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(guó)創(chuàng)聯(lián)能NEIICNEIICNEIIC 太陽(yáng)能、風(fēng)能、儲(chǔ)能等清潔能源替代化石能源能源結(jié)構(gòu)由集中式向分布式轉(zhuǎn)變以電替代煤，以電替代油，以直流電替代交流電（光伏儲(chǔ)電等皆呈直流特性）產(chǎn)品清潔化轉(zhuǎn)型：產(chǎn)品供需聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)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(yīng)，直流高于交流，直流引起室顫時(shí)間長(zhǎng)，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(yīng)，直流高于交流，直流引起室顫時(shí)間長(zhǎng)，相同條件下，安全性更高；C網(wǎng)可靠運(yùn)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(fèi)變革：開展電力需求側(cè)管理，增強(qiáng)響應(yīng)能力，提供調(diào)控靈活性，實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)智能互動(dòng)。雙碳驅(qū)動(dòng)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(chǔ)直柔·家居7雙碳驅(qū)動(dòng)、綠色經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型及新型電力系統(tǒng)構(gòu)建引領(lǐng)建筑走向“光儲(chǔ)直柔”建筑，建筑機(jī)電設(shè)備走向“零碳直流”設(shè)備；電力電子技術(shù)和信息電子技術(shù)發(fā)展的積累，催生著交流到直流的電技術(shù)革命，又為碳中和下新能源生態(tài)構(gòu)建準(zhǔn)備好技術(shù)支撐，足以全新定義、全新構(gòu)建信息互聯(lián)網(wǎng)后能源互聯(lián)網(wǎng)新一程，深度推進(jìn)新能源革命；永不停電、永不觸電有望在雙碳驅(qū)動(dòng)下逐漸走進(jìn)現(xiàn)實(shí)；光伏和儲(chǔ)能是兩支翅膀，催生和加快電器設(shè)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(jī)電；NEIIC第二章NEIICNEIICNEIIC交流電磁感應(yīng)變壓器成熟升壓簡(jiǎn)單交流電磁感應(yīng)變壓器成熟升壓簡(jiǎn)單遠(yuǎn)距離輸送集中發(fā)電，耗材小電力電子技術(shù)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(zhuǎn)磁場(chǎng)，使能電交流電形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使能電動(dòng)機(jī)低驅(qū)低高分布式新能源接入效有無/四/五/四/五正負(fù)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(jī)電設(shè)備直流化演變：功能化—精細(xì)化—適配化—直流化（內(nèi)生發(fā)展訴求）傳統(tǒng)電器傳統(tǒng)電器精細(xì)化直流化適配化NEIICNEIIC?首臺(tái)電力空調(diào)設(shè)備發(fā)明?世界第一臺(tái)商用變頻空調(diào)?世界首創(chuàng)光伏（儲(chǔ)）空調(diào)?直流空調(diào)、直流電器V ><><>儲(chǔ)能放電儲(chǔ)能充電<儲(chǔ)能放電儲(chǔ)能充電VNEIICGREEGREE光伏直驅(qū)變頻空調(diào)系統(tǒng)光儲(chǔ)直流空調(diào)系統(tǒng)“零碳源”空調(diào)系統(tǒng)2013年，全球首創(chuàng)光伏直驅(qū)變頻空調(diào)系統(tǒng)，顛覆性地將空調(diào)從用電設(shè)備變?yōu)榘l(fā)用電一體設(shè)備，開啟了空2018年，開放安全儲(chǔ)能接入，光儲(chǔ)2013年，全球首創(chuàng)光伏直驅(qū)變頻空調(diào)系統(tǒng)，顛覆性地將空調(diào)從用電設(shè)備變?yōu)榘l(fā)用電一體設(shè)備，開啟了空2018年，開放安全儲(chǔ)能接入，光儲(chǔ)納、電力削峰填谷、系統(tǒng)離網(wǎng)運(yùn)行，NEIICNEIIC已服務(wù)30個(gè)國(guó)家和地區(qū)，落地工程8000多個(gè)，有序推進(jìn)零碳直流化。電力電子技術(shù)和信息電子技術(shù)已為電器直流化準(zhǔn)備了技術(shù)基礎(chǔ)；變頻空調(diào)冰箱及LED及電動(dòng)車和手機(jī)等已是泛直流化設(shè)備，為直流生態(tài)準(zhǔn)備了產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)；光伏等新能源崛起及其本質(zhì)直流特性營(yíng)造了直流技術(shù)革命背景。精細(xì)用能、安全用能、高效智慧用能累積著機(jī)電直流化的內(nèi)生訴求；而新能源光伏的分布式化為直流化帶來外在市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力，直驅(qū)直用高效安全；以場(chǎng)景為對(duì)象有序攻關(guān)示范試點(diǎn)，以國(guó)家雙碳及新型電力系統(tǒng)構(gòu)建為契機(jī)，聯(lián)合電力能源伙伴，光儲(chǔ)空、光儲(chǔ)充等交直流混動(dòng)及價(jià)值場(chǎng)景先行，是機(jī)電直流化技術(shù)有序?qū)崿F(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(cè)能源互聯(lián)網(wǎng)）234523452015中國(guó)提出“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃，推進(jìn)能源供應(yīng)與安全改革；工信部在《關(guān)于加強(qiáng)“十三五”信2015中國(guó)提出“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃，推進(jìn)能源供應(yīng)與安全改革；工信部在《關(guān)于加強(qiáng)“十三五”信息通信業(yè)節(jié)能減排工作的指導(dǎo)意見》中，明確提出推廣直流供電技術(shù)；2017成立LVDC團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì)；籌建LVDC國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì)，對(duì)接IECSyCLVDC；國(guó)際電工組織IEC指出：LVDC是21世紀(jì)革命性電力技術(shù)1970荷蘭能源研究中心（ECN）提出在住宅中采用直流供電技術(shù)的實(shí)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(chǔ)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(guó)北卡羅來納大學(xué)以DC艦船配電系統(tǒng)為例探討直流配電；2010CPES中心將SBI基礎(chǔ)上發(fā)展匹配工業(yè)和通信標(biāo)準(zhǔn)的DC380V和DC48V兩種電壓等級(jí)的SBN（SustainableBuildingandNanogrids）日本提出“DC-House”陽(yáng)光計(jì)劃；2011歐洲啟動(dòng)FINSENY項(xiàng)目；日本推廣數(shù)字電網(wǎng)計(jì)劃；2013中國(guó)格力發(fā)布“光伏直流直驅(qū)空調(diào)“；中國(guó)家電開展交直流混合供用電研究；2014美國(guó)EmergeAlliance開始向東南亞推廣直流微網(wǎng)；2018中國(guó)格力鑒定發(fā)布“空調(diào)光儲(chǔ)直流化關(guān)鍵技術(shù)“；專利獲評(píng)國(guó)家發(fā)明專利金獎(jiǎng)；中國(guó)雄安新區(qū)啟動(dòng)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(guó)多個(gè)LVDC示范工程項(xiàng)目落地建成；2021IEEE全直流低壓系統(tǒng)技術(shù)分委會(huì)成立；中國(guó)發(fā)布《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》直流及光儲(chǔ)直柔納入行動(dòng)案；日本東京大學(xué)提出基于直流微網(wǎng)的配電系統(tǒng)構(gòu)想；2007美國(guó)弗吉尼亞理工大學(xué)CPES提出了“SBI”研究計(jì)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(shù)的政策咨詢.2008美國(guó)啟動(dòng)FREEDM項(xiàng)目；德國(guó)發(fā)起E-Energy項(xiàng)目；日本夏普、松下、TDK等公司展示了住宅直流供電技術(shù)和相關(guān)原型產(chǎn)品。2009中國(guó)在第九屆中國(guó)順德國(guó)際家用電器博覽會(huì)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(guó)家電啟動(dòng)后變頻時(shí)代的直流化研究。跟跑階段并跑階段合力領(lǐng)跑l標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象：LVDC標(biāo)準(zhǔn)體系、市場(chǎng)、電壓等級(jí)、ITUITUIECIEEEIECIEEE標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象：建筑物中的直流應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象：建筑物中的直流應(yīng)用2000年前后，各國(guó)先后獨(dú)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?yàn)檫m應(yīng)未來分布式電源接入、直流微電網(wǎng)系統(tǒng)等，側(cè)重于研究直流電分配、功率變換技術(shù)等方向。研究的較早起步，在美國(guó)、日本、歐洲等地區(qū)均提出了LVDC系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)想，并進(jìn)行了一定的工程示范。但是，各個(gè)國(guó)家的技術(shù)路線分歧較大，發(fā)展路線復(fù)雜；且國(guó)外應(yīng)用場(chǎng)景單一、示范多為小范圍微網(wǎng)的應(yīng)用；因此技術(shù)應(yīng)用更新較慢。我國(guó)零碳直流LVDC技術(shù)緊跟國(guó)際走過跟跑，并依托建筑場(chǎng)景市場(chǎng)更新迭代優(yōu)勢(shì)和新能源光伏等發(fā)展契機(jī)，努力在零碳直流應(yīng)用技術(shù)上并跑和領(lǐng)跑，開展了核心直流化裝備研制和示范，貢獻(xiàn)著中國(guó)團(tuán)隊(duì)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(jí)電壓家用電器關(guān)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(jí)電壓家用電器關(guān)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(shè)計(jì)原則據(jù)換道成本不止于直流，深度協(xié)同深度攻關(guān)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)雙母線架構(gòu)集散式能源路由器配置方案雙母線架構(gòu)集散式能源路由器配置方案保護(hù)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(jì)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(jì)劃（擬）》地理分布及季家庭人員及使家庭人員及使用習(xí)慣因素過零點(diǎn)頻率電機(jī)理AC幅值性能產(chǎn)品應(yīng)用接口安全過零點(diǎn)頻率電機(jī)理AC幅值性能產(chǎn)品應(yīng)用接口安全電弧安全差異，關(guān)鍵保護(hù)部件斷路器、熔斷器、繼電器等方面存在評(píng)價(jià)閾值和評(píng)價(jià)方法人體效應(yīng)差異，產(chǎn)品設(shè)計(jì)安全要求、安全電壓要求、漏電保護(hù)要求等方面評(píng)價(jià)閾值和評(píng)價(jià)方法幅值等效關(guān)系，產(chǎn)品設(shè)計(jì)安全的電氣間隙、爬電距離的閾值，以及安全評(píng)價(jià)的絕緣耐壓和電纜線的閾值和評(píng)價(jià)方法直流電能計(jì)量、產(chǎn)品能效測(cè)試和評(píng)價(jià)方法電壓偏差、電能質(zhì)量、EMC測(cè)試等設(shè)計(jì)要求及評(píng)測(cè)方法產(chǎn)品電壓等級(jí)、接地方式、接口形式和接入特性等方面的設(shè)計(jì)要求和評(píng)價(jià)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(dòng)區(qū)域的安全需求，，突出安全為主的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。DC400V母線：采用DC400V，突出用電效率，為低頻活動(dòng)功能區(qū)域的直流電器和設(shè)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(qiáng)安全保護(hù)設(shè)計(jì)，提高用電安全性、高效性。安全直流電器電壓與功率匹配設(shè)計(jì)直流安全用電高低壓分區(qū)設(shè)計(jì)低壓直流電器本質(zhì)安全化設(shè)計(jì)能源信息在線監(jiān)測(cè)及智能控制NEIICNEIIC柔度響應(yīng)電網(wǎng)的用不變；應(yīng)用及；系統(tǒng)以,通過用電負(fù)荷的功率調(diào)節(jié)匹配整個(gè)系統(tǒng)功率，以達(dá)到運(yùn)行狀態(tài)；柔度設(shè)置柔度設(shè)置系統(tǒng)調(diào)度源、儲(chǔ)、網(wǎng)、荷、備n直流接口設(shè)計(jì)通用規(guī)則1.高低壓母線架構(gòu)（架構(gòu)性分工導(dǎo)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(shè)計(jì)區(qū)分為低壓安全母線和高壓動(dòng)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(dòng)區(qū)域的安全需求。高壓動(dòng)力母線：突出用電效率，采用DC400V或者DC800V高壓動(dòng)力母線，為低頻活動(dòng)功能區(qū)域的大功率直流電器和設(shè)備供電，需加強(qiáng)安全保護(hù)設(shè)計(jì)。2.基于人身安全的分區(qū)供用電（安全性導(dǎo)則）直流建筑采用分區(qū)供電方案，結(jié)合建筑應(yīng)用的特點(diǎn)，將功能區(qū)域可劃分為頻繁活動(dòng)功能區(qū)域和低頻活動(dòng)功能區(qū)域：頻繁活動(dòng)功能區(qū)域；人員活動(dòng)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(yīng)用為主，采用DC400V或者DC800V高壓動(dòng)力母線供電，重點(diǎn)兼顧用電效3.基于人身安全的分類供用電（安全性導(dǎo)則）。分高壓，低壓類，低壓電器有效降低相關(guān)安全認(rèn)證及防護(hù)等開銷，高壓?光伏系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)在；?儲(chǔ)能解決問題；NEIIC?電網(wǎng)掉電后，儲(chǔ)能轉(zhuǎn)換ms級(jí)別，實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)；NEIIC?電動(dòng)車的電壓等級(jí)已按照DC800V進(jìn)行設(shè)計(jì)?充電樁、空調(diào)機(jī)組、應(yīng)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(jì)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(jī)DC800/400V---高壓動(dòng)力母線效率直流電壓等級(jí)選擇：DC800/400V---高壓動(dòng)力母線效率直流電壓等級(jí)選擇：DC48V---低壓安全母線安全以及新型導(dǎo)電線纜材料和低壓大功率并聯(lián)供電技術(shù)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(jì)劃（擬）》直流是多學(xué)科高度交叉的技術(shù)，機(jī)電直流化需要換道；直流不止于直流，深度協(xié)同深度攻關(guān)機(jī)電設(shè)備直流化需要集中攻克本質(zhì)安全和柔性技術(shù)，以爭(zhēng)取相比交流更高質(zhì)量的換道收益形成市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力；機(jī)電設(shè)備直流化接口標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)需要更廣泛的通過實(shí)踐而不是構(gòu)想、通過跨產(chǎn)業(yè)相向而行尋求通用化集約化價(jià)值；需要確立導(dǎo)則聯(lián)合攻克接口技術(shù)再實(shí)踐制定標(biāo)準(zhǔn)；機(jī)電設(shè)備直流化要提出交流思維，避不開浮地架構(gòu)的弧和絕緣安全問題，需要新思路和新手段來攻關(guān)；實(shí)現(xiàn)低壓母線的本質(zhì)安全供電還有供電半徑問題待進(jìn)一步解決，甚至比如新型導(dǎo)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(shù)與信息技術(shù)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(fù)荷終端的“即插即用”直流用電設(shè)備智能互動(dòng)、靈活用能管理用戶感知能力提升，用戶需求變化快速響應(yīng)用戶友好用電與供需互動(dòng)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(shù)，打造智能直流供用電生態(tài)系統(tǒng)：從“提供優(yōu)質(zhì)、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(guó)家特聘專家，《新一代低壓直流供用電系統(tǒng)及發(fā)展趨勢(shì)展望》NEIICNEIIC離心機(jī)、螺桿機(jī)、模塊機(jī)、多聯(lián)機(jī)…空調(diào)內(nèi)機(jī)、冰箱、洗離心機(jī)、螺桿機(jī)、模塊機(jī)、多聯(lián)機(jī)…空調(diào)內(nèi)機(jī)、冰箱、洗衣機(jī)、空氣凈化器、加濕器、凈水機(jī)、飲水機(jī)、風(fēng)扇、茶藝壺…空調(diào)外機(jī)、電磁爐、電飯煲、洗衣機(jī)、熱水器…NEIICNEIIC設(shè)備在并網(wǎng)友好與源儲(chǔ)網(wǎng)荷協(xié)同上，NEIIC整體性：多個(gè)智能設(shè)備共同形成智能設(shè)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(shè)備屏幕交互方式單一，容易產(chǎn)生疲憊感對(duì)特殊人體（視覺、肢體缺陷）操作困難用戶輸入，主動(dòng)適應(yīng)用戶需求去屏幕化:將“屏幕”融于環(huán)境，實(shí)現(xiàn)自然交互NEIIC基于“光儲(chǔ)直柔“零碳直流技術(shù)應(yīng)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(jì)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(yīng)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(qū)，儲(chǔ)能直流直接轉(zhuǎn)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(jí)能源管理系統(tǒng)全直流HIEMS網(wǎng)荷互動(dòng)構(gòu)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(jī)實(shí)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(jí)能源管理系統(tǒng)全直流HIEMS網(wǎng)荷互動(dòng)構(gòu)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(jī)實(shí)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(yīng)用示范——國(guó)家能源革命排頭兵館深圳未來大廈光儲(chǔ)直流空調(diào)系統(tǒng)及直流支持，項(xiàng)目開展了光儲(chǔ)直柔全直流建筑辦公場(chǎng)景的零碳直流應(yīng)用。項(xiàng)目為國(guó)內(nèi)首個(gè)以新能源應(yīng)用為引領(lǐng)的智慧能源小鎮(zhèn)，直流直驅(qū)模塊機(jī)及直流模塊化數(shù)據(jù)中心結(jié)合，首次將直流直驅(qū)負(fù)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(shí)現(xiàn)BIPV，可再生能源就近接入與消納；集裝箱式儲(chǔ)能，提高清潔能源利用率，降低能源運(yùn)營(yíng)成本；直流水冷離心主機(jī)及暖通系統(tǒng)，直流設(shè)置地源熱泵、空氣源熱泵、分布式屋頂光伏、光伏樹、微風(fēng)發(fā)