為什麼智慧城市需要綠能系統?

作者 : Maurizio Di Paolo Emilio,Power Electronics News & EEWeb主編

現在正是時候採用風能、太陽能和水力發電等再生能源產生的碳中和能源以取代化石燃料了,這將有助於對抗全球變暖…

城市的發展需要更可靠、更智慧、更環保的能源基礎設施,因為它們是推動國民經濟、創造力、文化和可能性的引擎。然而,隨著越來越多的人遷移到城市,許多城市面臨著住房、水/廢水、能源和交通運輸等公共事業和服務方面的問題。塞車、空氣污染以及無以負擔的房價是世界許多地方的主要問題。

另一方面,城市正在迎頭趕上。許多人都致力於實現《巴黎協定》(Paris Agreement)在2050年前實現氣候中和的目標。為了實現這一目標,必須大幅減少溫室氣體排放,更需要強大的電力基礎設施,可靠地提供大量再生能源。

下一代能源

有害的排放量必須削減至零,才能減緩並消除氣候變化。為了實現這一目標,必須改造現有的能源系統,生產完全可持續且再生的能源。我們還需要有永續且可靠的電力系統,才能以最有效和最具彈性的方式混合各種再生能源。

2022年對於綠色成長和減緩氣候變化至關重要。來年,從化石燃料到再生能源的轉變將會加劇,而對下一代電力解決方案的長壽命儲能系統和先進半導體生態系統的需求巨大。因應氣候變化必須付諸實際行動,而節能則是首要措施之一。對於政府和國家來說,實施逐步從化石燃料轉向再生能源的計畫是不夠的。

現在正是時候採用風能、太陽能和水力發電等再生能源產生的碳中和能源以取代化石燃料了,這將有助於對抗全球變暖。未來幾年對於地球的生存至關重要。現在向綠色能源的轉變比以往任何時候都更為重要。由於科技的發展,我們擁有導入再生能源的所有工具,但問題是如何利用這些工具。

生活在此解決這些問題極其重要的年代,第一步是要承認這項舉措必不可少,並對此正確做法做出回應。這涉及到考慮並傳達有關氣候任務影響的資訊。我們將不得不做出什麼樣的妥協?從長遠來看,它們的生存能力如何?

零排放交通

低碳和零碳交通是任何城市實現碳中和策略的關鍵。也就是說,我們越來越需要推動從內燃引擎汽車過渡到電動車(EV),包括汽車和公共汽車,以及電動的軌道電車和火車。交通是任何城市取得成功的關鍵部份。EV體現了許多智慧城市的願景:以零排放能源運行的智慧汽車、卡車、公共汽車和火車——這些都是永續、綠色且開源的。

日立永續能源公司(Hitachi Energy)產品管理和策略主管André Burdet表示:「到2030年,預計將有超過1億輛EV上路,同時,未來10年預計城市公車活動將增加50%。尤其是城市公共汽車,其排放的二氧化碳(CO2)將佔交通部門排放總量的四分之一。顯然,由再生能源驅動的EV和公共汽車,是使城市空氣變清潔的必要條件。」

據估計,為這些EV供電需要500TWh以上的電力,這樣就可能減少CO2排放。即便如此,預計EV將需要使用全球約10%的能源,因此也就需要使用高效能源管理的新智慧系統。也就是說,自我調整、數位化的電網基礎設施,可以容納大量再生能源並將其可靠地提供給廣大消費者。

Burdet表示,「因應這些挑戰,需要從技術供應商、能源供應商和車輛製造商到交通營運商和城市規劃者等經驗豐富的利益相關者之間強有力的合作。」

智慧電網應該能夠平衡更大的供需變化,同時仍支援包括EV等所有形式的儲能系統。智慧行動解決方案讓營運商能夠有效擴大其營運規模,並可望為生活在城市地區的數百萬人之永續社會做出貢獻,從而加速智慧行動的未來。

著眼於對城市交通電氣化的承諾,Hitachi Energy在2020年中針對公共交通和商用車隊推出「電網隨插即用」(grid-to-plug) EV充電系統,該公司將其視為一種顛覆性技術。這款被稱為「Grid-eMotion Fleet」的多合一解決方案可連接到任何類型的電力網路­—交流(AC)、直流(DC)、低或中電壓,以及任何類型的充電器,從而為EV車隊提供可操作性(1)。

據Burdet介紹,「Grid-eMotion Fleet」包括一個集裝箱化的大功率充電系統和變電站,以及能源管理和車隊管理技術,所有這些都包含在一個小空間內,從而可以快速在倉庫部署。Grid-eMotion Fleet經過適當設計,可提供與公用電網連接的靈活性,並確保符合電能品質要求。充電器可提供50-600kW功率,並組合在機櫃中,以便於維護。充電站的設計在於確保與當前和未來透過插頭或集電弓進行DC充電的EV車隊有效搭配運作。

 

圖1:Grid-eMotion Fleet插入式電動車充電系統。

(來源:Hitachi Energy)

開源平台

開放源碼(open-source)平台的使用將加速向新技術模式的轉變。我們生活在一個「沉浸」於未開發能源的世界中,儘管盡了最大的努力,仍在試圖找出如何最大限度地利用它。太陽是唯一完全安全的能源。這顆擁有40億年歷史的恒星可以加熱和照亮我們的星球,並控制著地球上所有生物的生命週期,它也是一種無限的能源。必須優先考慮能夠促進投資的新商業模式、設計工具和市場監管。

只有透過投資研究,才可能持續降低能源成本,提高能源系統的性能,並投資整合再生能源的系統。創新也必須發揮作用:揭示和開發有助於在合理時間內擺脫煤炭的新技術至關重要。希望業界繼續投資新的再生技術,這將有助於帶來更加永續的未來。

為此,「開源」一詞表明了對共用知識的承諾,從而鼓勵自由再分配和獲取解決方案的設計和實施。開源是加速技術模式的變化,實現100%綠色能源轉型所需考慮的重要問題之一。開源能源系統的目標在於透過降低開發費用和簡化系統連接來降低總體成本。系統整合商可以透過可擴展的模組化隨插即用解決方案以更快的方式向市場交付產品。在理想情況下,解決方案的實施速度將更快、更靈活,且能適應不斷變化的商業模式。

透過真正協作的開源計畫來發展和支持再生能源是LF Energy的目標——LF Energy是Linux基金會的一項非盈利、供應商中立的計畫,其行動計畫是透過開放架構、參考架構和互補專案的支援生態系統,實現全球電氣系統的現代化。LF Energy執行董事Shuli Goodman說:「我們的使命是透過託管、建構、促進和啟用分散式運算模式來加速能源轉型,因為它與分散式能源有關。這就是從控制基礎設施到新市場基礎、微交易、邊緣裝置的一切。」能量是由包括人類在內的整個宇宙產生的,這取決於如何透過能量採集技術加以採集。最好的開源能源系統不會對環境造成負面影響,而且設備維護和營運費用非常便宜。

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