一文浅谈能源革命设计

作者： Art Pini

[Phoenix Contact] 目标旨在帮助设计人员最大限度地减少对环境的影响，为可再生能源革命做好准备，在减少排放的同时为世界提供可持续的、即需即用的能源。他们提出了一个名为“全电气化社会”的概念，并以此作为未来十年的目标。在其愿景中，可再生能源是通过利用电气化、网络化和自动化技术打造智能化和网络化系统而高效生成和利用的。

清洁、可持续的能源来自光伏、水电、风能和地热资源。电池或绿色氢气等储能系统与发电过程相辅相成，确保能源随时可用。这些系统与网络和自动化控制相结合，能够让我们生活的方方面面都实现电气化。Phoenix Contact 为“全电气化社会”的能源生产、储能和自动化提供多种组件。

风力涡轮发电机

风力涡轮发电机的发电量约占美国总发电量的 10%。这些发电机结构复杂，机器诊断系统可监控系统健康状况，以减少损坏并尽量缩短停机时间。例如，智能涡轮叶片监控系统包括了检查冰、闪电、负载和结构健康状况的传感器（图 1）。

图 1：智能涡轮叶片监控包括检查冰、闪电、负载和结构健康状况的传感器，可以检测并防止损坏。（图片来源：Phoenix Contact）

Phoenix Contact [1183803] 转子叶片负载传感器安装在叶片内部底座附近，使用应变计监测涡轮叶片的载荷。结合其他传感器提供的数据，测量与评估控制器可监测叶片负载，从而控制涡轮机，使之以最小的叶片负载实现最佳的性能。

光伏发电

太阳能发电需要全系统监控，以确保现场的太阳能板能以最高效率运行。太阳能电池串联在一起，称为光伏 (PV) 串，从而实现规定的电压。通过监测单个电池板串的电流和电压，用户可以确定由于太阳能板损坏或电气连接不良而造成的功率损失（图 2）。通过多通道通信模块可以将传感器模块复用到协调控制器。

图 2：通过监测单个电池板中的串光伏串的电流和电压，用户可以确定由于太阳能板损坏或电气连接不良而造成的功率损失。（图片来源：Phoenix Contact）

在图 2 中，电压和电流传感器仅使用两个通信模块就能监控二十个光伏串的电流和通用电压。通信模块通过 Modbus 接口将数据发送至紧凑的控制器。

Phoenix Contact [2903591] 是一个传感器模块实例，它可以测量最高 1500 伏的单个电压。输出数据是范围 2 至 10 伏直流 (VDC) 的模拟电压，与测量输入成比例。2903591 传感器是一个 35 毫米 (mm) DIN 导轨模块，由 24 伏直流电源供电。

储能

由于能源需求是恒定的，因此设计人员必须能够存储从太阳能和风能等可再生能源发出的电能。常见方法是用电池存储。最小的储能单元就是电池单元，但可以将多个电池单元组合成一个电池模块，以增加可用的存储容量。各个电池单元的功率必须平衡，以确保它们以相似的速率充电或放电。出于安全考虑，我们需要监控电池模块的温度，以免发生热击穿。在电源控制单元 (PCU) 的控制下，多个模块被组合到一个存储柜中（图 3）。

图 3：所示为拆下前面板的储能柜，露出了由单个电池单元（蓝色）及其相关控制电子元件组成的三个电池模块。（图片来源：Phoenix Contact）

Phoenix Contact 提供用于连接这些模块的连接器。例如，极化连接器可以作为正极触点将模块与 [1106306] 连接，或作为负极触点与 [1106307] 连接。这些电池极连接器采用机械编码，可防止极性反转或意外接触，并可旋转 360˚ 以实现灵活布线。

结语

Phoenix Contact 的愿景就是打造“全电气化社会”，为此而提供从连接器、传感器到控制元件等各种产品，同时还为工业系统的自动化和控制提供软件和控制器。除产品外，Phoenix Contact 还致力于通过减少设施和日常运营中的二氧化碳排放来实现可持续运营。

审核编辑 黄宇