從電氣化到能源管理的新興趨勢

在技術進步和能源領域的投資不斷融合的推動下，正在醞釀一場的科技創新。 

在這場變革中，出現了兩個主要且密切相關的主題：電氣化和能源管理。在電氣化方面，使用傳統燃料來源的技術正由可再生能源驅動的等效系統補充或取代。另一方面，能源管理是指能量的儲存、監測和分配。支持這些主題的是一系列相關應用，這些應用可能不一定涉及可再生能源，但卻是更好地控制能量消費的創新方式，如智能儀表。 

電氣化和能源管理技術方面的最新趨勢是根據能源格局的三個結構性變化：即能量生產，消費方面以及技術本身發生的轉變。 

第一個主要變化出現在能源生產方面。圍繞傳統發電廠建造的老化基礎設施正在轉變為現代電氣化網絡或智能電網，輔以可再生能源，並由各種傳感器組成，用以密切監測使用情況，並在系統故障成為更嚴重的問題之前將其識別出來。這是一個很關鍵的要求。  

智能電網平衡了傳統能源和可再生能源的優勢。太陽能和風能等可再生能源存在周期性低谷，所以將電池儲能系統 (BESS) 納入更廣範圍的電網，用來捕獲剩餘能量以供日後使用。由於總消耗根據自身的節奏也有周期性，存在高峰和非高峰使用階段，因此智能電網可以在最需要的地方、在最需要的時候以及從什麼來源分配能量。這些來源可能是傳統能量、可再生的能量或儲存的能量。AI 和ML越來越多的融入讓智能電網使得可以更快地對使用趨勢、斷供或其他故障作出反應。 

電網現代化的未來在於採用分布式方法。分布式能源 (DER) 是一種小規模能量生成方式，通常位於消費點附近。DER可能涉及柴油發電機等傳統燃料來源、太陽能面板或電池儲能等可再生能源。結合其他DER使用時，產出量可能很大，並能抵消甚至在生產上超過傳統來源。DER的例子包括家庭能源管理系統，其中大多數直接與電網連接。EV充電基礎設施也可以包含DER，從而充分利用充電站的太陽能面板，以減少從電網本身取電的需求。總體而言，DER可幫助減少電網壓力，避免長距離配電基礎設施較高的成本。

分布式能源可以整合成微電網——電網故障時電網中形成自主供電島的部分。舉例來說，一個微電網可以覆蓋一個小型社區、醫院或工業園區。停電時，微電網中的DER將接管電力生產，從而保持電力流向接入微電網的任何設備。 

電力和信號方面的連通性對微電網的安全和成功運行至關重要。電網的某些部分在孤島化後重新接入會帶來設備損壞和人員受傷的風險，例如當工人不知道設備是否斷電時造成的風險。微電網正在以為數據中心等單一結構供電的納米電網形式向更小的方向發展。  

智能計量在數據中心變得越來越重要，即便是最輕微的停電也可能導致數據丟失或中斷。當與開關櫃和不間斷電源（快速將電源切換到備用電源並利用電池來維持一致、清潔的電力流）等技術相結合時，智能電錶在保持數據服務在線方面發揮著關鍵作用。

能源管理系統 (EMS) 與智能電錶相似，是電池儲能系統 (BESS) 的智能監控解決方案。EMS提供用戶體驗，讓房主、企業經營者和服務提供商人員能夠深入了解 BESS並對其進行用戶友好的控制。 

為努力減少老化基礎設施的壓力並最大程度降低成本，電力供應商已經開始推出需求響應計劃，這樣，消費者可以根據高峰和非高峰時段調整能源用量，通常是為了獲得經濟激勵。舉例來說，智能電器和家用設備（如恆溫器）的出現能讓供應商直接控制客戶的系統，減少空調運行時間。現在，藉助AI和ML，供應商和客戶都可以更快地預測用電高峰期並相應地做出反應。 

這場能源創新是否能成功取決於所用系統和設備的質量和可靠性。在電力方面，故障可能是災難性的，還可能由於公眾的看法而限制採用。以下是為確保成功部署能源技術，設計趨勢將發生幾種改變。

電池技術方面新的重點已為設計工程師和集成商帶來了許多機會，以推動效率、安全性和形式方面的進步。有效的電池管理考慮了儲能方面的一系列不同問題，尤其是熱方面的考慮。在處理高能耗吞吐量應用時，熱量是一個特別的挑戰。對於鋰電池儲能解決方案，不受控制的熱量或系統故障會引起熱擊穿，帶來火災或放氣等重大安全風險。 

為此，已經制定UL 9540A等測試標準和NFPA 855等安裝標準，以減輕與儲能系統 (ESS) 有關的危害。熱材料和大功率互聯解決方案的其他進展，確保了電力以成功運行所需的質量和性能得到安全傳輸。EMS提供的控制和AI的響應能力可以行動起來，提醒系統所有者電池狀況和潛在問題。