因之一。例如，對于一個使用太陽能發(fā)電并網(wǎng)的家庭，由于傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)（包括斷路器）不夠先進(jìn)，無法正確管理多個變化的電源，用戶有時不得不斷開太陽能輸入。
正如某家公司所說的那樣：隨著現(xiàn)代世界的發(fā)展，人們已經(jīng)可以應(yīng)對傳統(tǒng)斷路器帶來的風(fēng)險和限制，但這也是一個事實，即這些系統(tǒng)效率低下，出現(xiàn)電涌和其他故障還需要手動修復(fù)。肯尼迪說，老式斷路器根本無法像電力流動那樣迅速運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)大型建筑中的電路出現(xiàn)問題時，情況會變得很糟，因為通常需要多得多的資源才能滿足需求。
安全第一
能源管理不完善每年導(dǎo)致3萬起電力事故。電弧閃光事故可以持續(xù)數(shù)周，讓整棟建筑受到影響。由于能夠以前所未有的速度斷開100 000安培的電流，數(shù)字?jǐn)嗦菲饔行У叵诉@些風(fēng)險，因此成為 “迄今為止最安全、最快速、最智能的系統(tǒng)”。
令人驚訝的是，這個想法并不新鮮，制造商們已經(jīng)進(jìn)行過嘗試，但沒有找到類似的解決方案，主要是因為此前半導(dǎo)體技術(shù)不夠先進(jìn)。此外，許多人認(rèn)為這是一個斷路器功能問題，而不是整體的系統(tǒng)設(shè)計問題。
在滿足UL的嚴(yán)格構(gòu)造和耐久性要求的前提下，原子動力公司克服了140年的障礙。他們面臨的下一個挑戰(zhàn)是降低數(shù)字?jǐn)嗦菲鞯臒釗p失，使它們像同類機(jī)械產(chǎn)品一樣高效。
得益于三家全球排名前四的斷路器制造商（西門子、ABB和伊頓電氣）的投資，原子動力希望迎接挑戰(zhàn)，繼續(xù)開展開創(chuàng)性工作，塑造電聯(lián)網(wǎng)的未來。
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