新能源直流電器及未來家居能源系統(tǒng)發(fā)展-趙志剛

NEIICNEIICNEIIC國創(chuàng)聯(lián)能NEIICNEIICNEIIC 太陽能、風能、儲能等清潔能源替代化石能源能源結構由集中式向分布式轉變以電替代煤，以電替代油，以直流電替代交流電（光伏儲電等皆呈直流特性）產(chǎn)品清潔化轉型：產(chǎn)品供需聯(lián)動轉型：AC/DC環(huán)節(jié)減少AC/DC環(huán)節(jié)器件、濾波電容減少；降低電源體積和成本；產(chǎn)生相同人體電流效應，直流高于交流，直流引起室顫時間長，相同條件下，安全性更高；AC/DC環(huán)節(jié)減少AC/DC環(huán)節(jié)器件、濾波電容減少；降低電源體積和成本；產(chǎn)生相同人體電流效應，直流高于交流，直流引起室顫時間長，相同條件下，安全性更高；C網(wǎng)可靠運行低成本荷安全高效源便于分布式能源接入提高并網(wǎng)效率能源消費變革：開展電力需求側管理，增強響應能力，提供調控靈活性，實現(xiàn)能源生產(chǎn)和消費智能互動。雙碳驅動下，以節(jié)水、節(jié)能、節(jié)地、節(jié)材及智能集成為主的綠色建筑將光儲直柔·家居7雙碳驅動、綠色經(jīng)濟轉型及新型電力系統(tǒng)構建引領建筑走向“光儲直柔”建筑，建筑機電設備走向“零碳直流”設備；電力電子技術和信息電子技術發(fā)展的積累，催生著交流到直流的電技術革命，又為碳中和下新能源生態(tài)構建準備好技術支撐，足以全新定義、全新構建信息互聯(lián)網(wǎng)后能源互聯(lián)網(wǎng)新一程，深度推進新能源革命；永不停電、永不觸電有望在雙碳驅動下逐漸走進現(xiàn)實；光伏和儲能是兩支翅膀，催生和加快電器設備的新能源直流化；零碳直流和新能源互聯(lián)網(wǎng)需要直流化、能源信息化的新機電；NEIIC第二章NEIICNEIICNEIIC交流電磁感應變壓器成熟升壓簡單交流電磁感應變壓器成熟升壓簡單遠距離輸送集中發(fā)電，耗材小電力電子技術尚未出現(xiàn)變壓困難近距離輸送分散發(fā)電，耗材大交流電形成旋轉磁場，使能電交流電形成旋轉磁場，使能電動機低驅低高分布式新能源接入效有無/四/五/四/五正負兩線線線三數(shù)據(jù)來源：綠能谷哈佛能源觀|第136期陸地 三數(shù)據(jù)來源：綠能谷哈佛能源觀|第136期陸地機電設備直流化演變：功能化—精細化—適配化—直流化（內生發(fā)展訴求）傳統(tǒng)電器傳統(tǒng)電器精細化直流化適配化NEIICNEIIC?首臺電力空調設備發(fā)明?世界第一臺商用變頻空調?世界首創(chuàng)光伏（儲）空調?直流空調、直流電器V ><><>儲能放電儲能充電<儲能放電儲能充電VNEIICGREEGREE光伏直驅變頻空調系統(tǒng)光儲直流空調系統(tǒng)“零碳源”空調系統(tǒng)2013年，全球首創(chuàng)光伏直驅變頻空調系統(tǒng)，顛覆性地將空調從用電設備變?yōu)榘l(fā)用電一體設備，開啟了空2018年，開放安全儲能接入，光儲2013年，全球首創(chuàng)光伏直驅變頻空調系統(tǒng)，顛覆性地將空調從用電設備變?yōu)榘l(fā)用電一體設備，開啟了空2018年，開放安全儲能接入，光儲納、電力削峰填谷、系統(tǒng)離網(wǎng)運行，NEIICNEIIC已服務30個國家和地區(qū)，落地工程8000多個，有序推進零碳直流化。電力電子技術和信息電子技術已為電器直流化準備了技術基礎；變頻空調冰箱及LED及電動車和手機等已是泛直流化設備，為直流生態(tài)準備了產(chǎn)業(yè)基礎；光伏等新能源崛起及其本質直流特性營造了直流技術革命背景。精細用能、安全用能、高效智慧用能累積著機電直流化的內生訴求；而新能源光伏的分布式化為直流化帶來外在市場驅動力，直驅直用高效安全；以場景為對象有序攻關示范試點，以國家雙碳及新型電力系統(tǒng)構建為契機，聯(lián)合電力能源伙伴，光儲空、光儲充等交直流混動及價值場景先行，是機電直流化技術有序實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的路徑；NEIIC第三章NEIICn零碳直流的的發(fā)展（新能源直流電器及近用戶側能源互聯(lián)網(wǎng)）234523452015中國提出“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃，推進能源供應與安全改革；工信部在《關于加強“十三五”信2015中國提出“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃，推進能源供應與安全改革；工信部在《關于加強“十三五”信息通信業(yè)節(jié)能減排工作的指導意見》中，明確提出推廣直流供電技術；2017成立LVDC團體標準、行業(yè)標準技術委員會；籌建LVDC國家標準技術委員會，對接IECSyCLVDC；國際電工組織IEC指出：LVDC是21世紀革命性電力技術1970荷蘭能源研究中心（ECN）提出在住宅中采用直流供電技術的實施方案；2003《TheEconomist》雜志刊登文章《BuildingtheEnergyInternet》，探討以分布式發(fā)電+分布式儲能為核心，支持即插即用、余電上網(wǎng)的智能電力系統(tǒng)；美國北卡羅來納大學以DC艦船配電系統(tǒng)為例探討直流配電；2010CPES中心將SBI基礎上發(fā)展匹配工業(yè)和通信標準的DC380V和DC48V兩種電壓等級的SBN（SustainableBuildingandNanogrids）日本提出“DC-House”陽光計劃；2011歐洲啟動FINSENY項目；日本推廣數(shù)字電網(wǎng)計劃；2013中國格力發(fā)布“光伏直流直驅空調“；中國家電開展交直流混合供用電研究；2014美國EmergeAlliance開始向東南亞推廣直流微網(wǎng)；2018中國格力鑒定發(fā)布“空調光儲直流化關鍵技術“；專利獲評國家發(fā)明專利金獎；中國雄安新區(qū)啟動能源互聯(lián)網(wǎng)小鎮(zhèn)規(guī)劃，直流雄安納入規(guī)劃策劃；中國多個LVDC示范工程項目落地建成；2021IEEE全直流低壓系統(tǒng)技術分委會成立；中國發(fā)布《2030年前碳達峰行動方案》直流及光儲直柔納入行動案；日本東京大學提出基于直流微網(wǎng)的配電系統(tǒng)構想；2007美國弗吉尼亞理工大學CPES提出了“SBI”研究計劃，研究未來住宅和樓宇新型供用電系統(tǒng)；日本夏普公司提出了“直流生態(tài)住宅”概念.日本政府宣布提供住宅直流系統(tǒng)技術的政策咨詢.2008美國啟動FREEDM項目；德國發(fā)起E-Energy項目；日本夏普、松下、TDK等公司展示了住宅直流供電技術和相關原型產(chǎn)品。2009中國在第九屆中國順德國際家用電器博覽會上，展示了采用48V和350V直流供電的系列直流家電產(chǎn)品。中國家電啟動后變頻時代的直流化研究。跟跑階段并跑階段合力領跑l標準對象：LVDC標準體系、市場、電壓等級、ITUITUIECIEEEIECIEEE標準對象：建筑物中的直流應用標準對象：建筑物中的直流應用2000年前后，各國先后獨立提出直流配電系統(tǒng)并開展核心直流裝備研究，主要研究方向為適應未來分布式電源接入、直流微電網(wǎng)系統(tǒng)等，側重于研究直流電分配、功率變換技術等方向。研究的較早起步，在美國、日本、歐洲等地區(qū)均提出了LVDC系統(tǒng)的架構設想，并進行了一定的工程示范。但是，各個國家的技術路線分歧較大，發(fā)展路線復雜；且國外應用場景單一、示范多為小范圍微網(wǎng)的應用；因此技術應用更新較慢。我國零碳直流LVDC技術緊跟國際走過跟跑，并依托建筑場景市場更新迭代優(yōu)勢和新能源光伏等發(fā)展契機，努力在零碳直流應用技術上并跑和領跑，開展了核心直流化裝備研制和示范，貢獻著中國團隊力量。NEIICNEIIC直流家用電器直流不止于直流，需要的是賦能和定義，“同行”。不同等級電壓家用電器關鍵器件直流兼容 直流-接口供電距離傳輸功率低壓直流電壓直流家用電器直流不止于直流，需要的是賦能和定義，“同行”。不同等級電壓家用電器關鍵器件直流兼容 直流-接口供電距離傳輸功率低壓直流電壓家庭直流供用電系統(tǒng)設計原則據(jù)換道成本不止于直流，深度協(xié)同深度攻關家用電器功率區(qū)域分布圖起居區(qū)域P功率與電壓匹配最優(yōu)化設計家用電器功率區(qū)域分布圖起居區(qū)域P功率與電壓匹配最優(yōu)化設計雙母線架構集散式能源路由器配置方案雙母線架構集散式能源路由器配置方案保護方案家用電器能耗分布圖QNEIIC數(shù)據(jù)來源：《2022年度廣東省能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新中心特支計劃（擬）》家用電器能耗分布圖QNEIIC數(shù)據(jù)來源：《2022年度廣東省能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新中心特支計劃（擬）》地理分布及季家庭人員及使家庭人員及使用習慣因素過零點頻率電機理AC幅值性能產(chǎn)品應用接口安全過零點頻率電機理AC幅值性能產(chǎn)品應用接口安全電弧安全差異，關鍵保護部件斷路器、熔斷器、繼電器等方面存在評價閾值和評價方法人體效應差異，產(chǎn)品設計安全要求、安全電壓要求、漏電保護要求等方面評價閾值和評價方法幅值等效關系，產(chǎn)品設計安全的電氣間隙、爬電距離的閾值，以及安全評價的絕緣耐壓和電纜線的閾值和評價方法直流電能計量、產(chǎn)品能效測試和評價方法電壓偏差、電能質量、EMC測試等設計要求及評測方法產(chǎn)品電壓等級、接地方式、接口形式和接入特性等方面的設計要求和評價方法閾值，低電壓供電的直流電器基于人居環(huán)境和用電行為特性的分析的直流安全母線分DC基于人居環(huán)境和用電行為特性的分析的直流安全母線分DC48V母線：采用DC48V母線，滿足人居頻繁活動區(qū)域的安全需求，，突出安全為主的優(yōu)勢特點。DC400V母線：采用DC400V，突出用電效率，為低頻活動功能區(qū)域的直流電器和設備供電；配置的直流電器功率較大，人接觸頻率少；滿足大功率用電需求，需加強安全保護設計，提高用電安全性、高效性。安全直流電器電壓與功率匹配設計直流安全用電高低壓分區(qū)設計低壓直流電器本質安全化設計能源信息在線監(jiān)測及智能控制NEIICNEIIC柔度響應電網(wǎng)的用不變；應用及；系統(tǒng)以,通過用電負荷的功率調節(jié)匹配整個系統(tǒng)功率，以達到運行狀態(tài)；柔度設置柔度設置系統(tǒng)調度源、儲、網(wǎng)、荷、備n直流接口設計通用規(guī)則1.高低壓母線架構（架構性分工導則）為打造清潔、安全、可靠、智慧、高效的人居工作生活環(huán)境，將直流系統(tǒng)設計區(qū)分為低壓安全母線和高壓動力母線。低壓安全母線：采用DC48V特低壓安全母線，滿足人居頻繁活動區(qū)域的安全需求。高壓動力母線：突出用電效率，采用DC400V或者DC800V高壓動力母線，為低頻活動功能區(qū)域的大功率直流電器和設備供電，需加強安全保護設計。2.基于人身安全的分區(qū)供用電（安全性導則）直流建筑采用分區(qū)供電方案，結合建筑應用的特點，將功能區(qū)域可劃分為頻繁活動功能區(qū)域和低頻活動功能區(qū)域：頻繁活動功能區(qū)域；人員活動頻繁區(qū)使用的電器采用DC48V低壓安全母線，以保障用電安全為主，以精小化插頭插座連接；以大功率電器應用為主，采用DC400V或者DC800V高壓動力母線供電，重點兼顧用電效3.基于人身安全的分類供用電（安全性導則）。分高壓，低壓類，低壓電器有效降低相關安全認證及防護等開銷，高壓?光伏系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)在；?儲能解決問題；NEIIC?電網(wǎng)掉電后，儲能轉換ms級別，實現(xiàn)的特點；NEIIC?電動車的電壓等級已按照DC800V進行設計?充電樁、空調機組、應急供電可統(tǒng)一DC800V數(shù)據(jù)來源：《2022年度廣東省能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新中心特支計劃（擬）》程的尖峰電流沖擊影響，短路故障發(fā)生后快速柔性斷開線路，避免機DC800/400V---高壓動力母線效率直流電壓等級選擇：DC800/400V---高壓動力母線效率直流電壓等級選擇：DC48V---低壓安全母線安全以及新型導電線纜材料和低壓大功率并聯(lián)供電技術數(shù)據(jù)來源：《2022年度廣東省能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新中心特支計劃（擬）》直流是多學科高度交叉的技術，機電直流化需要換道；直流不止于直流，深度協(xié)同深度攻關機電設備直流化需要集中攻克本質安全和柔性技術，以爭取相比交流更高質量的換道收益形成市場驅動力；機電設備直流化接口標準和技術需要更廣泛的通過實踐而不是構想、通過跨產(chǎn)業(yè)相向而行尋求通用化集約化價值；需要確立導則聯(lián)合攻克接口技術再實踐制定標準；機電設備直流化要提出交流思維，避不開浮地架構的弧和絕緣安全問題，需要新思路和新手段來攻關；實現(xiàn)低壓母線的本質安全供電還有供電半徑問題待進一步解決，甚至比如新型導電線纜材料和低壓大功率并聯(lián)供電；NEIICNEIICNEIIC新一代低壓直流供用電系統(tǒng)是供用電技術與信息技術的深度融合產(chǎn)生的一種新型供用電系統(tǒng)分布式可再生能源及直流負荷終端的“即插即用”直流用電設備智能互動、靈活用能管理用戶感知能力提升，用戶需求變化快速響應用戶友好用電與供需互動過程中的參與度和滿意度提升集成新能源直流供用電系統(tǒng)和能源信息技術，打造智能直流供用電生態(tài)系統(tǒng)：從“提供優(yōu)質、可靠供電”到“清潔、安全、可靠、智慧、高效用電”數(shù)據(jù)來源：馬釗，國家特聘專家，《新一代低壓直流供用電系統(tǒng)及發(fā)展趨勢展望》NEIICNEIIC離心機、螺桿機、模塊機、多聯(lián)機…空調內機、冰箱、洗離心機、螺桿機、模塊機、多聯(lián)機…空調內機、冰箱、洗衣機、空氣凈化器、加濕器、凈水機、飲水機、風扇、茶藝壺…空調外機、電磁爐、電飯煲、洗衣機、熱水器…NEIICNEIIC設備在并網(wǎng)友好與源儲網(wǎng)荷協(xié)同上，NEIIC整體性：多個智能設備共同形成智能設備生態(tài)系統(tǒng)可感知性:基于能源流數(shù)據(jù)可感知用戶情景，最小化過度依賴人的視覺系統(tǒng)和電子設備屏幕交互方式單一，容易產(chǎn)生疲憊感對特殊人體（視覺、肢體缺陷）操作困難用戶輸入，主動適應用戶需求去屏幕化:將“屏幕”融于環(huán)境，實現(xiàn)自然交互NEIIC基于“光儲直柔“零碳直流技術應用，不斷定義和賦能近用戶........................數(shù)據(jù)來源：《2022年度廣東省能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新中心特支計劃（擬）》NEIICNEINEIICl安全—保障電力供給，高低壓分區(qū)安全；l可靠—系統(tǒng)自適應性，自愈自平衡；l智慧—數(shù)字孿生、信息互聯(lián)交互；l高效—光伏直驅，儲能直流直接轉換；雄安市民中心雄安新區(qū)低壓直流系統(tǒng)樣板工程家居級能源管理系統(tǒng)全直流HIEMS網(wǎng)荷互動構建雄安低壓直流生態(tài)大同未來能源館光伏直流變頻離心機實現(xiàn)分布式能源建筑一體化雄安市民中心雄安新區(qū)低壓直流系統(tǒng)樣板工程家居級能源管理系統(tǒng)全直流HIEMS網(wǎng)荷互動構建雄安低壓直流生態(tài)大同未來能源館光伏直流變頻離心機實現(xiàn)分布式能源建筑一體化的綜合高效利用，助力能源改革應用示范——國家能源革命排頭兵館深圳未來大廈光儲直流空調系統(tǒng)及直流支持，項目開展了光儲直柔全直流建筑辦公場景的零碳直流應用。項目為國內首個以新能源應用為引領的智慧能源小鎮(zhèn)，直流直驅模塊機及直流模塊化數(shù)據(jù)中心結合，首次將直流直驅負荷引入同里智慧能源小鎮(zhèn)NEIIC采用直流供用電系統(tǒng)：屋頂及立面實現(xiàn)BIPV，可再生能源就近接入與消納；集裝箱式儲能，提高清潔能源利用率，降低能源運營成本；直流水冷離心主機及暖通系統(tǒng)，直流設置地源熱泵、空氣源熱泵、分布式屋頂光伏、光伏樹、微風發(fā)