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1 什么是单相接地故障 我国10kV中压配电网多采用中性点非有效接地方式,单相接地故障又被称为小电流接地故障,占比配电系统故障的80%以上,多发于在潮湿、阴雨天气,故障成因包括导线搭接横担、断线触地、避雷器或绝缘子的击穿/闪络、异物搭接等。由于单相接地故障一般不影响用户的正常供电,因而传统处理方法允许系统在1~2小时内带故障运行,在此期间由人工巡线找出故障位置进行处理。这种处理方式虽显著地提高了供电可靠性,但随着配网规模的逐渐扩张,单相接地故障电流不断增大,接地电弧难以自动消除,间歇性电弧引起的过电压对电气设备的危害增大,若不及时处理,极易演变为两相短路故障,使事故范围扩大,甚至在故障长时间存在的情况下,易造成周边人员伤亡,存在较大安全隐患。提升单相接地故障的快速处置能力对于保障人身、设备、系统安全具有重要意义。 2 单相接地故障有哪些危害 2.1 对变电设备的危害 10KV配电线路发生单相接地故障后,变电站10KV母线上的电压互感器监测到零序电流,在开口三角形上产生零序电压,电压互感器铁芯饱和,励磁电流增加,如果长时间运行,将会烧毁电压互感器。 单相接地故障后,也可能产生谐振过电压。几倍于正常电压的谐振过电压,危及变电设备的绝缘层,严重时使变电设备绝缘击穿,造成更大事故。 2.2 对配电设备危害 单相接地故障发生后,可能会发生间歇性弧光接地,产生几倍于正常电压的的过电压,进一步使线路上的绝缘薄弱点击穿,造成严重的短路事故,同时可能烧毁配电变压器,使线路上的避雷器、熔断器绝缘击穿、烧毁,也可能发生电气火灾事故。 2.3对人畜危害 对于导线落地这一类单相接地故障,如果配电线路未停运,对于行人和线路巡视人员(特别是夜间),可能会发生跨步电压引起的人身电击事故,也可能发生牲畜电击伤亡事件。 2.4对供电可靠性的影响 发生单相接地故障后,一方面进行人工选线,对未发生单相接地故障的配电线路要进行停电,中断正常供电,这就会影响供电可靠性;另一方面发生单相接地的配电线路将停运,在查找故障点和消除故障中,不能保障用户正常用电,特别是在庄稼生长期、大风、雨雪等恶劣天气条件下,不利于查找和消除故障,将造成长时间、大面积停电,对供电可靠性造成较大影响。 3 各种接地方式下单相接地故障处理的技术特点 3.1中性点不接地或经消弧线圈接地系统 中性点不接地或经消弧线圈接地系统目前主要通过暂态特征量进行故障判断。尤其是中性点经消弧线圈接地系统,受消弧线圈过补偿的影响,单相接地故障后,不同线路区段的稳态特征不明显,采用稳态量难以实现故障检测。通过暂态零模功率方向法理论上可实现故障检测,但原理相对复杂,对测控装置的技术原理、性能要求较高,目前仍属工程实践的难点,整体上该接地方案下单相接地故障判断技术实现难度较高。 3.2中性点经小电阻接地系统 中性点经小电阻接地系统单相接地故障判定主要采用零序过流法,原理较简单,技术实现难度较低,从而对于大部分单相接地故障判定准确率相对较高,但是对于瞬时性故障跳闸率明显增加,影响供电可靠性指标,且接地电流较大带来的接触电压与跨步电压触电安全风险。同时该接地方式耐过渡电阻能力较弱,据测算,在接地过流定值设置为40A时小电阻接地系统耐过渡电阻能力不到150Ω,不利于实现高阻接地故障保护,而据统计,高阻接地在架空线路单相接地故障占比为15%左右。 3.3消弧线圈并联小电阻的灵活接地系统 消弧线圈并联小电阻的灵活接地系统,采用故障发生时中性点延时投小电阻的方式,保留了谐振接地系统可抑制瞬时性故障的优点,同时也继承了中性点经小电阻接地方式下,故障特征量突出,易于检测的优点,近年来逐步推广应用。同时,一次永久性单相接地故障,在两类中性点接地方式下,可产生两种典型特征,从某种意义上,亦为采用不同的保护原理进行故障检测,提升判断准确率创造了有利条件。 4 单相接地故障灵活处理技术方案 基于对单相接地故障特征的深入研究,国网湖北电科院能源互联网技术中心结合全省配电自动化建设应用与变电站中性点接地方式改造工作,针对消弧线圈并联小电阻的灵活接地方式,提出了一种基于一二次融合成套开关实现的配电网单相接地故障就近就地隔离方法,通过对分段开关同时部署零序过流保护、暂态零模功率方向保护功能且同时投入,并设置不同的动作时间,有效提高单相接地故障快速处置的准确性与适应性。 2018年起,国网湖北电科院能源互联网技术中心联合国内主流设备制造厂商开展研发,并在实验室完成了一二次融合成套开关单体设备的性能检测与功能验证工作。2019年9月6日,该项技术在鄂州110kV红莲湖变电站10kV馈线成功通过现场测试,现场测试结果表明,该团队提出的单相接地故障处理方法全面取得预期成效,有效实现了各类接地故障的就近就地快速隔离与健全区段的转供恢复,大幅降低了故障处理时间。  ...
为了满足各种类型和规模数据中心的冷却需求,冷却技术仍在不断发展,例如托管数据中心、云平台、企业内部部署数据中心以及边缘数据中心正在采用各种冷却技术——冷冻水、泵送制冷剂、遏制通道、行和机架级空气、液体冷却等。数据中心运营商可以根据服务器的数量和功率密度使用多种冷却方法。无论采用哪种冷却方式,都将为机架带来适合的温度和气流,以确保正常运行时间,最大程度地提高效率,并降低运营成本。 随着人工智能、机器学习、高性能计算、数据分析等高功率密度应用的增长,也为现有数据中心带来了新的冷却散热需求,混合冷却解决方案应运而生,并采用多种冷却技术提供特定的机架级甚至芯片级冷却。 提供顺应发展趋势的冷却解决方案 冷却技术的应用必须顺应当前的数据中心发展趋势。 • 一些数据中心的规模正日益庞大。如今电力容量10兆瓦以上的数据中心项目并不罕见。冷却技术必须实现最大限度地延长正常运行时间、降低成本、提高效率,以及加快上市的目标。 • 此外,还有一些数据中心的规模正在变小。边缘数据中心的应用和数量呈爆炸式增长,并且越来越重要,需要有效冷却解决方案确保可用性,同时还要提供主要数据中心的效率效益。由于边缘数据中心设备通常是无人值守或是“熄灯”设施,因此远程热监测和控制是保障正常运行时间和维护的关键因素。 • 数据中心的环境温度正在升高。《ASHRAE2016热指南》将让数据中心温度范围从18℃(64.4℉)升高到27℃(80.6℉)。这提供了更多的冷却选择,并有可能减少运营支出和资本支出。但是必须记住,数据中心的可靠性和可用性仍然是最重要的指标。 • 在某些城市和地区,扩建数据中心不是向外横向扩展,而是向上扩展建设多层建筑。例如,旧金山、伦敦、东京、新加坡和香港等高密度人口地区的房地产成本促使数据中心需要向上扩展而不是横向扩展。数据中心建筑高度与特定的冷却技术直接相关。冷冻水解决方案适用于多层建筑(三层或以上)。这意味着虽然水冷技术并不是数据中心运营商的首选方案,但由于当前许多泵送制冷剂的冷却解决方案受到高度限制,因此需要水冷技术。  如果条件允许,数据中心可以使用泵送制冷剂技术,采用这种冷却技术可以提供1.05至1.2的能源使用效率(PUE),并且每MW的电力容量节省数百万加仑的水来增加价值。最新的冷却技术可以根据应用情况将泵送制冷机组的节能率提高50%,并应用在中低等环境条件中,根据室外温度和负载量来节省更多的能源。此外,还可以通过添加制冷单元来增加容量,从而使其成为一个可扩展的冷却解决方案。 但是如果受到了建筑物的高度限制,采用水冷技术可以提供灵活的冷却措施。但是,采用水冷解决方案会带来额外的成本问题,例如需要安装管道系统、集中式冷水机组和冷却塔,还有防止管道泄漏和腐蚀的维护成本。 其次,如果在水量相对稀少或成本高昂的地区,使用水冷技术将大量增加冷却成本。随着数据中心设施对于可持续性的承诺和时间的推移,每兆瓦数百万加仑水的使用量实际上也是一个难题。 • 灵活性是大型数据中心体冷却系统的关键特性,通常采用非高架地板环境来降低成本。这种趋势加快了数据中心的部署,但同时也消除了通过改造地板来改变气流的能力。泵送的制冷剂、冷冻水或蒸发技术可以提供所需的冷却,还有其他几种灵活的方法可以达到制冷要求,其中包括: (1)通过防止冷热空气混合以提高效率的通道封闭解决方案。 (2)安装在机架后部的机架烟囱,用于收集加热后的废气并将其输送到天花板通风室,然后返回机房空调单元进行室内再循环。其缺点是烟囱管道将机架固定在适当的位置,这可能限制将来的灵活性。 • 中小型数据中心可采用行内热管理单元,这些单元位于设备机架旁边,具有更小的占地面积,同时为机架提供冷空气。 无论选择哪种冷却方式,数据中心都可以从中受益,这些冷却系统通过自动适应数据中心中不断变化的条件来提高整体系统的性能和稳定性,可以提供全天候运行状态的监测,允许授权人员使用智能手机应用程序进行远程监控并采取措施。 高功率密度需要创造力 金融、研究、学术界、托管和石化等运营和行业需要高密度计算来支持诸如面部识别、高级数据分析、人工智能和机器学习等应用。这需要采用机架和芯片级别的冷却技术。 这些高性能计算部署涉及部署30kW至60kW的机架,这些机架可以容纳超高性能的高功率服务器。这样的机架通常放置在大型云计算设施和主机托管设施内的吊舱环境中,并通过冷冻水、泵送制冷剂或蒸发技术进行整体冷却。采用的风冷技术包括安全壳、行内冷却或后门热交换器模块,这些模块可以使用辅助风扇通过盘管吸入空气。 有些数据中心不太可能需要机架或芯片级冷却。但是在这些环境中,采用液体冷却技术可能是适当的,但需要对数据中心设施进行改造,并对周边设备进行调整。即使这样,液体冷却也只能将总热负荷降低约50%。这意味着将需要其他冷却源,例如采用后门冷却系统提供全面的冷却。 用于高功率密度冷却的流体可以是冷水,这对于采用这种冷却技术的数据中心设施来说是一个考虑因素。但是体冷却液体也可以是介质液体(在发生泄漏时不会使设备短路)或制冷剂,这样每个机架的环境温度可能会保持一致。 边缘计算的应用 随着减少延迟和让数据更接近最终用户的需要,围绕着高质量视频内容、物联网应用、电子商务以及即将到来的5G技术等因素,边缘计算的应用继续增长。边缘计算是企业对企业,以及企业对消费者数据中心应用程序的收入驱动力。因此,规模较小的数据中心和机房都变得越来越重要。对于当今的边缘环境,现有的机房空调已不再是一种很好的选择。 这并不是说制冷选项不能适用于建筑物管理系统(BMS)。通过物联网智能设备应用程序进行远程监控和管理,采用冷却技术将会更加理想。 还有多种专用冷却系统,具体取决于需求和站点限制。这些包括壁挂式系统或安装在吊顶上方的其他系统。边缘计算冷却选项包括机架式冷却,并向天花板通风室散热,这节省了宝贵的占地空间,以便在空间充足时允许扩展服务器。 一些边缘应用程序提供了使用智能独立的模块化数据中心的能力。这些交钥匙解决方案消除了构建数据中心空间的需求,可以提供多个机架、集成冷却、不间断电源(UPS)、配电设备、消防、监控以及通风等设备。 未来无论采用何种,冷却措施都是高效 随着数据中心需求的持续增长,需要各种冷却选项来满足不同IT环境的需求。对泵送制冷剂冷却的需求仍在增长,再次为水冷技术的应用打开了大门。随着开发新的制冷剂和冷却技术以解决数据中心冷却问题,这种情况可能会改变。 边缘计算的应用将会继续增长,以满足消费者和企业的需求和期望。随着5G的推出和智慧城市等应用日益成为现实,必须开发可靠的IT基础设施,并且必须采用可靠高效的散热措施。 如今,数据中心运营商与冷却技术专家开展合作变得更加重要。而保持头脑冷静和数据中心冷却是企业业务成功发展的关键。  ...
一、预制化数据中心方案设计 预制化数据中心方案设计的主要考量因素如下: 1、灵活交付。通过设计的标准化,满足分期部署、灵活交付的需求。 2、快速部署。通过工厂预制、集成化达到快速交付的目的,模块间简化接口,实现现场快速安装、实施的目的。 3、简易运维。整体系统、设备封装化、标准化,降低数据中心运维的难度。 4、成本可控。采用预制化方案后,总体成本可控,与传统数据中心建设模式相比成本持平或更低。 结合项目实施的场景及需求,预制化数据中心的方案主要可分为两个层次: 1、设备层面的集成与封装。适用于已有建筑厂房的改建项目,或整体交付实施进度预留了土建厂房建设周期的场景。数据中心配电设备、制冷设备以及机房机柜等设备层面的整合,通过撬块方式或小型集装箱等方式将设备进行封装。 2、数据中心建筑及结构的预制与整合。适用于新建项目或交付时间极为紧迫的场景,在设备层面集成的基础上,将弱电、消防等其他辅助设施进行整合,通过集装箱、钢结构厂房模块等方式进行现场部署和拼接。 数据中心预制化建立在标准化设计基础之上,以系统设计架构标准化引申至设备技术要求的标准化,进而对设备设计进行标准化封装,通过各个组合封装模块再整合形成整体的模块化数据中心,可按照电气模块(E-MODULE)、制冷/机械模块(M-MODULE)、机房模块(R-MODULE)、柴油发电机模块(G-MODULE)等进行部署。 预制化要求对设计进行前置,从而使得整体的工程实施进度及逻辑发生变化,相应设计方案及设备选型、采购在工程实施前期固化,由于模块采用预制方式,对设计的标准化程度要求较高,此外,现场拼接、安装精度要求更高,对设计深度、最小颗粒度的要求相比原有传统数据中心设计要求更高,采用三维建模等手段进行深化设计,确保现场的安装精度。  二、预制化数据中心的工程实施 预制化数据中心工程实施关键要素: 1、模块制作。预制模块通过工厂制作,相当于将大量的现场安装工作前置于工厂内进行。与传统数据中心的建设模式相比,对应的安装及一些必要的测试整合需前置于制造厂执行,需要关注的是,预制化模块在工厂的测试是系统级的测试,相比传统建设模式情况下的设备级测试,在测试流程、对工厂测试的条件和要求等方面更高。 2、模块运输。可通过陆运或水运将模块化设备运至现场。在开展预制化模块设计之前,需结合实际路勘结果或国家标准制定模块最大尺寸,对于超宽、超高模块需考虑开具特别许可证、专业的运输车辆,并按照制定的路线与行程进行安排。在设备运输前,需与物流合作伙伴确认如下关键点: 模块的任何松散的物品及零件已固定完毕,或已移除; 外部的电气连接及固定已被拆除; 无其他外部附着物; 设备的外形尺寸、重量以及重心; 防护措施,包括临时的结构性支撑以及外部防护包装材料。  3、现场安装。相比传统数据中心建设模式,采用模块化设计后,如何能在工程实现上解决大模块场内搬运及吊装,同时建筑结构对模块进出作好预留,是现场安装的关键要素。 三、预制化数据中心的运维管控 1、预制化方案下可用性的提升,为运维创造健康环境 (1)预制化产品的质量更好地得到提升。预制模块化数据中心由预制电力模块、预制空调模块、预制IT模块、预制UPS模块、预制柴发模块等组成,模块各功能组件之间的联接均由工厂预制安装、测试及验收,功能得到初步验证,将传统的现场调试验收等工序前移到环境、条件较好的工厂、车间,保障了模块的质量。例如,数据中心基础设施中像机柜、空调、UPS和列头柜,以及相互之间的网络、布线、监控,甚至天窗、照明、门禁、挡板和支架,包括彼此连接的每一个端子都由工厂预制完成,工厂流水线生产保证了工程质量,从而提升了数据中心的可靠度和可用性。 预制化数据中心以模块为单元,而传统数据中心以设备为细胞,则设备相互之间的关联、数据交互、逻辑关系等会产生大量的连接性工作,这些工作往往是在工程现场实施,而复杂的工程现场往往难以保障工程质量。预制化数据中心则将部分“工程性”施工工序前移到工厂、车间,以相对较好的环境及品质控制流程,以保障产品质量,这其中一部分的中间产品是由工程转化而来。 (2)工程量减少、工艺难度降低,施工差错减少。如前一节所述,预制化模块减少了现场工程量和工艺难度,施工或工艺问题有效减少。将难度较高或关键的连接性技术在工厂完成,而施工现场主要是完成各模块之间的水、电、网等的硬件接口连接,这一部分工作难度相对不高,这样就有效减少了因施工差错产生的潜在故障风险。所以,预制化程度越高,则现场工程难度就越小,这是工序前移带来的直接优势。 2、运维管理模式的转变 (1)运维人员的变化。在预制化设计理念推进下,数据中心的运维管理模式将发生改变,使得数据中心基础的专业分工得以进一步细分。传统的数据中心基本分为电气、空调、IT、监控、消防等技术方向,人员也按专业配置,所负责范围也是自动力源头到末端设备,对技术人员的技能要求很高,这一部分人员的工资、待遇往往不低,但同时又很难招聘到。在预制化逐渐成熟发展趋势下,技术集成度越来越高,核心技术也逐步转移集中在模块内部,而面向用户的使用层面技术难度逐渐降低。例如,对于高压直流,发生故障时运行人员可立即启用冗余备件,或对故障件进行快速更换,而不需要配置高技术层面的技术维修人员进行现场维修。后续的维修工作则转移到预制化的模块供应商处理,由其提供一站式专业服务。一方面既不影响系统的可用性,另一方面,也减少了对人员的技术要求,同时相应地也减少了用工成本。 (2)运维工作内容的迁移。模块化、预制化的发展,使得数据中心的运维工作也相应发生了变化,逐渐减少了抢修类工作,取而代之的是备件的快速更换工作,如此只需安排少量的一定程度技术能力的人员即可实现,数据中心人运维工作转向侧重于运行和预防性维护、预测性分析工作,重点研究运维应用管理技术、应用优化技术等,使得专业技术和应用管理技术进一步得到细分,运维管理分工更加精细化。专业技术性的工作则由更专业的供应商团队提供服务。这样,对于人员的技能要求也随之相应发生改变。 (3)模块型专业技术服务需求的增加。随着预制化及模块化发展,更多关键性专业技术凝聚为一体式技术,以预制化产品为对象的一体式综合技术逐渐形成,供应商的一站式服务也应运产生,单一工种或技术也逐渐向综合工种及集成技术方向转变。对于预制化产品的提供商,其逐渐也形成了由一个中心服务团队可以覆盖多个项目,将更多的现场维修工作回撤到工厂完成,使得维修资源集中化,朝着减人增效方向发展,同时,也越来越能为之提供专业化的技术服务;如此,技术与服务的概念也由之而发生了变化,单一的传统技术服务必然向综合式一体化技术方向发展,核心价值及竞争力同步发生转移。 3、较好的延展性 (1)标准化设计,可复制性强。传统数据中心由于在设计时即使考虑了日后的扩展,但由于其常常要在运行的系统上进行割接操作,在施工和技术上均有一定的难度和风险,故建成以后也很难进行扩容改造,不能灵活适应市场需求的变化。预制化模块式数据中心可以按需建制,随需扩容,现有模块什么样,扩容后的模块就是什么样,这种灵活性可以使数据中心整体规划,分期投资,提升整体运营效率。 (2)接口统一,易于管控。传统数据中心在设备选择时,由于设备厂商的不统一、接口及协议的不一致以及建设过程中的人为调整,使传统数据中心的安装和调试比较困难,技术人员将付出较多的时间和精力。而预制化的制造,将不同设备集中在同一模块中,融化了通讯隔阂问题,一个模块可视为一个控制单元,通过交互数据,而实现集中监控;而在模块内部,则各设备作为控制单元已实现相互间的数据传输。 (3)易于更换、方便升级。预制模块化数据中心是指根据项目需求,于工厂内部完成数据中心所需基础设施单元的有机组合,到项目现场重新拼装即可投入使用的数据中心,是一种预工程化的方案式产品。其拼装后的成品和拼装所需的基础设施单元都可看作一个独立的模块,具有模块化的功能性、独立性、组合性和互换性特征,而各个模块之间又较容易按标准建立通讯、数据交互。随着数据中心业务的发展,对于升级或改造项目,预制化设备可以方便实现实时拔插,升级方便、安全、简单。同时,预制模块化数据中心可以按需建制,随需扩容,现有模块什么样,扩容后的模块就是什么样,所见即所得。这种灵活性可以使数据中心分期投资,提升整体运营效率。 四、预制化数据中心的成本管控 1、设计阶段的成本影响 (1)设计成本有效降低。对于预制化的数据中心,由于有了标准化的基础,在方案规划、和图纸设计阶段可以大大节约设计的难度,以及减少设计的时间,使得项目总体进度得以缩减,减少延期风险。 (2)设计定制化方案易于实现。标准化、模块化和预制化的发展,使得客户的需求可以灵活定制。不同数据中心的客户都有其独特的需求,这些不同的需求主要来自用户的IT需求不同,商业模型不同,对技术的掌握程度不同,财务指标不同,希望的部署周期不同等等。为了满足用户的不同需求,我们需要为用户提供定制化的解决方案。而标准化、模块化以及预制化的发展,则为实现用户的定制化需求建立了很好的基础。 (3)有效提高投资回报率。随着数据中心建设的高速发展,企业已无力承受建造传统数据中心所需的前期高昂成本投入和可能发生的施工延期风险。同时,数据中心作为一项重资产的投资,投资者希望能够尽早见到收益。高成本主要体现在建设初期的一步到位,使得初期投资增大,而建成初期的业务量小,使数据中心工作在低载低效的状态下,电力损耗巨大。 2、建设阶段的成本影响 预制化可以实现数据中心建设的“去工程化”,将传统的18个月以上的建设周期缩短为6个月左右,使投资者提前近一年见到收益。得益于预设计型预制化模块的运用,周期控制的重点已从现场施工转变为对预生产、预测试的供电和制冷模块的现场集成控制,使得关键工序前移,既提升质量,又促进了进度。这种转变带来了诸多裨益,即:以总体相当的成本,加快部署速度,减少空间占用,提高预测性,增加灵活性。同时降低了数据中心现场施工所带来的人为失误,提高了数据中心的商业价值。相比传统方式部署同一基础设施时,预制模块可加快部署速度40%。 3、运维阶段的成本影响 (1)用电能效的提升。预制化数据中心一般采用列间水平送风空调就近制冷,送风均匀,没有温度梯度,配合冷/热通道封闭,以及严密的气流组织管理,可以极大地提升机房冷气利用率,从而实现单机柜高功率密度的机房制冷,同时也节省了机房空间及电费,降低了PUE值。 (2)维护成本的降低。由于采用一体式集成的模块化结构,维护工作主要由供应商提供一站式服务,覆盖到供电、供冷及IT设备,将传统的供电、空调、消防、监控等分散的厂商维护逐渐集中为综合式打包服务,既方便管理,又减少了不同厂商相互推诿,责任无法判定的情况。 (3)人员技能成本的减少。预制化及模块化的技术变化,对于运维管理,进一步将运行和维护工作深度细分,维护工作将逐渐转由更加专业的一体化运维服务商进行,数据中心人员则更侧重于运行、预测性分析及管理优化等领域,同时,对于运维人员的专业技能也没传统数据中心要求那么高了。 (4)预制化和模块化的发展,有利于数据中心的智能化发展,为无人化的实现在技术上做了铺垫,而无人化的直接效益,则是人工成本的大幅度减少,以及可靠性的进一步提升。  ...
作者:北京先进碳材料产业促进会副秘书长兼储能专委会主任 李建林...
现代化高等级的大型数据中心,柴油发电机组是最后一道用电保障。柴油发电机组在数据中心的应用有单机容量大、电压等级高、台数众多的发展趋势。相对于传统的柴油机房占地空间大,建筑规划难度高的缺点,我们提出了室外集装箱式的模块化柴发的设计思路。 模块化柴发,是把标准型的柴油发电机组本体,经过产品优化环节安装在一个定制的户外集装箱之内,同时应用子系统集成技术,把自动供油、供配电、应急照明、消音降噪、烟尘净化、消防预警、以及并联管控平台等系统配套集成在集装箱内,使之成为一套可靠、高效、环保的模块化备用电源平台。 模块化柴发,适合长期放置在户外使用,高集成,占地小,灵活配置。由于摒弃了传统的大机房建设环节,省去了建筑物内部的进排气和动载荷计算预留等传统规划难点,节省出大量的配套投资费用,有效的降低了数据中心一次性投资成本。同时工厂化的预制生产模式,减少了分期施工的不确定性,可以有效的控制采购风险,提高产品在可验证环境下的系统可靠性,是各类型绿色数据中心建设的良好选择。对于模块化柴发的产品规划与设计,请参考以下建议: 一、模块化柴发箱体的定制 1、模块化柴发箱体的尺寸 (1)根据ISO668《系列1特种箱——类型、外部尺寸和额定值》可分为10’;20’;30’;40’标箱;同时对于不同机组的要求,结合公路,海运,铁路运输的特点,也可做成其它非标准运输规格的尺寸,如24’;43’;45’;48’;53’等。 (2)在模块化柴发箱体的定制过程中,需要特别申明的是,设计环节对模块化柴发能否实现设计功能是非常重要的,必须严格根据实际承载的柴发机组动载荷以及各产品组合的综合特性进行优化、量身订造,才能满足数据中心对模块化柴发可靠性、安全性、快速反应能力的需求。 (3)任何基于标准物流箱体基础上的结构改造,都会造成系统可靠性的降低以及后期运维隐患,是不能被接受的。  2、模块化柴发箱体的材质 (1)箱体的承重件(结构件部分),选用Q345或16Mn等更强的结构件;对于箱体表面材料,选用B480(Cortena)耐腐蚀的全新板材,从原材料方面控制表面质量。 (2)箱体的表面油漆,选用耐盐碱的油漆同时适合于洗涤剂清理的聚胺脂双组份油漆;同时为了保证表面的美观性,选用高光、淡基色的油漆,其保光性及保色性能好,同时对于油漆的施工工艺要求为双层涂料高温一次成型,环境温度较高地区推荐使用防辐射等级95%以上的防紫外线涂料。 (3)箱体的内外部配件及活动件部分,如防溅罩、消声器外包裹、进排风百叶、铰链、螺栓等五金件选择防腐蚀的配件,一般为SUS316的配件,同时根据不同的结构,不锈钢的等级可以按需配置。 3、模块化柴发箱体的预制门窗和预留口 (1)模块化柴发箱体的两侧均需设置方便维护检修的门,预留电力输出等的线缆通道。外部最基本需要预制、预留的通道为:进排风消音室检修口,排烟消声器出口、日用油箱的进回油通道、集装箱箱体内的排污口、柴发机组的入水排水口、机油排放口、急停开关口、自带爬梯凹口、消防管道接口以及可以在室外观察到机组控制屏运行状态的透明窗口等等。 (2)所有箱体开口位置,均需要在主体框架施工时一次成型(电气接口需考虑防溅罩的设计),且预制有与主框架联接的独立钢结构支撑,保证箱体持久不变形。 (3)注意没有使用的预留口要用堵头等器件封堵起来,防止小动物进入箱体。  4、模块化柴发箱体制作过程的要求 众所周知,特种集装箱的出现是为了户外场所使用所服务的,风沙雨雪具有较高的酸碱性,长期在此作业的金属表面及易产生锈蚀,结合实际模块化柴发箱体可能出现的各种极端环境,我们的模块化柴发箱体表面以此为验收标准进行表面处理。 模块化柴发箱体的制作工艺及表面处理流程: 原材料的表面打砂处理→原材料下料→根据设计进行焊接组框→框架部分的强度方面试验论证(样箱)→部件的二次打砂→表面油漆的处理(分内,外表面)→箱内的隔音装配→箱内外配件的装配→箱外的油漆修补→箱体外部的标贴粘贴→箱体整箱淋雨测试→箱内机组及配件的安装→合格出货 (1)原材料表面的打砂处理: 对于原材料打砂,需要满足原材料表面的粗糙度、板材表面的洁净度及打砂密度。 • 原材料表面的粗糙度:将板材表面打毛,使油漆喷涂后复盖在板材表面,增加油漆的附着力,使油漆不易脱落,一般要求表面粗糙度为45-65u;粗糙度测量用微分深度测量仪。 • 板材表面的洁净度:保证板材表面的清洁,以保证油漆的质量;经过表面打砂的板材需达到ISO 8501-1 Sa2.5,具体原材料表面的打砂洁净度Sa对比请见下面附表。 附表 原材料表面的打砂洁净度Sa对比表   • 打砂密度:保证油漆表在贩附着力,一般要求不低于80%,检验的标准为对比表。原材料打砂的目的是去除原材料表面的锈蚀,清理原材料的表面,使其洁净。 (2)原材料下料,焊接:根据设计图纸要求进行下料焊接;具体的制作成品后的尺寸要求必须符合GB985《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式和尺寸》;GB/ZQ3680《焊缝外观质量》;ISO668《系列1集装箱——类型、外部尺寸和额定值》。 (3)框架部分的强度方面试验论证:其主要是模拟模块化柴发箱体在海运;铁路运输及车运输过程的具体情况,进行的强度方面的论证,具体要求参照ISO1496-1《系列1集装箱— 技术条件与试验方法》的标准要求进行测试。(附表5 系列一集装箱测试的方法)对模块化柴发箱体而言,需要通过海运运输,必须通过船级社对整套箱体进行论证合格后才可以进行交易及运输,对于内陆运输,没有明确强制要求,但对于模块化柴发箱体的可靠性以及安全性来说,必要的强度方面的测试环节还是必须的,下面就CSC国际船级社认证的试验方面及其所测试的内容进行解释如下: • 堆码试验:主要为测试集装箱箱体上部可以容纳多少的重量,即箱子上面还可以堆放几层,主要是考虑角柱的强度,一般设计按上部可以堆放9层进行设计,即箱子上部还可以堆放8个重箱进行设计。 • 顶吊试验:主要为测试集装箱顶部角件与角柱的强度,模拟箱子起吊,确保其起吊安全。 • 底吊试验:主要为测试集装箱底部角件与箱子框架的强度,模拟箱子底部用角件作为支承,整体箱子的强度要求,确保箱子以4个角件支承时,箱子使用安全。 • 侧壁,端壁试验:测试墙板的强度,防止货物在运输过程中倾斜,货物碰到侧板,同时防止恶劣天气情况下,雨雪拍打墙板时保证其安全。 • 纵向钢性试验,横向钢性试验:测试底角件及底架的强度,主要是模拟箱子在海上运输时,船在高浪的情况下,保证箱子可以与船固定一体,且安全的运输。 • 纵向栓固试验,横向栓固试验:测试底角件及底架的强度,主要是模拟汽运的条件,在急刹车或急转弯时,保证箱子可以在底角件锁止的情况下,保证箱子不冲出或倾倒下车子。 • 叉举试验:测试底架叉车槽的强度,主要是针对有叉车的箱子,在重箱情况下用叉车装卸,保证其装卸安全。 • 抓吊试验:测试底架有抓槽的强度,主要是针对有抓叉的箱子,在重箱情况下用抓槽装卸,保证其装卸安全。 • 箱顶试验:测试顶板的强度,保证作业人员在顶部作业时保证作业人员的安全。 • 爬梯强度测试:确认梯子的强度,保证作业人员在上下梯子时保证其作业安全。 试验过程中,箱子的弹性变形及试验后箱子永久变形必须在要求范围以内。 (4)模块化柴发箱体的二次打砂 模块化柴发箱体的二次打砂主要是针对后继焊接的焊缝及热影响区进行喷砂表面除焊接的氧化皮,焊烟等杂质,使表面符合喷漆前的要求。(具体要求同一次打砂要求)。 (5)模块化柴发箱体表面的油漆处理 目的:进行板材表面的防锈处理,防止箱体表面生锈面影响到箱体表面的美观。常规的符合模块化柴发箱体要求的油漆配比:富锌底漆:35u+环氧中层漆45u+聚胺脂面漆40u=120u;具体的油漆的要求可以根据客户要求与油漆供应商讨论油漆的具体配比,另外为了保证箱体表面的美观及光感性,相对面漆要求可以加厚处理。 模块化柴发箱体油漆施工要求:箱体油漆的施工必要条件是需要在相对封闭的空间内进行,内部需要有足够的照明设施;进出风送抽风装置以及暖风加热,施工房体内同时箱体油漆需要在6小时之内的时间完成,这在具体工厂施工方面都有相对应的操作工艺。 5、模块化柴发箱体保证表面美观性的选材及制造工艺 影响到模块化柴发箱体表面质量主要问题有: (1)箱体表面的工艺质量:箱体表面的做工质量需要在箱体制作过程中进行控制,这一点我们需要在制作过程中进行有效的控制。 (2)控制箱体表面不被锈蚀方案:此点对于箱子的表面处理工作尤其重要,一方面需要合理的选材,根据模块化柴发箱体的使用环境,结合模块化柴发箱体运输的特点,首先需要考虑模块化柴发箱体表面的油漆;根据具体箱型布置的特点,对于箱体外部易进水部份选用不锈钢材料进行焊接;对于箱体常拆装五金件,采用SUS316的材质,以保证表面不因锈蚀而影响表面质量。 (3)方便处理箱体表面污渍:这就需要在选择油漆进注意此点,需要选用方便清理的油漆。 二、模块化柴发进排风系统的设计 1、模块化柴发的进风通道 (1)设置在发电机后端相同高度侧,需要在满足系统满负载工作的燃烧、辐射空气量以及风速、背压等基本要求的同时,额外考虑到箱内阻碍物体对空气流向的影响。 (2)进风通道必须考虑在高气压环境下的消音降噪功能,高效消声通道的设计建议使用高强度的冲孔镀锌板材一次成型压制,消声片厚度及间距以150-200mm为宜,消声通道长度不宜超过1000mm。同时,需要提醒的是,任何没有机械辅助进风的迷宫式通道设计都是应该避免的。 (3)如需在进风口处设置自动百叶,应对百叶角度以及进风通道面积放大适当倍数计算,控制百叶开启的电动装置应为直流型杠杆传动机构(冗余设置),确保百叶在8秒内能够快速全部打开,机组停止时延时关闭。同时由于功能性的区别,应该独立设立防火阀,避免使用防火阀独立作为自动百叶的应用。 (4)箱体内进风通道内,尽量不设置阻挡柴油发电机组进风的大型电气设施,减少因环境温度以及减震处理所造成的额外成本。 (5)如必须要在模块化柴发进风通道内配置柴油发电机组的出口断路器或控制柜时,断路器柜距离发电机进风口水平方向不得小于800mm。 2、模块化柴发的排风通道 (1)设置在发动机端相同高度处,如使用柴油机驱动的自带散热器,应选用50度环境温度的散热风扇及水箱。如选用远置或分离水塔的设计,需配置有机械辅助排风风机(冗余设置)。 (2)同进风通道的描述,排风通道必须考虑在高气压环境下的消音降噪功能,高效消声通道的设计建议使用高强度的冲孔镀锌板材一次成型压制,消声片厚度及间距以150-200mm为宜,消声通道长度不宜超过1500mm。 (3)由于排风风速以及温度的影响,如由于更高的低噪音需求或者排风舒适度的考虑,需在排风通道末端做物理的隔断,阻挡物与散热器的直线距离应不小于2000mm,且需保证排风通道出口的畅顺。 提示:带有空空中冷的柴发机组由于对环境要求较高,不适宜户外箱式部署,应在柴发选型时尽量避免。如有切实需求,需做更加特别的技术规范要求。  三、模块化柴发排烟管路的设计 1、消音器 柴发机组增压器排烟出口必须安装波纹管后通过钢性管路与消音器相连,2000千伏安以下的柴发机组可使用集装箱体内置一体式消声器,2000千伏安以上的柴发机组排烟管需独立安装消音器和净化器,消音器和净化器之间不得直接连接。 2、防水及支撑 排烟管路如需穿过集装箱顶部时,需在集装箱顶部出口处安装防水、泄水结构处理,同时集装箱顶部应有与主体框架施工时一次成型,且预制有与主框架联接的独立承重梁及减震支撑件的设计。 3、排烟道 排烟管路不论箱体内或箱体外的部署,都必须考虑排烟管路的隔热以及防腐问题。建议选用高温岩棉,隔热纤维全程包裹处理后,外覆不低于6mm的SUS316不锈钢或铝板。上行弯头部分,在曲线最低处设置开口式的排水口。  四、模块化柴发出口断路器与电气连接的设计 1、出口断路器 (1)通常的柴油发电机组电力输出主端口设计,需要考虑机装的塑壳断路器(热磁或固态式),目的在于中断负载电流的额定容量以及分断故障短路电流。 (2)如柴油发电机组本身设计已具备了过电流的保护功能,则可以使用机装分离(塑壳)开关。 (3)如考虑到模块化柴发箱内空间狭小,需要规划独立操作方舱或者采用外置断路器的设计时,输出电力电缆或母线可以与发电机输出端子建立直接连接。 2、模块化柴发电力线输出的隔震处理 (1)发电机输出端子与出口断路器柜之间的连接建议使用电缆上走线的方式,当使用铠装母线做连接时,发电机侧必须为软性连接且至少一个折弯,以允许三维方向的移动。 (2)软连接部分,大规格硬电缆尽管柔性也很好,但弯曲能力可能不够,尽量考虑使用多股的柔性电缆或软铜带做以连接。 (3)另需注意电缆/母线通过集装箱体的出口处的防水处理。 3、控制电路的接线 (连接至远置控制设备和远程指示器的)交流和直流控制线必须与电力线分开,采用独立的套管布线。以降低控制电路中的电路干扰。发电机组上的连接必须使用多芯导线和柔性管套。 4、模块化柴发附件分支电路 (1)模块化柴发箱体内,系统运行所需的所有附件设备,必须设置分支电路。 (2)附件分支电路上端电力来源比较多,这些电路经由自动转换开关的负载端子排、发电机端子排或者蓄电池直流供电。相互连锁关系比较复杂,需要做集中的收集与逻辑管理。 (3)附件包括:主控柜、输油泵、电动百叶、照明、电磁阀、蓄电池充电器和冷却液加热器、电机加热器以及空间加热器等等。 五、模块化柴发油路系统 在数据中心模块化柴发的供油系统设计中,除却标准的备用柴发供油系统设计之外,需重点考虑以下几点: 1、日用油箱的容量 一般来说,备用柴发机组的满载耗油量约为0.26公升每千瓦时,比如1800KW备用柴发机组的满载耗油量约为468公升,根据柴发机组的容量大小,模块化柴发对日用油箱的通常要求为最低2个小时,最高不超过8个小时,且需要满足当地消防规例。 2、日用油箱的防护与安装设计 (1)在模块化柴发箱体内设置日用油箱,由于空间限制很难独立设置油箱间,所以首要考虑的是日用油箱的本体防护与日后维护的便利,要求设计时考虑双层壁的日用油箱。 (2)另外,日用油箱的摆放区间,与柴发设备摆放区间应设有物理围堰分区,双层保护的范围内通常可以设置日用油箱泄露的感测功能和声光警报,以防止燃油泄露时在箱体内蔓延。 (3)具体在日用油箱设计方面,除却正常的燃油系统进回油管路、自动液位控制、与大型储油罐的进油管路、快速卸油管路、排泄孔等传统设计外;容易疏漏且需要着重提示的是: • 带百叶的箱体设计,日用油箱透气孔需预制管路伸出箱体外; • 箱体需要保留有人工加油或者清理、更换日用油箱的足够空间与通道; • 主回路燃油输送泵不能摆放在箱体内,且可采用复式设计,以提高系统可靠性。 3、供油管路的材质与设计 (1)由于集装箱内空间有限,油路系统预制完成后再行更换的难度很大,因此应该严格采用碳钢(黑铁)加厚材质予以设计。 • 系统中不得使用铸铁、铝制材料的管材与接头,因为这些材料质地疏松,会有漏油现象发生。 • 不得使用镀锌或者铜的材质,是因为燃油中的硫化物与冷凝水综合后产生的硫酸会腐蚀镀锌层造成油路堵塞,而铜也会发生分子结构变化,使燃油变质。 (2)考虑到数据中心通常使用的大功率电喷型柴发设备,设备运行时,回油流量比较大以及回油温度高且日用油箱容量较小。建议在有大型储油罐的设计时,柴发设备回油管路不在连接日用油箱,直接接入大型储油罐。如在没有大型储油罐的设计时,则需考虑尽量加大日用油箱的容量或增加额外燃油冷却器的设置。 六、模块化柴发照明系统 1、照明的设计 模块化柴发箱内应设置两套交流与直流电源供电的防爆型照明系统,各布置于箱体纵向两侧的上端,线管应选用一次成型的镀锌管。 2、照明的逻辑控制 正常情况下照明系统选择电源为自动转换开关的负载端子排,由市电供电。当市电停电瞬间,或系统出现故障时,由直流电源照明系统供电,正常发电或者市电重新开始供电时,延时切换至交流电源照明系统继续工作。  七、模块化柴发防火及消防系统 1、箱体内填充物的防火材质 模块化柴发箱体内的各种材质,均不应该采用易燃或者助燃物料,箱体隔音材料应选择岩棉,用耐火纤维包裹后,以不低于6mm的的镀锌冲孔钢板全面覆盖。 2、消防的设计 箱体内须配置消防装置,包括储油间的防爆型火灾自动报警探头、灭火装置、防火阀、报警装置等。具体在箱体进排风通道处内部设置防火阀,防火阀关闭时能够将箱体封闭起来,防止灭火气体的泄漏。当箱体内起火时,防火阀关闭,喷射灭火气体,同时,开启户外声光报警及远程报警信号。 3、消防装置 灭火装置建议使用七氟丙烷,或根据结构设计,预制柜式气溶胶自动灭火装置。同时,由于集装箱的特殊结构,消防系统的告警及操作温度设置都需要适当提高。 八、模块化柴发箱体避震和固定 1、在模块化柴发箱体内部,柴油发电机组的震动随着工况的变化,是不可避免的。因此,所有部件与柴油发电机组的物理连接必须采用柔性连接,以吸引振动位移,避免造成损坏。 2、需要隔离的部件包括:发动机排气系统、燃油管、电缆(电气连接部分已详细描述)柴油发电机组本体、通风管道(联机式散热器)、机械轴流风机(远置散热器)等。忽略这些物理连接和电气结点的隔离可能会导致集装箱体或者是发电机组零部件出现松脱与损坏,甚至造成箱体变形以及运行中的发电机组出现各种突发故障。 3、在柴油发电机组本体的避震器件,由于发动机部分通常已安装有合成橡胶减震垫,基础底座首选使用高效钢制弹簧减震器,弹簧减震器需由底部的橡胶垫、减震器主体、固定螺栓、支撑弹簧、调节螺丝和螺钉螺母所组成,可以消除98%以上的柴发机组的震动。 (1)高效钢制弹簧减震器的安装位置需要考虑设备的重心,非对称布置。 (2)但需明确使用地脚螺栓(L或者J型),将高效钢制弹簧减震器牢牢固定在集装箱箱体底座预制的主要结构上。 (3)针对数据中心应用较多的大型柴发设备时,由于模块化柴发箱体内高度空间受限,箱体内柴油发电机组本体可选用多层复合材料制作的隔离减震垫,同时在模块化柴发箱外部安装上述高效钢制弹簧减震器,且与外部基础以锚固螺栓固定,依旧能满足在模块化柴发的整体避震性能。 (4)高效钢制弹簧减震器的数量及规格,可根据减震器的额定承载重量与模块化柴发箱体的总重量,选择相应规格的减震器及数量,不需要额外再考虑箱体的动载荷。 九、模块化柴发的接地及防雷 1、直接接地 在低压模块化柴发箱体内,柴发设备需要通过导线(接地电极导线)接地、而不是有一接入电阻直接与地(接地电极)连接。电极规范通常要求在所有带有接地导线(通常为中线)、连接相负载的低压系统中使用此接地方式。同时,如果发电机中线连接至市电接地中线上(通常在三级转换开关的中线端子上)则发电机中线不得在发电机上接地。 2、电阻式接地 中压的模块化柴发箱体内,需考虑增加电阻式接地,接地电阻安装在发电机中性点到接地电极的路径中,配电系统中可使用三角形-Y型变压器,为相负载设备提供一个中性点。 3、箱体接地与防雷 (1)必须有满足要求的接地网敷设到集装箱附近,当没有现成的接地网时应当就地构建适当的独立接地装置。 (2)集装箱体须有不少于2处和接地网相连,要求接地电阻小于10欧姆,箱体内的附属电气设备也必须按照规范要求做好接地措施。 (3)同时,集装箱一般放置在室外,需要增加箱体防雷的设计。   (内容节选自《数据中心备用电源技术白皮书》(柴油发电机组篇))  ...
1.“电池2030+(BATTERY 2030+)”背景 《电池2030+(BATTERY2030+)》是一项大规模的欧洲长期研究计划,为欧盟委员会提出的战略能源技术计划(SET-plan)的想法之一,旨在联合欧洲整体解决未来电池研发过程中所面临的各项挑战,克服重重阻力达成宏大的既定的电池性能目标。研究内容以“化学中性途径(chemistry neutral approach)”为导向,基于现有或未来多种不同类型的电池化学物质,通过缩小各自之间的差距来发挥其全部潜力以实现电池的实际能力和理论极限。理念上基于给欧洲电池企业乃至全球电池企业的价值链提供新的发展和支持,比如从原材料到先进材料的发展,到电池和电池包的设计制造,电池寿命终止后的回收利用和电池实际应用场景等。除此之外,《电池2030+》的长期发展路线图也充分地弥补了欧洲电池内部的中期研究和创新工作–欧洲技术和创新平台(ETIP)。 因此,欧盟希望借助于《电池2030+》来推动欧洲为期10年的大规模努力以促进电池领域的变革性发展。不断提出新的研究方法和开拓新的创新领域,实现安全的超高性能电池开发,最终实现欧洲社会2050年前不再使用化石能源(如图1所示)。2019年3月,欧盟启动《电池2030+》协调和支持行动,以确定计划的研发路线图。本次发布的《电池2030+》研发路线图第二版草案经讨论修改后,将于2020年2月底提交给欧盟委员会。   图1. 《电池2030+》的长期愿景及使命 2.“电池2030+”计划目标 《电池2030+》的总体目标是实现具有超高性能和智能化的可持续电池功能以适用于每个应用场景。所谓超高性能,是指能量和功率密度接近理论极限,出色的使用寿命和可靠性,增强安全性,环境可持续性和可扩展性,以实现具有竞争力成本的大规模化生产电池。第一个重要挑战是达到最好的电池性能,因此发现新材料和新化学体系的开发过程必须加快。《电池2030+》提出电池界面基因组(BIG)–材料加速平台(MAP)计划,将采用人工智能(AI)大幅减少电池材料的开发周期。第二个重要挑战是延长单体电池和电池系统的使用寿命和安全性。寿命和安全都对未来电池的大小,成本和接受度具有关键性影响。为了实现第二个挑战,《电池2030+》提出了两种不同且互补的建议方案:开发直接在化学和电化学反应中可探测的传感器,将新型传感器嵌入电池中连续监控其“健康”和“安全状态”。另一方面,通过使用自愈合功能来提高电池容量并提高电池性能。 与目前最先进的电池技术相比,《电池2030+》旨在提出并影响电池技术的未来发展(如图2):   第一,将电池实际性能(能量密度和功率密度)和理论性能之间的差距减少至少1/2。 第二,至少将电池的耐用性和可靠性提高3倍。 第三,对于给定的电力组合,将电池的生命周期碳足迹减少至少1/5。 第四,使电池的回收率达到至少75%,并实现关键的原材料回收率接近100%。 3.“电池2030+”主要研发方向  3.1 材料加速平台(Materials Acceleration Platform,MAP) 从能源技术的生产,存储到最终交付使用,材料的发现和开发始终贯穿于整个过程。特别对于新兴的电池技术,先进材料几乎是所有清洁能源创新的基础。若依靠现有的传统重复性试验开发过程,需要耗费大量的时间,人力物力去开发新型高性能电池材料并用于电池设计,这一过程从最初发现到完全实现商业化可能长达10年之久。因此,在《电池2030+》项目中,为了加速超高性能的,可持续发展的智能型电池开发,计划在欧洲范围内设立电池“材料加速平台(MAP)”,并与电池界面基因组(BatteryInterface Genome,BIG)集成在一起。同时BIG-MAP基础设施模块化设置,全系统具有高度的通用性,以便能够容纳所有新兴的电池化学体系,材料成分,结构和界面。另一方面,MAP将利用人工智能(AI)从许多互补的方法和技术中集成和编排数据,整合计算材料设计,模块化和自主性综合机器人技术和先进表征,实现全新的电池开发策略。促进材料,工艺和设备的逆向设计和定制。最终,在MAP框架下由每个核心元素构建概念电池,开发出具有突破性的电池材料,极大提高电池开发速度和电池性能。    图3. 电池材料加速平台(MAP)的核心组成部分 (一)MAP重点研发技术   a. 高通量技术:开发自主材料合成机器人,构建电池材料自身及使用过程中原位的自动化高通量表征。实现电极活性材料及其组合方式的快速筛选和电解液配方的系统表征。基于高通量数据的建模和数据生成相结合,以物理参数为导向对电池及其活性材料进行分析和表征。   b. 建立基于分布式访问模型的跨区域通用数据基础架构,实现多维度互连和集成工作流程:确保在材料的闭环研发过程中,能够实时进行跨区域的实验数据集成和建模。通过数据的共享实现信息的汇总及规模化分析。以机器学习和物理理论为导向的数据驱动模型去识别材料开发过程中重要的参数和特征,开发有效的和稳固的方式耦合和连接不同维度的模型,加速材料开发过程。   c. 开发基于电池系统的人工智能(AI),构建统一数据框架:基于AI技术开发集成物理参数和数据驱动的混合型模型。比如目前已有一些AI软件包如ChemOS和phoenix正在用于自驱动实验室的原型开发阶段。利用欧洲材料建模委员会(EMMC)和欧洲材料与建模本体(EMMO)支持的访问协议,将学术界和工业界、材料建模和实际应用工程联系起来,实现电池整体价值链的数据标准化传递及共享。 d. 电池材料和界面的逆向设计工程:通过所需的目标性能定义电池材料和/或界面的组成和结构,从而打破传统的开发过程,促进材料的高效高速开发。 (二)MAP研发计划 短期计划:开发用于电池材料和电池本身的共享且可互操作的数据基础架构接口,涵盖电池发现和开发周期所有领域的数据;自动化的工作流程,用于识别在不同时间尺度下传递相关特征/参数;构建基于不确定性的电池材料的数据驱动和物理模型。 中期计划:在材料加速平台(MAP)中实现电池基因组(BIG-MAP)构建,能够集成计算建模,自主合成机器人技术和材料表征;展示电池材料的逆设计过程;在发现和预测过程中直接集成来自嵌入式传感器的数据,例如主动的自我愈合。 长期计划:在电池基因组平台中建立完全的自主开发过程;集成电池单元组装和设备级测试;包含材料发现过程中的可制造性和可回收性;展示材料开发周期的5倍加速;实施并验证用于电池超高通量测试的数字技术。 3.2 电池界面基因组(Battery interface genome,BIG) 电池不仅包含电极和电解质之间的界面,而且还包含其他大量重要的界面,例如:在集流体和电极之间或在活性材料和诸如导电碳和/或粘结剂等的添加剂之间。因此在开发新的电池化学体系或现有电池技术中引入新的化学物质时,界面是有效利用电池电极材料关键之所在。MAP是提供基础设施以加快材料的发现,而《电池2030+》提出BIG将对材料开发过程提供必要的理解和模型,以预测和控制影响电池性能关键界面的动态变化(如图4所示)。BIG将高度适应不同的化学物质,从材料到设计,用大量数据构建模型,形成全新的材料开发途径,以超越当前的锂离子电池技术。   图4. 电池界面基因组(BIG)运作流程 (一)BIG重点研发技术 a. 开发更高的空间、时间分辨率和运算速度的新型计算方法和实验技术:以获得超高性能电池系统构造和材料组合搭配的新理解。通过基于物理的数据驱动混合模型和仿真技术描述最先进的实验和技术方法。 b. 开发具有高还原度的电池界面表征技术:通过对电池界面及其动态特性的精确表征,建立电池界面属性的大型共享数据库,利用大数据再对表征技术进行优化调整,不断修正测试偏差,真实还原界面工作过程,提高保真度。 c. 建立电池及其材料的标准化测试协议:发布详细的材料表征检查列表,通过将电池性能与材料化学性质逐一比对来获取有关电池界面的关键信息。 d. 构建更精确的材料结构与电池性能模型:利用电子,原子及介观材料尺度模型耦合形成连续相模型,真实反映电池正常工作时的界面状态、老化和衰减机制。  (二)BIG研发计划 短期计划:建立一定范围内表征/测试协议和数据的电池界面标准;开发可利用AI和仿真模拟技术进行动态特征分析和数据测试的自主模块;开发可互操作的高通量和高保真的界面表征方法。 中期计划:开发预测混合模型,用于在时间和空间尺度上推演电池界面;演示模型电池间逆向合成设计;能够在MAP平台(BIG-MAP)中实现电池界面基因组计算建模,自主综合机器人技术和材料的集成表征。 长期计划:在BIG-MAP平台中建立完全的自主开发过程;证明界面性能提高5倍;表明电池界面基因组到新型电池化学的可移植性。  3.3 智能传感器(Integration of smart functionalities–sensing) 随着目前对电池应用的依赖性不断提高,要求对电池的状态进行准确监控,提高其质量,可靠性和使用寿命。在过去几十年中,虽然许多电化学阻抗设备(EIS)以及先进的电池管理系统(BMS)发展,但成效有限。无论电池技术发展如何,性能仍取决于电池单元内界面的性质和依赖于温度驱动的反应以及不可预测的动力学。虽然监控温度对于延长循环寿命和延长电池寿命至关重要,但在目前电动汽车的应用中也无法直接测量单体电池的温度。为了更好了解/监测电池工作过程中的物理参数对电化学反应过程的影响,有效解决黑箱问题。《电池2030+》提出将智能传感器嵌入到电池中,能够实现电池在空间和时间上的分辨监视(如图5所示)。这样可以整合和开发各种传感技术在电池中以实时传递信息(如温度,压力,应变,电解质成分,电极膨胀度,热流变化等)。最重要的是依据大量的原位实时监测数据,可以与BIG-MAP协作构建电池工作状态函数及模型,开发智能的响应式电池管理系统。将在单体电池级别和整个系统级别上进行分层管理。   图5. 未来具有原位传感及输出分析装置的电池 (一)智能传感器重点研发技术 a. 集成和开发适用于电池的多种传感器,将智能功能嵌入电池:光学、电学、热学、声学和电化学传感器用于设计/开发固态电解质(SEI)中间相动态监测功能。比如利用电阻温度检测器(RTD),热敏电阻,热电偶等温度传感器监控电池内外的局部及整体温度变化。电化学传感器主要用于监控电池界面SEI增长,氧化还原穿梭物质和重金属溶解。压力传感器可以检测电极应变和压力变化,从而反应电池的SoC以及SoH状态。光学传感器则可以对电池局部温度,压力和应变通过光学信号同时感应,其中光子晶体纤维传感器可以对多感应信号同时采集但又解耦合分析,是未来发展多参数监测新型传感器的趋势。 b. 开发具有创新化学涂层的传感器:采用特殊涂层的传感器,减缓电解液及电化学反应副产物对传感器的腐蚀,提升器件稳定性,传导灵敏性和使用寿命。将传感器尺寸减小到几微米以匹配电池隔离膜的厚度,采用无线传感技术来避免复杂的连接布线问题。 (二)智能传感器研发计划 短期计划:在电池单元级别上,依靠各种传感技术和简单的集成开发非侵入式多传感方法,为评估电池内界面动力学,电解质降解,树枝状生长,金属溶解,材料结构变化的相关性提供可行性。监测电池运行期间关键参数的正常或者异常行为,并定义从传感器到BMS的传递函数,通过运行实时传感将温度窗口提高>10%。 中期计划:实现(电)化学稳定传感技术的微型化和集成,在电池层面和实际电池模块中均具有多功能,以经济有效的方式与工业制造过程兼容;利用传感数据实现高级BMS,构建新的自适应和预测控制算法;BIG-MAP中集成感应和自我愈合;多价电极系统的过电压降低>20%;将锂离子电池可利用电压窗口增加>10%。 长期计划:依靠先进的BMS控制传感器的通信,新的AI协议通过无线方式实现完全可操作的智能电池组。在未来的电池设计中,将感测/监视与刺激引起的局部自愈合机制结合,从而可以通过集成感测-BMS-自愈合系统得到智能电池。 3.4 自愈合理念(Integration of smartfunctionalities–self-healing) 电池技术的可持续发展以及我们对电池普及应用的日益依赖,要求确保其具有很高的可靠性和安全性。其中探测或者传感不可逆变化是获得更好的可靠性第一步。但是,要真正确保可靠性,电池应该能够自动感知损坏,并恢复原始配置及其整体功能。那我们可以尝试模仿自然愈合机制(比如伤口愈合)来制造智能长寿命电池吗?《电池2030+》中借鉴医学领域中“再生工程”的理念,提出可以开发在电池内注入相应自愈合功能的材料,以恢复电极内部的缺陷。另一方面,提出将状态传感和自我愈合功能紧密相连(如图6所示)。从传感器检测到的信号将被发送到电池管理系统并进行分析,如果出现问题,BMS将发出信号发送给执行器以触发自我愈合过程的刺激。这种既自我感知又触发自修复的结合过程将赋予电池更高的安全性和消费者更高的使用可靠性。   图6. 由BMS介导的电池工作-感应-自我修复协同耦合过程 (一)自愈合理念重点研发技术 a. 开发自愈合的电池材料以及电极界面:包裹CNT的自愈合微胶囊,用于修复电极导电网络。具有自愈合性的人工SEI结构活性材料,用于修复电极材料充放电过程中界面结构的破坏。 b. 开发适用于电池组件和界面的自愈合聚合物策略:超分子聚合物在自愈合多相固体聚合物电解质中的应用。使用无毒的生物基材料(例如多糖类材料,蛋白质材料)设计薄而多孔的可控隔膜,开发功能化生物基电解质隔离膜,专门设计使其具有自愈合特性,通过控制电解液的分解从而改善电池老化。 c. 构建复合电极:设计具有聚合物或矿物质外壳的微胶囊,使其包含能够通过外界刺激响应来释放愈合剂,或在受刺激破裂时将释放锂盐、钠盐等。利用特定高分子结构的设计(比如PAA-聚轮烷滑轮型聚合物)控制电极膨胀结构并优化电池循环的效率。  (二)自愈合理念研发计划 短期计划:在各种交叉领域发展具有自我愈合功能的电池。对隔膜进行功能化处理,并开发依靠氢键相同作用实现可逆交联的超分子结构,以愈合电极-隔离膜的膜破裂,同时与电池的目标化学性质兼容。 中期计划:设计智能型隔离膜,具有可容纳多种功能有机-无机愈合剂的微胶囊,可通过磁性,热或化学作用触发自动愈合,同时确定与刺激驱动的自愈合操作相关的响应时间,以愈合与电极断裂或SEI中间相老化有关的故障。 长期计划:设计和制造功能性和孔隙率可控的低成本生物基电解质隔膜。在电池感测和BMS之间建立有效的反馈回路,通过外部刺激适当触发已经植入电池的自我愈合功能。  3.5 未来电池规模化制造(Manufacturability of future batterytechnologies)  新一代突破性电池材料的面世将开启崭新的电池技术机会。但是,从广义上讲,这些新电池技术至少需要面对两个主要的验证阶段。首先,在原型级别上证明其性能潜力,其次,扩大规模化生产的可行性和进入工业化过程的评估。《电池2030+路线图》提出未来电池制造的解决策略:工业4.0和数字化的前景。利用建模和人工智能实现制造过程动态软件模拟,突破制造单元的空间构造,避免或基本减少经典的尝试和错误方法。通过全数字化制造,理解和优化过程参数及其对最终产品的影响。   图7. 电池制造的数字化过程 (一)未来电池规模化制造重点技术 a. 设计过程数字化:引入新功能,如自愈合材料/界面、各类智能传感器或其他执行器、生态电池设计和替代电池设计,在电池制造过程中开发和验证多重物理量和多尺度模型,以更准确了解制造过程的每个步骤。 b. 制造过程数字化:开发灵活的制造流程和高精度建模工具,以优化工艺、条件和机器参数,开发用于处理电极浆料,电极片生产,电池组装,电池包组装和电池性能的实时模型(即用于电池制造的数字化模型)。 (二)未来电池规模化制造研发计划 短期计划:从最先进的信息开始,重点放在是电池设计方法。改进模拟工具(如多物理场模型),通过深度学习和机器学习方法减轻计算负担,应用AI技术用于电池设计。 中期计划:不断发展BIG平台,MAP平台,智能传感器技术,自愈合技术,回收策略和其他创新领域并将其整合到流程中;在电池级设计取得进展之后,将启动并实施基于AI制造方法,即建模> AI>制造(包括新技术的制造以及制造过程中的数字化模型)。规模也可扩大到电池制造过程中的技术,可扩展到电池化学成分开发,例如多价和有机的材料开发,或者其他电池体系,如液流电池。 长期计划:将整个AI驱动的方法集成并整合在电池单元设计中,实现基于BIG-MAP的完全自主系统。利用这种方法促进学术界创新和工业界开发可商业化的最新电池技术。 3.6 回收策略(Recyclability) 《电池2030+》路线图将促进建立循环经济社会,减少浪费,减少二氧化碳排放量并更明智地使用战略资源作为长期愿景。因此,发展高效电池拆解和回收技术是保证欧盟到2030年时,电池经济长期且可持续性发展至关重要的保证。这就需要有针对性的开发新型,创新的,简单的,低成本的和高效率的回收流程,以保证电池全生命周期的低碳足迹和经济可行性。比如对活性材料采用直接方法回收,而不是经过多步骤的途径。采用直接修复或重新调节电极的方式即可使电池重新达到可工作的状态。基于此,《电池2030+》对材料层级,界面层级和单体电池层级都提出一些新的回收概念和整体流程:(1)整个生命周期可持续设计(包括生态设计和经济设计);(2)电池及电池组拆解设计;(3)回收设计方法。这个过程需要研究者,电池生产企业,材料供应商协同参与,并与回收商一起将回收策略及相关限制条件整合到新的电池设计中。    图8. 未来的电池回收过程:直接回收与再利用过程有机的整合 (一)回收策略重点计划 a. 电池组件及单体的重复可利用性:通过产品标签、电池管理系统、内置和外置传感器等相关数据的收集和分析,集成传感器和电极自愈合功能,用于识别损坏/老化的组件并为重复利用做准备。同时在电池设计中尽可能延长寿命,并考虑重新校准、翻新以及二次使用和多次使用的可行性。 b. 引入现代低碳足迹物流概念:包括分散式处理,开发产品可追溯性,特别是整个电池生命周期中关键原材料的可追溯性。以及开发对有价值关键材料的高效、低成本和可持续的一步回收处理策略,并将其“翻新”为电池可用活性材料,如果不能完全逆转,则通过调整组成来合成活性材料前驱体或相关原材料。 c. 自动化及选择性回收:采用AI辅助技术及设备,实现电池自动分拣和评估,自动将电池组拆解到单体电池级别,自动拆解电池至最大的单个组件级别。同时借助于大数据技术分析并寻求适用于所有电池及电池组的通用拆解过程,确保即使是像锂金属固态电池,锂金属-空气电池等新型电池,也能最大程度地回收电池组件及其关键性组成材料。  (二)回收策略研发计划 短期计划:实现电池系统可持续的发展和拆解,开发数据收集和分析系统,用于电池组/模块分拣和重复利用/再利用的技术,并开始开发自动化拆解电池。并用于快速电池表征的新测试。 中期计划:开发自动将电池分解成单个组件的方法,以及粉末及其成分的分类和回收,将其“翻新”为先进的新型电池活性材料的技术。在电池中测试回收的材料。将开发二次应用中材料再利用的预测和建模工具。显著提高关键原材料的回收率(比如石墨,正极材料)并明显改善对能源和资源的消耗。 长期计划:开发和验证完整的直接回收系统;系统在经济上可行,安全且对环境友好,并且比目前的流程更低的碳排放量足迹。  4.其他各国家路线图发展规划 除了欧洲的SET-PLAN计划外,目前只有少数几个国家有明确路线图并为之长期努力。在这里,简短介绍来自中国,印度,日本和美国的电池路线图,以更广阔的视野来看待2030+电池的目标。 4.1 中国发展规划 中国现在是全球发表电池研究论文最多的国家。但同时在工业界也定义了两个并行的研究和创新战略:进化战略和创新战略。进化战略专注于优化现有搭载新能源电池的车辆和能源动力总成系统,包括电池性能的提升(高安全,快速充电,低耗电量等)。而革命性战略的目标是开发下一代电池化学体系用于车辆动力总成系统。如图9所示,可以比较2015年至2035年中国的电池发展目标与日本新能源产业的技术综合开发机构(NEDO)的RISING计划目标,以及美国能源部(DOE)的Battery 500计划。   图9. 中国2013年至2030年的国家新能源项目和战略目标 4.2 印度发展规划 印度最近也为汽车制造行业发布了路线图,其中电池研发和制造被认为具有很高的战略意义。但路线图中并未展示达到目标需要何种关键性技术,只是明确表达了电池的重要性。 4.3 日本发展规划 日本在某些关键领域一直有制定长期稳定研究计划的传统,电池就是其中之一。日本新能源产业的技术综合开发机构(NEDO)的RISING-2项目就是一项长期的大规模计划,始于2010年,计划于2022年结束。它定义了两个关键的电池性能目标(如图10所示),其中对于纯电动汽车,在2020年动力电池系统能量密度需达到250Wh/kg,2030年达到500Wh/kg。而对于插电混合动力汽车,在2020年动力电池系统能量密度需达到200Wh/kg。这是唯一可以尝试与《电池2030+》提出目标相比较的国际研发计划。   图10. 日本NEDO的2020年和2030年电池性能目标 4.4 美国发展规划 美国能源部(DOE)于2016年主导了Battery 500项目,其联合了六所大学,四个国家实验室和IBM的科研实力。其总体目标是开发锂金属电池,相比目前电动汽车用电池组能量密度170-200Wh/Kg,使电池组能量密度达到500Wh/Kg。而且Battery 500将致力于开发体积更小,重量更轻,更便宜的电动汽车电池。  ...
1.遮阳式 在玻璃幕墙的外面安装相应的遮阳设施,分体式和固定式两种可以起到非常好的遮阳隔热效果,可以有效的降低空调能耗,节约能源。 遮阳式系统应用领域 2.围栏式 在围栏上安装光伏组件,完成围栏功能的同时,可以用于发电。 围栏式系统应用领域 3.瓦片式 太阳能屋顶瓦不同于常规分布式并网屋顶设计,它将屋顶本身与太阳能完美的结合。 用太阳能瓦片模块取代常规瓦片并集成到一个斜坡屋顶,可达到最高标准领域的设计和美学要求,产品不但耐用,而且漂亮。 太阳能屋顶瓦一体化设计不但提高了整体太阳能系统的防风功能,而且背后特殊的通风槽铝底座设计为整套系统提供了良好的通风模块,起到了极好的防水作用。 瓦片式系统应用领域 4.嵌入式 与建筑物同时设计、同时施工和安装,提供电力的同时,兼顾美学、力学及透明度的多种需求。 嵌入式应用领域 5.窗间式 提供电力的同时,能够根据季节以及外界环境自动调节室内的通风、湿度和温度。 窗间式系统应用领域 6.采光式 提供电力的同时还满足建筑物采光需求,能有效地减少建筑能耗,实现建筑节能。 采光式应用领域 7.壁挂式 独特的壁挂安装方式让施工和后期维护方便快捷。 开放式的结构大大提高了组件通风散热性能。适用于普通及双玻组件,装机容量大,性价比高。 壁挂式系统应用领域 8.百叶式 结合建筑的外立面造型采取合理的外遮阳措施,形成整体有效的外遮阳系统,可以有效地减少建筑因太阳辐射和室外空气温度。 通过建筑围护结构的传导热以及通过窗户的辐射得热,对于改善夏季室内热舒适性能具有重要的作用。 结合电池片,能够追踪光线,达到即发电又遮阳,且绿色建筑是未来的发展趋势,绿建标准中也规定了,必须安装建筑外遮阳,降低节能系数。  ...
众所周知,光伏电站建设周期一般较短,而运行周期则长达25年以上,对于电站业主而言,除了保障组件、汇流箱、逆变器、箱变、线缆等基础单元的安全稳定运行外,光伏电站的阴影遮挡对于电站的发电量及投资收益也有着极大的影响。由于单个组件的内部结构一般采用串并联的形式,并且直流侧单个组串中每个组件也是采用串联的形式。因此阴影遮挡不仅会造成组串间电压不平衡,影响整体发电量,长期的局部阴影遮挡,还会导致产生热斑效应进而损坏光伏组件的性能,影响其使用寿命。 案例1: 山西某地面光伏电站项目,由于相邻组件阵列间的间距预留过小,使得阵列边缘的组件受到一定的阴影遮挡。通过对组件进行红外热成像测试及功率测试发现,组串功率一致性较差且个别组件已出现了热斑效应。 案例2: 无锡某分布式光伏项目,厂房屋面存在较多障碍物遮挡。现场检测及图纸审核发现组件铺设未完全避开障碍物及建筑高差阴影遮挡。通过采用PVsyst进行发电量模拟后发现,该部分阴影遮挡对电站整体发电量的影响达到了近10%。 从以上两个实际案例中可以发现阴影遮挡对于电站的设备运行寿命、整体的发电量以及收益都会产生不小的影响。因此我们要从电站建设前期的勘察与设计以及项目并网后的运维多个方面来避免这一现象的发生。 在电站建设的前期,如何才能有效减少阴影遮挡从而提高发电量呢?TÜV北德将从光伏电站所存在的阴影遮挡问题及相关的计算方法展开具体分析。 光伏电站的阴影遮挡主要来自于以下几项:组件间阵列遮挡,远景及近景的障碍物遮挡。以分布式屋顶电站为例,近景遮挡包括屋面的女儿墙、气楼、其它屋面建筑遮挡。远景遮挡包含项目周边电线杆遮挡、相邻建筑高差遮挡。常规的阴影计算方式如下: 组件间阵列间距计算 根据《光伏发电站设计规范》(GB50797-2012)要求,光伏方阵各排、列的布置间距应保证每天9:00~15:00时段内前、后、左、右互不遮挡。阵列间距计算如下: L:光伏阵列倾斜长度(m) D:光伏阵列南北方向两排阵列之间距离(m) β:光伏阵列倾斜面倾角(°) φ:当地纬度(°) 障碍物阴影遮挡计算 针对于障碍物(包括女儿墙、气楼、屋面建筑等)遮挡,可采用对障碍物在水平面各方向上所产生的阴影长度进行计算分析。 α:太阳高度角(°) β:太阳方位角(°) H:障碍物高度(m) φ:当地纬度(°) δ:赤纬角(°) τ :太阳时角(°) CAD平面阴影分析 基于上述的阴影长度计算方法,在项目设计阶段设计图绘制的时候,可以采用CAD平面绘图的方法,分别画出电站现场所存在的遮挡物及其对应的阴影范围,计算出组件阵列排布的最小间距,避开阴影遮挡,进行组件的排布设计。 采用计算方法进行阴影分析 PVsyst三维阴影分析 除此之外,PVsyst作为行业内普遍认可的一款光伏系统设计辅助软件,也可以更好地帮助我们进行系统设计及分析。通过利用PVsyst的三维建模功能,对光伏电站进行仿真建模,模拟其阴影遮挡的情况,计算项目的理论发电量,选择更合理的设计排布方式,优化前期的设计方案。 采用PVsyst软件进行阴影分析 参考标准:《光伏发电站设计规范》(GB50797-2012)在设计阶段,除了阴影计算分析外,逆变器的选型及组串的连接排布方式,同样可以减少阴影遮挡所带来的影响。由于直流侧的组串为若干块组件相互串联而成。受到阴影遮挡的组件会影响整个组串的输出功率。而逆变器中的独立MPPT能够使输入的各个组串相互间不受影响,消除阴影遮挡所引起的组串功率不一致及失配问题,更大限度的保留发电量,减少损失部分的电量。 最后,电站建设完成并网后仍会有其他的阴影遮挡,如积灰、鸟粪、杂草、积雪等因素。同样需要进行定期的清理工作及运维检查,及时排查出存在故障的设备,保证电站正常稳定的运行。...
据外媒报道,日前在英国伦敦举办的由行业媒体Solar Media公司组织的一个储能峰会上,行业专家在小组讨论时指出,氢储能和车辆到电网(V2G)技术可能是未来在储能领域获得重大创新的技术。 虽然氢储能在现阶段没有得到更多的应用,但一些业界厂商对这种技术进行了研究和探讨,他们认为氢储能是一个首选技术,预计在未来15~20年内会出现。 英国Lightsource BP公司已经在研究将氢储能作为一种潜在的储能解决方案,并计划与太阳能发电设施配套使用,以使可再生能源更多地渗透到电网中。由于氢储能技术具有长时储能开发潜力,因此该公司将其列为五种新兴关键技术中的一种。 作为一种创新储能技术,国内也早已开始行动。2020年1月6日,山西首座氢储能综合能源互补项目正式签订。预计投资6亿元人民币,以大唐云冈热电公司现有的热电资源为基础,进行以氢为主的储能项目建设,充分消纳多余的热、电、风、光等能源,打造成一个综合能源的调节储存、交互基地,进一步降低能源转换带来的损失、降低制储氢的综合成本,大幅增加热电厂的综合能源收益。 该项目一期主要建设6×25MW分布式光伏电站、100MW风电电站,接入现云冈热电公司发电送出系统,并配套建设150MW电极锅炉供热系统和10MW电解水制氢高压储氢系统,项目建成后每天制取高纯度的氢气5000kg,可同时满足10座500kg加氢站的需求;二期项目预计建设1000MW光伏发电站,占地面积约4万亩,配套建设50MW电解水制氢液态储氢系统,建成后每天制取高纯度的氢气10000kg,可同时满足20座500kg加氢站的需求。 氢储能特点 可再生能源是人类社会的重要发展方向。可再生能源的消纳是制约可再生能源发展的关键技术之一。由于可再生能源(如水电、风能、太阳能)的间歇性特点,不能长时间持续、稳定地输出电能,导致大量弃风、弃光现象发生。储能技术可将可再生能源发电储存起来,在需要时释放,以保障可再生能源发电持续、稳定的电能输出,提高电网接纳间歇式可再生能源的能力。 以往的储能技术分为物理储能、化学储能及热储能。物理储能包括机械储能(抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能)与电磁储能(超级电容器、超导储能);化学储能基于电化学原理进行储电,如铅酸蓄电池、锂离子电池、钠硫电池、液流电池等;热储能是将热能储存在隔热容器的媒介中,实现热能的直接利用或热发电。这些技术的主要目的均是储电,利于充放电短周期内的就地使用,若需要进行长周期的储能,如不同季节,储电则会受到其容量的限制。 在新能源体系中,氢能是一种理想的二次能源,与其他能源相比,氢热值高,其能量密度(140MJ/kg)是固体燃料(50MJ/kg)的两倍多。且燃烧产物为水,是最环保的能源,既能以气、液相的形式存储在高压罐中,也能以固相的形式储存在储氢材料中,如金属氢化物、配位氢化物、多孔材料等。因此,氢被认为是最有希望取代传统化石燃料的能源载体。对可再生和可持续能源系统而言,氢气是一种极好的能量存储介质。氢气作为能源载体的优势在于:①氢和电能之间通过电解水与燃料电池技术可实现高效率的相互转换;②压缩的氢气有很高的能量密度;③氢气具有成比例放大到电网规模应用的潜力。同时,可将具有强烈波动特性的风能、太阳能转换为氢能,更利于储存与运输。所存储的氢气可用于燃料电池发电,或单独用作燃料气体,也可作为化工原料。...
欧洲风能技术与创新平台(ETIP-Wind)日前发布了《风能路线图》,确定了2020-2027年间欧盟风能技术五个重点领域的研发优先事项,包括:并网及系统集成;运行与维护;下一代风能技术;降低海上风电成本相关技术;浮动式海上风电。路线图指出了各技术领域面临的关键挑战和近、中、远期研发优先事项,并明确了研发优先级。欧盟委员会于2016年在“战略能源技术规划”(SET-Plan)框架下建立了ETIP-Wind,汇集了风能行业的利益相关方,包括产业界、政府部门和研发机构,主要工作是制定欧洲风能技术研发重点并进行沟通和协调,以确保欧洲风能保持领先地位,实现欧洲气候和能源目标。路线图明确的研发要点如下: 一、并网及系统集成 1、关键挑战 电力系统必须进行重大转型以应对未来完全使用可再生能源发电的情况,因此需加强和加速包括电厂运营商、系统运营商和用户在内的所有参与者之间的沟通与协调,增强数据管理和网络安全,优化现有电网基础设施和开发高压直流输电(HVDC)技术,并在整个欧洲范围内对混合能源网络和虚拟电厂进行更大规模的示范。此外,需提高灵活性以实现100%可再生能源发电,包括:①开发实时灵活性解决方案以稳定系统,短期解决方案以平衡系统,长期的运行方案以维持系统的充分供应;②风电场运营商需通过提供辅助服务以为电网的管理做出更大贡献,并开发新的解决方案以使能源生产与风能收集脱钩,以便在资源不足时为系统供电;③对短期和季节性储能、多种配置风电场(安装了多种风力涡轮机)和混合能源系统进行创新,并提升对发电量和需求量的预测准确性。 2、研发重点 在并网和系统集成领域,按照研发重要性进行优先级排序,近、中、长期(即2020-2022年、2023-2024年和2025-2027年)将进行的研发事项如下: (1)近期。首要进行如下方面的研究:①发电量和需求量预测;②短期储能技术研究。其次,将进行长期储能技术研究。优先级最低的研发事项为:①多种配置风电场;②未来系统需求建模。 (2)中期。优先级最高的研发事项为输电基础设施优化。优先级中等的有:①系统辅助服务;②可持续混合能源系统解决方案。 (3)长期。优先级最高的研发事项为100%可再生能源的系统稳定性研究。 二、运行与维护 1、关键挑战 风力涡轮机暴露于各种天气极端现象中,不断变化的外部条件使风力涡轮机承受的负荷变化范围很大,对叶片和发电机等关键组件施加了极大的应力,运营商将需要连接并汇总来自涡轮机组件的实时数据,开发人工智能技术以提供新的大数据分析工具和解决方案,进而优化性能管理,确保风力涡轮机以其最佳状态运行,提升运行耐用性。风力发电厂通常包括多个相互连接但又独立分布的发电设备,面临一系列独特的运营挑战:①风力涡轮机通常安装在更偏远且人口较少的地区,使按时运送人员、材料和组件变得困难,需通过数字解决方案和遥感技术的研究与创新,扩大运维人员在设备故障时的操作范围以防止意外故障;②风电场运营商通常运营和维护大量资产,需研发数字资产管理系统以优化机组而非单个涡轮机的电力生产;③随着风电机组逐渐增多,运营商还需要制定全面的风机退役策略,开发风机退役策略和技术,以处理将在未来几年内达到设计使用寿命的资产。 2、研发重点 在运行与维护领域,按照研发重要性进行优先级排序,分阶段将进行的研发事项如下: (1)近期。首要进行如下方面的研究:寿命评估和运行情况监测;用于控制和监测的数字技术。其次,将探索利用机器人进行检查和维修的方法。 (2)中期。优先级最高的研发事项为:①动态电缆修复解决方案;②智能运行的数字化解决方案;③预测环境参数。优先级中等的有:①退役策略和技术;②极端环境下的运行解决方案。 三、下一代风能技术 1、关键挑战 欧洲风电行业需要继续降低风电成本,如:①设计和制造新的组件结构和材料并开发新型高精度生产线,用于大规模生产更大、更高效的涡轮机;②研发新材料和/或多材料解决方案,以减轻部件重量、增加耐用性并改善机械性能;③改进运输和安装技术并扩大规模,以适应未来几年大型风力涡轮机的发展。此外,还需提高风电的可持续性,通过研发和创新以促进回收技术的多样化并扩大规模。基础设施、塔架和齿轮箱之类的大多数风力涡轮机组件都是可回收的,这使得风力涡轮机的回收率高达85%-90%。然而,由于复合材料的使用,叶片的回收是一个特殊的挑战,因此需要对回收技术进一步创新并进行大规模示范,以回收玻璃、碳纤维和磁性材料等关键材料。还需开发更轻、更耐用、更易回收的新材料,以提高风电的可持续性并降低欧盟对稀土矿物和其他关键原材料的进口依赖。 2、研发重点 在下一代风能技术领域,按照研发重要性进行优先级排序,近、中、长期将进行的研发事项如下: (1)近期。首要进行如下方面的研究:①组件材料的验证与开发;②叶片回收示范;③将风电系统整合到周围的自然和社会环境中。其次,将开发大型零件运输的新方法。 (2)中期。优先级最高的研发事项为:①开发可持续材料;②制定标准;③制造工艺开发。优先级中等的有:①传感器、诊断和响应技术;②下一代风力发电机;③降噪技术;④组件的可靠性研究。 (3)长期。将首要开发组件和材料的回收技术,其次是颠覆性技术研究。 四、降低海上风电成本 1、关键挑战 未来十年,12-15兆瓦海上风力涡轮机将投放市场,需要具有更大空间、更深吃水深度、更坚固的安装船和起重机,因此需要创新的概念和设计来开发能够承受超过1000吨的新一代安装船。还需开发更好的方法测试电缆在生产后、运输后和安装后的完整性,以减少因扭曲、过载和海底覆盖层的侵蚀导致的电缆失效,避免电缆故障造成的运行损失和高昂的维修费用。此外,需探索集成海上风电场设计和开发的通用方法。海上风电大规模商业化的障碍主要涉及批量产品、动态输出电缆和电力辅助设备对港口基础设施的要求,以及操作和维护技术。风电行业及其供应链应开发海上风电的物流模型,并确定通用的安装技术和制造要求。开发新的基础系统标准化解决方案,以简化风机安装过程,降低故障成本,使不同制造商使用相同的基础系统以扩大欧洲供应链市场。此外,还需为导管架底座的防腐蚀设定更好的标准。 2、研发重点 在降低海上风电成本的相关技术领域,按照研发重要性进行优先级排序,近、中、长期将进行的研发事项如下: (1)近期。优先级为中等的研发事项有:①数据可用性和共享;②子结构批量生产的流程分析。 (2)中期。将首要进行布线和连接相关研究,其次将进行材料耐用性和保护方面的研究。 (3)长期。将首要进行如下工作:①制定跨行业标准和协议;②集成优化设计方案;③方法和流程的验证。而优先级最低的事项为供应链物流的开发。 五、浮动式海上风电 1、关键挑战 为了使浮动式海上风电具备与其他能源的成本竞争力,需实现浮子的批量生产,存在如下挑战:①开发部署模型、案例研究和市场评估,以确定不同市场和环境下的最佳设计和概念;②评估在各种市场和环境中制造、运输、安装和操作的便利性;③开发具备良好性能且易于低成本批量生产的浮动式设计;④在许多经济领域进行详细的计划和协调,以快速启动新的供应链;⑤通过研究和创新提升供应商的制造能力,升级港口基础设施,开发新的安装船以及设计新电网连接设备。此外,对于浮动式风电场的部署也存在挑战:①需更好地理解停机时风浪相互作用,以优化浮动式海上风机的停机安排和涡轮机设计;②在禁止使用气象桅杆的深水区域,需准确评估风能资源的需求;③需对停机时尾流和风场连贯性进行明确定义;④浮动式涡轮机的较大运动对部分部件的载荷疲劳提出了设计上的挑战,需研发缓解负载的设计模型和控制方法;⑤随着涡轮机尺寸的增加,组装和繁重的维护操作成为一项挑战,需要开发低成本安装和维护的创新解决方案和概念;⑥需监测系泊系统和动态电缆这在循环载荷和海洋条件下的老化情况,通过生命周期管理显著降低成本;⑦通过研发创新,确定在水深超过100米水域将阵列电缆固定在海床上的方法。 2、研发重点 在浮动式海上风电领域,按照研发重要性进行优先级排序,近、中、长期将进行的研发事项如下: (1)近期。优先级最高的研发事项有:①精益制造;②验证设计工具;③系泊和锚;④动态电缆;⑤控制方法。 (2)中期。优先级为中等的事项为开发供应链中的集成设计流程,优先级最低的则为浮动安装、组装和大型维护。 (3)长期。中等优先级的事项为停机控制方面的研究。...
近日,欧盟“电池2030+”(BATTERY 2030+)计划工作组发布了电池研发路线图第二版草案,提出未来10年欧盟电池技术的研发重点,旨在开发智能、安全、可持续且具有成本竞争力的超高性能电池,使欧洲电池技术在交通动力储能、固定式储能领域以及机器人、航空航天、医疗设备、物联网等未来新兴领域保持长期领先地位。该路线图草案提出了欧盟电池研发的长期愿景和总体目标,指出未来将围绕材料开发、电池界面/相间研究、先进传感器、自修复功能四个主要研究领域,以及制造和回收利用两个交叉研究领域开展新概念技术(技术成熟度在1-3级)研发活动。 欧盟委员会在2018年5月公布的《电池战略行动计划》中宣布将设立一个大型的电池研发长期计划,并在当年12月发布《电池2030+宣言》,阐述了“电池2030+”计划的目标、愿景和重点研发领域。2019年3月,欧盟启动“电池2030+”协调和支持行动,以确定“电池2030+”计划的研发路线图。本次发布的研发路线图第二版草案经讨论修改后,于2020年2月底提交给欧盟委员会。路线图主要内容如下: 一、“电池2030+”计划目标 研发具有超高性能的智能、可持续电池,以应用于各种领域。此类电池将具备超高性能(即能量和功率密度接近理论极限)、出色的使用寿命和可靠性、增强的安全性和环境可持续性以及可扩展性,并能以具有竞争力的成本大规模量产。通过“电池2030+”计划在未来10年的研究,将为电池技术带来如下影响(与当前技术相比):①将电池实际性能(能量密度和功率密度)和理论性能之间的差距缩小1/2;②至少将电池的耐用性和可靠性提高三倍;③将电池的生命周期碳足迹至少减少五分之一(对于给定的电力组合);④电池回收率至少达到75%,关键原材料回收率接近100%。 二、重点领域研发路线 1、材料开发 (1)研发重点 通过创建材料加速平台,将合作伙伴的优势互补与现有的合作环境相结合,以支持提高对电池材料认识的研究工作。重点研发技术包括:①开发高通量自主合成机器人,以解决电解质配方和电极活性材料及其组合时的材料表征问题;②建立用于对电池材料及其原位和运行过程中表征的自动化高通量基础设施,将物理参数导向的基于数据的建模和数据生成相结合,对电池及其活性材料进行高通量测试,建立可加速开发新材料和界面的电池材料平台;③建立基于分布式访问模型的跨部门通用数据基础架构,确保在材料的闭环研发过程中,能够实时进行跨部门实验数据集成和建模;④多尺度互连和集成工作流程,通过机器学习和物理理论导向的数据驱动模型识别最重要的参数和特征,开发创新方法以有效和稳固的方式最佳地耦合和连接不同尺度的模型;⑤开发人工智能,将基于AI技术开发集成物理参数和数据驱动的混合模型;⑥统一数据协议,利用欧洲材料建模委员会(EMMC)和欧洲材料与建模本体(EMMO)支持的语义访问协议,并将学术界和工业界、材料建模和工程联系起来,实现整个电池价值链中的数据标准化;⑦电池材料和界面的逆向设计,通过所需性能目标来定义电池材料和/或界面的组成和结构,从而颠覆传统的开发过程。 (2)研发目标 短期目标:开发用于电池材料和界面的共享且可互操作的数据基础架构,涵盖电池发现和开发周期内所有领域的数据;自动化的工作流程,可识别并在不同的时空尺度之间传递特征/参数;构建基于不确定性的材料和界面的数据驱动和物理混合模型。 中期目标:在材料加速平台中实施电池界面基因组,能够集成计算建模、自主合成机器人和材料表征;成功演示电池材料可逆设计过程;在发现和预测过程中直接集成来自嵌入式传感器的数据。 长期目标:在电池界面基因组-材料加速平台上建立并示范完全自主开发过程;集成电池组装和设备级测试;在材料开发过程中实现可制造性和可回收性;示范材料开发周期的5倍加速;实施并验证用于电池超高通量测试的数字技术。 2、电池界面/相间研究 (1)研发重点 在电池界面/中间相研究方面,将重点关注如下研究:①开发针对更高的空间分辨率、时域和运行条件的新型计算和实验技术,以获得超高性能电池系统构造的新认知;②开发结合实验、理论和数据驱动的全新研究方法,通过基于物理的数据驱动混合模型和仿真技术以描述最先进的实验;③开发具有高保真度的电池界面表征技术,通过对电池界面及其动态特性的精确表征,建立电池界面属性的大型共享数据库;④设计电池及其材料的标准化测试协议,以便通过将电池性能与其化学性质进行比较来获取有关电池界面的关键信息;⑤开发更精确的模型,以接近最真实的界面、老化和退化情况。 (2)研发目标 短期目标:为电池界面建立规范的特性/测试协议和数据标准;开发自主模块可利用AI和仿真模拟技术进行动态特征分析和数据测试;开发可互操作的高通量和高准确度的界面表征方法。 中期目标:为电池界面的空间和时间变化过程开发预测混合模型;电池中间相逆向合成设计模型的示范;电池界面基因组-材料加速平台得以实现,能够集成计算建模、自主合成机器人技术和材料表征。 长期目标:在电池界面基因组-材料加速平台上建立并示范完全自主开发过程;证明界面性能提高了5倍;证明电池界面基因组到新型电池化学和界面的可移植性。 3、先进传感器 (1)研发重点 在先进传感器方面,将重点关注如下研究:①将智能功能嵌入电池,集成和开发适用于电池的多种传感器,如光学、电学、热学、声学和电化学传感器,并设计/开发固体电解质中间相动态监测功能;②将传感器嵌入电池,开发具有创新化学涂层的传感器,将传感器尺寸减小到几微米以适合电极隔板的厚度,采用无线传感技术来避免连接布线问题,还可开发能够监测多个参数的新型传感器。 (2)研发目标 短期目标:开发基于各种传感技术和简单集成的非侵入性多传感方法,为评估电池内的界面动力学、电解质降解、枝晶生长、金属溶解、材料结构变化等现象提供可能;监测电池工作期间关键参数的正常-异常变化,并定义从传感器到电池管理系统的传递函数;通过实时传感将工作温度窗口扩大>10%。 中期目标:实现(电)化学稳定传感技术的微型化和集成,以经济有效的方式与工业制造过程兼容,在电池层面和实际电池模块中均具有多功能;利用先进电池管理系统传感数据,建立新的自适应预测控制算法;在电池界面基因组-材料加速平台中集成感应和自修复功能;多价电极体系过电压降低>20%;将锂离子的电压窗口增加>10%。 长期目标:依靠新的AI协议辅助的先进电池管理系统,通过无线传感器通信实现完全可操作的智能电池组;在未来的电池设计中,将感测/监视与刺激引起的局部修复机制(例如自修复)结合,从而可以通过集成感测-电池管理系统-自修复系统来获得智能电池。 4、自修复功能 (1)研发重点 在电池自修复方面,将重点关注如下研究:①功能化电解质隔膜,研究电解质隔膜孔道内接枝的方法,经过专门设计使其具有自修复特性;②针对大多数组件和界面开发聚合物自修复策略,也将探索超分子在自修复多相固体聚合物电解质系统中的应用;③开发生物基电解质隔膜,通过控制电解质的分解从而改善电池老化,使用无毒的生物基分子/蛋白质(例如环糊精)设计薄而多孔的可控隔膜,其选择性可以通过使用和优化蛋白质工程来实现;④探索利用滑动轮凝胶控制隔膜表面的有机物并优化电池装置的效率,另外将研究复合电极,其包含能够通过施加刺激来释放修复剂的微胶囊,将设计具有矿物或聚合物壳的微囊,在受刺激破裂时将释放锂盐、钠盐等。 (2)研发目标 短期目标:进行跨领域合作,为建立新的电池研究领域打下基础,从而开发电池的自修复功能。对隔膜进行功能化处理,并开发依靠H-H键可逆交联的超分子结构,以修复电极-隔膜的膜破裂,同时与目标电池的化学性质兼容。 中期目标:设计具有可容纳多种功能有机-无机修复剂胶囊的隔膜,可通过磁、热或电模量触发以实现自动修复;确定与刺激驱动的自修复操作相关的响应时间,以修复与电极断裂或固体电解质中间相老化有关的故障。 长期目标:设计和制造具有受控功能和孔隙率的低成本生物基电解质隔膜;在电池传感器和电池管理系统之间建立有效的反馈回路,以通过外部刺激适当触发已经植入电池的自修复功能。 5、电池制造 (1)研发重点 未来电池制造应避免使用当前的反复试错方法,并且电池和制造过程必须“智能”,开发电池数字化模型。因此需进行如下工作:①引入新功能,如自修复材料/界面、传感器或其他执行器、电池生态设计和替代电池设计;②开发灵活的制造流程和高精度建模工具,以优化工艺、条件和机器参数,开发用于处理电极浆料和电池性能的实时模型(即用于电池制造的数字化模型);③在电池制造过程中开发和验证多重物理量和多尺度模型,以更准确了解制造过程的每个步骤。 (2)研发目标 短期目标:重点开发电池设计方法,改进仿真工具(如多物理场模型),通过深度学习和机器学习方法减轻电池单元设计的计算量并应用当前的AI技术。 中期目标:开发电池界面基因组、材料加速平台、传感技术、自修复、回收和其他创新领域,并将其整合到流程中;在电池级设计取得进展之后,将启动并实施基于AI制造方法,即建模-> AI->制造(包括新技术的制造以及制造过程中的数字化模型);规模可扩大的电池,如液流电池。 长期目标:通过在整体原型开发中集成电池单元设计,可以成熟地使用整体由AI驱动的方法,实现基于电池界面基因组-材料加速平台的完全自主系统。利用这种方法开发可商业化的最新电池技术。 6、电池回收 (1)研发重点 计划将开发突破性的电池回收工艺,主要研究方向包括:①数据收集和分析(通过标签、电池管理系统、传感器等);②现代低碳足迹物流概念,包括分散式处理;③自动将电池组拆解到单元级别;④尽可能探索重复使用和再利用;⑤自动拆解电池至最大的单个组件;⑥开发选择性粉末回收技术,并将其“翻新”为电池活性物质,如果不可能,则通过调整组成来合成活性物质前驱体。为此,将进行特定研发活动:①电池设计中尽可能延长寿命,并考虑重新校准、翻新以及二次使用和多次使用的适用性;②集成传感器和自修复功能,用于识别损坏/老化的组件并为它们的重复使用做准备;③开发可追溯性概念,特别是整个电池生命周期中关键原材料的可追溯性,自动电池分拣和评估,以及开发对有价值关键材料的有效、低成本和可持续的一步回收处理;④选择性回收过程中将使用AI技术和分拣设备,同时还将寻求适用于所有电池的通用过程,确保即使是金属-空气电池等新型电池,也能最大程度地回收电池组件。 (2)研发目标 短期目标:开发用于数据收集和分析的系统,开发用于电池组/模块分拣和重复利用/再利用的技术,并开发自动拆解电池的方法。将开发用于电池快速表征的新测试技术。中期目标:开发自动将电池拆解成单个组件的技术,粉末和组件的分选和回收技术,以及将其“翻新”为先进的新型电池活性材料的技术。在电池中测试回收的材料。将开发二次应用中材料再利用的预测和建模工具。显著提高关键原材料的回收率并明显改善对能源和资源的消耗。 长期目标:开发和验证完整的直接回收系统,该系统将在经济上可行、安全且环境友好,并且比目前的流程具有更低的碳足迹。  ...
云计算是最近几年最热门的话题之一,我们的生活越来越离不开云,网络订票、购物、订房、订餐等各种应用层出不穷。云计算改变了人们的生活方式,也改变了数据中心的技术发展路线,为了满足不断涌现的互联网应用和不断增长的数据传输需求,云计算数据中心网络布线正面临以下七大发展趋势: 1.高性能计算(100/40Gbps做主干,25/10Gbps到服务器) 传统的以太网以10为倍数来增长,从经济的角度来说,价格和功耗都会很高,难以满足快速增长的数据中心市场需求。下一代的以太网为以4为倍数来增长,100Gbps做主干,25Gbps到服务器,主干采用24芯或者12芯MPO光缆,支持100Gbps或40Gbps到主干;水平采用Cat.8铜缆或者Cat.6A铜缆,支持25Gbps或10Gbps到服务器。 2.网络架构扁平化(Spine-leaf架构&ToR布线) 传统的数据中心数据流主要在服务器和客户机之间流动,我们形象地称之为南北向的流动,云计算数据中心数据流主要在数据中心服务器之间流动,我们称之为东西向流动。这种东西走向的大量数据的交换要求数据中心采用扁平化的骨干(Spine)和分支(Leaf)两级网络架构,这种“胖树”架构能够实现无阻塞、低延迟、快速交换,也促使网络布线结构做相应的改变。 传统数据中心布线采用主配线区(MDA)和水平配线区(HDA),设备配线区(EDA)三层结构的布线方式,云计算数据中心布线结构趋向扁平化,布线结构简化为主配线区(MDA)和中间配线区(IDA)两层结构,设备机柜则通常采用柜顶(ToR)交换机到服务器跳线直连(Directconnect)的方式,这种方式方便统一管理,另外能够显着降低部署时间。 3.模块化 传统的数据中心基建、供电、制冷、网络布线分批部署,成本高、部署速度慢、功耗高。模块化数据中心将机柜、供配电、制冷、布线、安防等基础设施集成为一体,一次性交付,有利于数据中心快速部署、灵活扩容、降低功耗。 4.光进铜退 虚拟化驱动数据中心采用更高性能、更多芯数的光纤,云计算的数据中心由于采用ToR布线结构,不存在水平布线,光缆和铜缆的比重大约是7:3甚至更高。 随着光纤芯数和密度的不断提高,云计算数据中心需要采用更专业的光纤管理设备,提供熔接保护、弯曲半径保护、余缆存储和物理保护以及路由管理,从而保证网络的7x24小时可靠运营,同时方便日后的跳线管理和维护。 5.智能化(DCIM&AIM) 云计算数据中心是一个生态系统,它提供基本的基础设施(IaaS)或者统一的管理平台(PaaS),甚至统一的软件服务(SaaS)。随着云计算数据中心投入运营,用户流量不断增多,管理范围不断扩大,管理员面临越来越大的压力:大量的资产管理、频繁的移动、增加、变更(MAC)维护,多站点的管理。为了有效的管理这个生态系统,云计算数据中心通过采用数据中心基础设施管理(DCIM)以及自动基础设施管理(AIM)等智能化的手段能够实时、远程监控数据中心主要的基础设施包括供电、温度、安防、布线,因而大大提高数据中心可视化和管理效率。 6.集中式管理 传统数据中心采用分布式的管理方式,列头柜集中放置接入交换机和水平配线架,用来统一管理一列的设备。云计算的数据中心采用集中管理方式,所有的设备机柜采用光纤上连到主配线区(MDA)/中间配线区(IDA),在主配线区(MDA)/中间配线区(IDA)内集中放置光纤配线机架(ODF)和分支(Spine)交换机。这种集中管理方式有利于统一管理,可以提高交换机设备端口使用率,另外可以减少管理员足迹。 7.交叉连接(Cross-connect) 传统的数据中心布线一般采用互连(Inter-connect)的连接方式,即采用跳线直接连接水平配线架和交换机。互连方式优点是配线架的数量少,缺点是日后管理维护需要在交换机上进行,容易造成有源设备故障,甚至网络宕机。 云计算数据中心一般在主配线区(MDA)或中间配线区(IDA)采用交叉连接(Cross-connect)的连接方式,即交换机采用跳线连接到一个影射配线架上,日常维护中如网络需求变化比如需要对跳线增加、移动或者变更(MAC),管理员无须在交换机上进行插拔,只须在影射配线架和水平配线架之间进行跳线操作。...
一.实施背景 1.厦门概况 厦门市是经济特区城市和计划单列市,与大小金门和大担岛隔海相望,与漳州、泉州并称厦漳泉闽南金三角经济区。厦门陆地面积1699平方公里,海域面积390平方公里,常住人口401万人,城镇化率89.1%。2015年4月,挂牌成立福建自贸区厦门片区。 金砖厦门会晤期间,习近平总书记多次推介、点赞厦门,把厦门称为“高素质的创新创业之城”和“高颜值的生态花园之城”。 2.电网概况 厦门电网以3座500千伏变电站、嵩屿燃煤电厂、新店燃气电厂为电源注入点,220千伏系统形成多环互联网架。重要负荷集中于厦门岛内,通过4个跨海通道交直并济(6回220kV交流,2回±320kV柔性直流)供电。110kV系统以链式(73.8%)和双辐射(26.2%)为主10kV电缆网以单环网(76.7%)、双环网(9.3%)接线为主。10kV架空网以多分段适度联络接线(80.8%)为主。 3.电网规模 4.时代背景 党的十九大提出:实现社会主义现代化和中华民族伟大复兴、构建清洁低碳、安全高效的能源体系。能源结构清洁化转型和能源消费革命。深化国有企业改革,发展混合所有制经济,培育具有全球竞争力的世界一流企业。 5.城市定位 经济社会发展质量和效益不断提升。近五年来,负荷增长率约7%,人均用电量提高约30%,1度电支撑GDP产出增长约15%。城市的发展对电网发展提出更高的要求。到2020年,厦门将建成“美丽中国”的典范城市,到2035年,厦门将建成展现“中国梦”的样板城市,一流的城市需要一流的配电网。配电网是现代城市的命脉,其可靠性、服务水平、清洁能源接纳能力是支撑城市经济发展、社会和谐、绿色低碳、环境友好的关键。 6.国网部署 全球能源革命的引领者、服务国计民生的先行者;推动再电气化,构建能源互联网,以清洁和绿色方式满足电力需求;打造“三型两网、世界一流”企业,建设泛在电力物联网;贯彻国网公司世界一流城市配电网建设、“2019年厦门全年用户平均停电时间降至1小时以内”等工作部署。 7.国网厦门片配网建设情况 国网公司2009年启动智能电网建设以来,厦门公司在配网方面先后承担并完成五项试点示范项目,得到国网公司肯定。   二.一流城市配电网建设进展及阶段成效 1.建设概况 2017年以来,厦门公司按照国网总部的统一部署,坚持以客户为中心,以提升供电可靠性为主线,强化标准化建设、精益化运维、智能化管控,努力打造“五好”海湾型城市特色配电网,计划到2020年全面建成“安全可靠、优质高效、绿色低碳、智能互动”的世界一流城市配电网,助推大型重点供电企业高质量发展。 2017年世界一流城市配电网启动建设以来,累计下达世界一流配电网建设项目投资总37.58亿元。 2.阶段成效 2019年目标:实现全年户均停电时间≤1小时。2019年上半年,根据国家能源局发布《2019年上半年全国电力可靠性指标报告》,全国52个主要城市户均停电时间低于0.5小时/户的共3家,厦门排名第2(0.4小时/户)。截至10月:用户平均停电时间0.7小时,全口径平均供电可靠率99.9904%,累计停电时户数15997时户比降73%。 (1)主要指标提升 (2)打造示范窗口,高标准建设5个一流现代化配电网综合示范区,涵盖城市多种发展形态和区域特点,为后续全面推广提供可复制样板。 三.一流城市配电网示范工程实践 通过示范工程落地实践,初步实现示范区“站—线—变—线—箱—户”中低压全景感知,运检业务全程在线,探索构建具备“智能感知、快速自愈、中压合环、低压互备”特征的高可靠性配电网。 1.智能感知 按照“投资最优、集成最高、覆盖最广”的原则,广泛部署设备状态感知元件,除监测电压、电流、功率等传统电气量外,在开关站、配电室、环网箱、台区、用户表箱等典型场景,部署无线温湿度、电缆T型头无线测温、局部放电等16种感知元件,实现配电网运行状态、设备状态、环境状态及用户用电状态的泛在感知。 (1)智能配电站房 推广建设智能配电站房,完成示范区102座配电站房环境监测全覆盖,实现对配电站房温湿度、水浸、烟感等环境信息的采集、分析、告警,对站内设施及人员的视频监控,及时处置站房进水、火灾、潮湿等异常,及时防控人员违规入侵,实现对配电站房环境由被动管理到主动监控的转变。特别重要站房部署6套巡检机器人,实现电气设备状态、运行环境7*24小时智能巡检。 (2)智能配电台区 推广建设智能配电台区,以新型智能配变终端为边缘计算核心,低压各支线及重要节点广泛部署智能开关和各类监测终端,依托低压自动化主站,一期已实现台区状态全景感知、低压故障主动抢修等功能的规模化应用。后续将按“台区总表+融合终端+HPLC模块电能表”的方式加快推进智能配电台区建设,2020年将实现全市50%台区覆盖。 低压故障主动抢修典型场景:依托智能台区建设,基于实时上报的电表停复电信息和开关跳闸信息,综合低压计划停电、中压故障停电信息,实现台区级、分路级、表箱级、用户级低压故障停电实时自动研判,并将研判结果以主动抢修工单型式推送至抢修人员,把停电事件管控颗粒度由配变细化至低压表计,填补电网调控在低压研判领域短板。 (3)智能移动应用 遵循“一个终端、一个平台、多微应用”建设思路,在智能装备、大数据分析、移动互联等技术支撑下,整合多个APP,研发统一入口的智能运检APP,全面支撑配网运维检修、故障抢修、应急指挥、工程管控等多场景业务,在抢修现场、施工现场等应用场景方面,深入拓展故障辅助抢修、网络化下令、电子化许可、作业过程风险管控等应用,有效解决“一人多机”问题,实现基层班组减负,提升现场作业效率。 智能巡视APP:为运检现场运维工作提供辅助支撑,实现巡视任务派发、设备导航、巡视人员签到、缺陷/隐患填报、照片采集、巡视统计、巡视质量评估等功能。通过RFID扫描签到或GPS签到等手段,巡视到位率达100%。 网络化下令、电子化许可APP:通过建设与配网调度台在线交互的移动应用APP,实现工作票电子化许可和终结、指令票电子化下令和汇报、工作延期和负责人变更的全过程电子化办理,实现将指令票业务流程从电话许可、纸面执行向线上实时协同转化。 2.快速自愈 (1)集中式馈线自动化 全市范围主要采用集中型馈线自动化模式。通过自动化主站配网故障全研判功能升级,构建横向覆盖配网全类型故障、纵向贯穿配网故障和预警事件处置全流程的故障处置体系,全市1659条馈线全自动FA已全部投入运行,全面提升配网自愈能力,故障隔离与非故障段恢复供电时间1分钟左右。 (2)速动型分布式馈线自动化 A+供电区域网架已成熟的电缆网采用智能分布式自动化。环内主干开关为断路器,分布式FA终端通过高速通信网络,与同一环网内相邻终端信息交互,在变电站出口动作之前切除故障区域,实现线路零停电。故障隔离时间为毫秒级。0ms:故障发生40ms:故障定位100ms:故障上游开关启动跳闸200ms:故障上游开关隔离350ms:故障下游开关隔离1500ms:负荷转供(联络开关闭合)。 (3)缓动型分布式馈线自动化 用于主干为负荷开关的10KV电缆环网,依据终端采集故障信息、FA控制器故障逻辑判断,在变电站出口动作之后,实现自治区域内的故障快速处理。故障处理速度比集中式FA快,故障隔离时间5s以内。0s:故障发生0.6s:变电站出口跳闸5s:故障上、下游开关隔离故障15s:负荷转供(联络开关闭合)。 3.中压合环 (1)网架结构及一次设备配置要求 新建接线方式 用于高新技术园区、金融中心等敏感负荷集中区域,故障隔离时间可控制在100ms以内,非故障段不会出现瞬时停电。 由同一变电站同段10千伏母线两回10千伏线路组成一个“花瓣”,合环运行;两个“花瓣”之间增加联络开关,正常运行方式下联络开关断开运行。“花瓣”合环馈线的应符合“N-1”供电安全要求,每个单环最高供电容量原则上不超过单回线路额定供电能力。环网节点应根据用户负荷分布情况选择适当位置,邻近区域的用户经环网节点间隔接入,用户专用配电室不得成为环网节点。环网节点均应配置断路器。 过渡接线方案 原双环网或同变电站出线的单环网进行“花瓣”型接线方式改造,调整为同一变电站同段10千伏母线时,应合理调整变电站10千伏出线间隔,避免不同馈线交叉跨越。因考虑改造后原双环网所接双电源用户的电源点应取自不同的单环,现有双环网改造成“花瓣”式结构时,应对相邻两个双环网进行交叉组合。两个单环网如不能同期改造为“花瓣”型接线方式,可采用“单花瓣”带联络(UI)的合环接线方式作为过渡方案。 (2)“花瓣”合环运行保护配置及功能要求 低压互备 1)方案一: 方案说明:末端联络:在两个台区各回主干线末端增加联络箱(开关常开)运行方式说明:当其中一台变压器停电时,由智能终端遥控跳闸JP柜低压进线总开关,联络箱中装备自投装置,自动判断合闸条件。 2)方案二: 方案说明:首端联络:在JP柜增加1回出线,将新增出线连接。新增出线开关亦可作为应急接入口。运行方式说明:1.当其中一台变压器停电时,连接开关(5QF)合闸完成负荷转供。2.当分支回路停电时(以4QF为例),3QF仍在运行,则需满足合环条件才能投入,降低了互联的功用。 3)方案三: 方案说明:在每个台区的JP柜进线开关前各增加一台ATS,ATS的两个电源分别来自于2个不同的台区。ATS可自动判断实现备自投,当其中1个台区失电后自动转到另一个台区供电。运行方式说明:当其中一台变压器停电时,ATS自动检测,具备备自投条件后完成电源切换,无需人为操作,安全可靠性高。 四、近期探索方向 通过示范工程建设应用,打造一套主线清晰、模块组合、简单实用的易于复制与推广的“厦门样板”,以点带面、连线成片,逐步通过成果推广形成规模效应。 1.搭建智慧互动服务平台 建设源网荷储多能智慧调度系统,实现源网荷储的协调互动和安全运行。拓展高精尖电压敏感用户电能质量感知与电压暂降治理智慧互动平台,实现电压暂降监测评估与风险预测,为用户主动提供治理辅助策略与效益分析。 2.深化智能配电台区应用 加快推进台区自动拓扑、台区能源自治等功能研究应用,积极推动终端即插即用、端云协同等关键技术的落地实践。 3.推动5G技术在配网应用 依托SA组网模式的外场验证环境,加快开展分布式自动化终端、配网差动保护端到端通信,用电信息采集及站房巡检机器人等业务5G外场验证测试,验证5G网络在复杂地理环境下的控制类业务端到端的时延、速率等性能指标,实现了不同业务的网络切片功能。 4.建立配网全景感知图谱 基于电网设备全景感知综合应用系统实现对配网中低压运行、用户侧、储能侧、智能园区等的整体感知和深度应用,实现与现有各生产系统功能的深度融合,提升传统业务管理效率,加快服务响应速度。  ...
人类赖以生存的地球正遭受巨大的考验,特别是最关生死的呼吸系统。2019年下半年持续数月的大火让亚马逊雨林这个“地球之肺”受到了严重的伤害。2019年底持续5个月的澳大利亚的山火让超十亿动物死亡,数十万蝙蝠飞离家园。正在爆发的新型冠状病毒肺炎对人类的自由健康呼吸造成巨大的灾难。造成地球呼吸系统受到空前考验的原因很多,温室气体是重要的原因之一。六氟化硫是6种温室气体之一,六氟化硫曾经和正大量应用于为人类提供电能的开关设备中,担任着绝缘功能,为推动电气化这个人类文明进步的标杆的提升做出了巨大的贡献。为了更加可持续的地球和人类未来,人们也一直积极地寻找六氟化硫的替代品,即无六氟化硫技术。全球领先的中低压配电技术供应商施耐德电气给人类电气化和文明进步带来了新的希望。 2020年2月10日,施耐德电气在中国正式推出了应用无六氟化硫技术的中压一次充气柜GM AirSet。该一次配电柜GM AirSet不但延续了施耐德电气卓越的产品质量,高度保障供配电的安全可靠,更以干燥空气作为绝缘气体,极大降低了温室气体的排放,为行业的绿色低碳发展带来了全新方向。在此基础上,还结合施耐德电气强大且多样化的数字化技术和分析工具,挖掘数据价值,并适应不同应用场景和环境,为客户带来更多收益。 施耐德电气非常注重研发创新,也一直在引领行业技术变革。全新无六氟化硫中压一次充气柜GM AirSet便是最佳实践之一。通过使用干燥空气代替六氟化硫气体作为绝缘气体,结合数字化功能,使用户能够更加安全、可持续地利用数字化技术解锁数据价值,并有效控制碳排放和成本。 开启无六氟化硫中压配电新时代 空气是最佳的绝缘气体,施耐德电气已经成功研发出面向未来的无六氟化硫的气体绝缘开关设备技术。施耐德电气全新无六氟化硫中压开关柜设备于2019年6月召开的国际供电会议上首次亮相。在2019年12月举办的粤港澳大湾区电力创新高峰会上,施耐德电气携两款应用无六氟化硫技术的中压环网柜RM AirSet和中压一次充气柜GM AirSet亮相,受到业内追捧。 从20世纪60年代开始,气体绝缘开关柜已经广泛应用于变电站、配电站、基础设施、工业、交通行业、水处理等众多领域。我国正在构建清洁低碳、安全高效的能源体系,随着我国城市电网建设推进和改造,不少行业对开关设备提出了小型化、智能化、免维护、绿色环保等更高要求。 据统计,全球每年大概有一万吨左右的六氟化硫被用在中低压电气设备中,大概相当于等量16%全球汽车排放的温室气体,相当于235万吨二氧化碳的排放量。无六氟化硫时代的到来,无论是对我国智能电网建设还是打赢蓝天保卫战都具有特殊意义。 事实上,2019年12月,施耐德电气已经携手法国格勒诺布尔配电网运营商GreenAlp开展无六氟化硫中压开关技术试点项目。GreenAlp在格勒诺布尔市生态区的一栋新建筑中试运行了全新无六氟化硫SM Airset开关柜。全新的无六氟化硫中压绿色解决方案解决了配电网管理系统在设备尺寸和占地面积方面的局限性,同时用干燥空气完全取代了六氟化硫气体。 环保性与数字化深度融合 作为面向中国市场的一款全新的无六氟化硫中压开关产品,GM AirSet兼具环保经济、安全可靠、灵活易用等多种品质。 除了采用干燥空气取代传统六氟化硫气体外,塑料及合成化工材料使用量小,所有材料均可回收,环保友好;严格执行电网公司统一技术要求,并实现高水准电气性能和安全升级,能确保内部燃弧故障下的人员安全;采用先进的全气体绝缘技术,能够适应污秽、凝露、环境湿度高等不同气候环境;设计紧凑、占地面积小、安装灵活方便等。 新型干燥空气绝缘技术替代六氟化硫需要很多技术创新,核心是真空开断和空气绝缘,如何将两种技术相结合,应用到无六氟化硫技术的方案中,施耐德电气做了大量的验证工作。施耐德电气攻克了安全可靠、绿色环保、成本优化、操作简单、性能验证五大挑战,这是作为新一代无六氟化硫解决方案最为关键的部分。目前,新型干燥空气绝缘技术在成本控制上已经达到了相当水准,这对于开关设备行业具有重要意义,也对该项技术能够应用在更多设备中至关重要。同时,全新的无六氟化硫开关设备还可搭载众多施耐德电气的数字化技术,可为用户解锁数据价值,带来更多收益。 作为中低压配电领域的专家,施耐德电气正以基于物联网的EcoStruxure平台,从互联互通的产品,边缘控制,应用、分析与服务三个层面,融合更多前沿技术进行创新,打造更完善的解决方案,赋能用户快速、稳健推进数字化转型,取得更加安全可靠、绿色可持续的价值。 据悉,施耐德电气也将于今年年中正式推出应用无六氟化硫技术的二次配电柜SM AirSet和RM AirSet,扩展无六氟化硫技术的应用范围。 链接:GM AirSet GM AirSet兼具环保经济、安全可靠、灵活易用等多种品质。除了采用干燥空气取代传统六氟化硫外,塑料及合成化工材料使用量小,所有材料均可回收,环保友好。 GM AirSet严格执行电网公司统一技术要求,并实现高水准电气性能和安全升级,能确保内部燃弧故障下的人员安全。它还有独特的零表压开断技术,可以确保在故障情况下运维人员的安全撤出。此外,完全满足五防联锁要求,每台设备气体压力可视,并可选择上传压力信号,降低了气体泄漏风险。 GM AirSet采用先进的全气体绝缘技术,污秽、凝露、环境湿度高等问题都不能伤它分毫。更不会产生相关故障,无论是在多雨潮湿的江南,还是在气候恶劣的高原都能胜任配电任务。 GM AirSet采用插接式技术,可快速安装。现场无需气体操作。而且它的电缆连接空间大、安装方式灵活,并可安装套管式CT,减少了二次接线,使操作运维便捷,符合电网用户的使用习惯,也大幅节省了人力成本。 GM AirSet设计简单紧凑,前面板完全对齐,外形美观,而且尺寸小,占地少,很适合于空间有限的改造项目。而且它扩展方式相当巧妙,可向两边任意扩展,能满足不同客户的需求。 GM AirSet拥有多种应用方案,涵盖了断路器柜、母联柜、计量柜、PT柜以及隔离柜等,还可配备各类综合保护装置,无论是在变电站和配电站、政府机关、石油化工,还是大型商建、轨道交通、海外总包等行业都可以大展身手,源源不断地配送稳定的电能。...
HVAC系统对于医院建筑来讲至关重要,适宜的温度可为医护人员和患者提供舒适的环境,而良好的通风系统则可保证医院的空气质量,这对人流量大且病毒种类丰富的医院场所来讲至关重要。 1.医院HVAC系统需求 (1)暖通空调能耗大 医院规模一般较大,所用设备对环境要求较高,HVAC系统的能耗也越来越大,成为典型的高能耗建筑。 (2)通风换气是提升空气质量的有效手段 如今,医院场所的空气环境与最基本的卫生要求相差太远,室内空气质量更是堪忧。通风换气是有效降低细菌浓度、改善室内空气质量的有效手段,医院感控管理要求HVAC系统提供解决方案。 (3)医技科室宜采用个性化空调方案 因各医技科室特征不同,针对每个区域都应做专项设计。影像中心多为大型设备,区域内不允许有水管进入,且设备发热量差异不可预估,宜考虑设计直接蒸发式空调系统,并考虑裙房安装室外机的场地问题。提前确定值班设备,单独设计空调系统,节能降耗。 (4)建筑物服务时间长 医院建筑连续运转,一天24小时不间断就诊,需要全方位、全天候为病人服务。 2.万可HVAC系统解决方案:通用、紧凑、经济的WAGO-I/O-SYSTEM 供暖和制冷应用的能耗占到楼宇总能耗的55%以上。智能自动化是高效利用功能性大楼中所用能源的唯一方式。智能自动化系统允许来自HVAC区域的测量数据通过快速、安全的通信通道进行分析,以实现能效、经济控制之目的。 万可现代自动化系统可便捷地将多种协议和接口集成到一套系统中——以满足大型应用的复杂要求。 WAGO-I/O-SYSTEM 750是应对上述挑战的理想硬件系统。楼宇自动化控制器可通过系统总线模块轻松扩展——从而使系统几乎可连接任意设备。借助万可软件包可轻松实现系统的配置、编程和可视化。 凭借优越的性价比、可扩展性能以及高集成度,WAGO-I/O-SYSTEM可更好的适用于面向过程的通信领域。 在管理层面上,楼宇自动化与成本控制和设施管理息息相关,它也是整体楼宇控制的关键组成部分。开放式协议将楼宇自动化与更高级别的功能相连。 万可还提供调试以及诊断软件工具,为项目开发和监控提供更好的支持。用户也可通过可视化界面访问管理层的每一个独立控制单元。 万可楼宇自动化控制单元可通过开放式标准现场总线(例如,BACnet IP、KNX IP或MODBUS/TCP)轻松高效地实现互联。标准化协议和快速以太网数据传输为各种楼宇技术与各个层面之间提供了具有互操作性并且面向未来的接口。 为此,万可提供多种解决方案,包括可通过连接2线制子总线系统(例如,DALI、BACnet、MS/TP、KNX TP1或LONWORKS®)的接口来直接控制标准传感器和执行器的模块产品,以及用来连接EnOcean或Bluetooth®等无线解决方案的产品。 3.基础软件开发和使用,轻松掌握 优越性概览: 1)即装即用; 2)节约系统调试时间; 3)标准化解决方案的重复使用; 4)通过开源宏指令实现定制化; 5)无需复杂编程。 万可HVAC的优势: 1)节约双倍成本:性价比高,降低运营成本; 2)国际认证; 3)易于使用的软件; 4)易于使用的程序(宏); 5)随时扩展和改造系统。 万可提供的软、硬件设备助力大型医院楼宇建筑实现高效HVAC系统控制,循序渐进打造出一个高效且具有成本效益的节能系统,其高效性与能源节约的潜力不可限量。  ...
当前,新一轮科技革命和产业变革深入融合、蓬勃发展,尤其是以人工智能、物联网、区块链、大数据为代表的新一代信息技术加速突破应用,深刻改变着能源电力和经济社会发展。 党的十九届四中全会将数据作为“生产要素”纳入分配制度,明确了数据要素按贡献决定报酬,把大数据的知识产权化和商业化使用提升到了新的高度。《工业大数据发展指导意见》中提出,到2025年,工业大数据资源体系、融合体系、产业体系和治理体系基本建成,形成从数据集聚共享、数据技术产品、数据融合应用到数据治理的闭环发展格局,工业大数据价值潜力大幅激发,成为支持工业高质量发展的关键要素和创新引擎。 1.南方电网数字化转型思路 南方电网公司董事长、党组书记孟振平表示,要推动公司向智能电网运营商、能源产业价值链整合商、能源生态系统服务商转型,在第四次工业革命和行业变革中赢得主动。要坚定不移推进公司数字化转型,促进公司战略落地,推动公司发展质量、效率、动力变革,做强做优做大国有资本,建设具有全球竞争力的企业。 南方电网公司发布的《数字化转型和数字南网建设行动方案(2019年版)》提出通过实施“4321”建设方案,即建设电网管理平台、客户服务平台、调度运行平台、且业绩运营管控平台四大业务平台,建设南网云平台、数字电网和物联网三大基础平台,实现与国家工业互联网、数字政府及粤港澳大湾区利益相关方的两个对接,建设完善公司统一的数据中心,最终实现“电网状态全感知、企业管理全在线、运营数据库全管控、客户服务全新体验、能源发展合作共赢”的数字南网。 2.安科瑞为南方电网数字化转型提供解决方案 安科瑞电气深耕用户侧能效管理多年,已逐渐完善了从电力物联网云平台到终端传感器的生态体系,同时积极参与泛在电力物联网建设,为国家电网建设“三型两网”提供解决方案,使用户在任何时间、地点、人、物之间实现信息连接和交互,产生共享数据,从而为电网、发电、供应商、用户提供数据资源服务,贯彻数字化转型以数据资源为生产要数。 2.1 变电所运维云平台 据南方电网提出的“4321建设方案”,其分别需建设电网管理平台、客户服务平台、调度运行平台、业绩运营管控平台四大业务平台,建设南网云平台、数字电网和物联网三大基础平台,安科瑞已在用户侧变电所运维提供解决方案多年,经验丰富,Acrelcloud-1000变电所运维云平台亦可在支持南网云平台的建设需求中发挥重要作用。 AcrelCloud-1000电力运维云平台采用多功能电力仪表、无线通信、边缘计算网关及大数据分析技术,通过智能网关采集现场数据并存储在本地,再定时向云平台推送数据。平台可同时接入数以千计的用户变电站数据。平台采集的数据包括变电所电气参数和环境数据,包括电流电压功率、开关状态、变压器温度、环境温湿度、浸水、烟雾、视频、门禁等信息,有异常发生10S内通过短信和APP发出告警信号。平台通过手机APP下发运维任务到指定人员手机上,并通过GPS跟踪运维执行过程进行闭环,提高运维效率,即时发现运行缺陷并做消缺处理。 变电所运维云平台功能一览 2.2 能源管理云平台 在南方电网向智能电网运营商、能源产业价值链整合商、能源生态系统服务商转型过程中,安科瑞可提供Acrelcloud-5000能源管理云平台解决方案,为南方电网的数字化转型及延伸提供帮助。 Acrelcloud-5000能耗管理云平台可适用于各个行业,如政府办公建筑、工厂、教育建筑、医疗建筑、商业综合体等,可通过局域网、互联网或者4G网络采集不同区域多个建筑或单位的用能数据。 平台采集建筑电、水、气、冷热量等能源消耗数据和光伏、风力、储能等新能源数据,对用能数据进行分析,按照区域、部门、用电设备类型进行细分,提供同比、环比分析比较和用能数据追溯,同时可以提供尖峰平谷各时段用能数据和报表,帮助用户梳理能源账单明细和制定能源绩效考核。 2.3 数据中心动环监控平台 近年来伴随着大数据分析、区块链技术、人工智能的飞速发展,全国数据中心规模亦在不断扩大,相关业务量飞速增长,对数据中心的运维管理也变的越来越重要。一旦基础设施系统出现问题,而没有及时地得到妥善解决,常常会给企、事业造成很大的损失。 在南方电网实时“4321”建设方案的过程中,数据最终都将围绕“1”来执行,一个安全、可靠、稳定运行的数据中心显得至关重要,Acrel-8000数据中心动环监控系统可为南方电网建设统一数据中心,打造运营数据库全管控数字化提供解决方案。 Acrel-8000动环监控系统是在分析了国内数据中心管理现状和需求研发而成。秉承以客户为中心、流程为导向的理念,实现对基础设施资源的管理,整合了人员、技术和流程三大要素,帮助用户以较低的成本提供稳定的服务,共同实现基础设施服务的目标。 平台同时可为电网变电站的动环监控提供集中化管理的解决方案,实时监测变电站环境参数,包括温湿度、漏水、视频、安防、消防等方面的功能需求。 2.4 边缘计算智能网关 安科瑞针对物联网应用开发了多款智能网关,采用嵌入式系统和边缘计算技术,现场采集和存储终端设备数据,并根据云平台的需要,采用不同的协议和云平台对接。所有数据采集、计算、异常报警触发逻辑均在网关就地设置,网络故障时数据存储在本地,网络恢复后补传数据,断点续传,提高数据可靠性。 2.5 适用于电网数字化转型的终端设备 针对泛在电力物联网的建设,安科瑞陆续推出多款物联网仪表,应用在不同场合以满足不同需求,包括有线/无线各类终端设备。 3.安科瑞解决方案数字转化的应用 电网企业数字化转型条件已经成熟,目前区块链、边缘计算、物联网、5G通讯等先进技术的综合运用,对大规模、低成本的数据开放共享和交易提供了解决方案。 区块链技术解决了数据容易被非法复制导致数据泄露的困难,充分保证了数据安全;边缘计算技术解决了数据传输过程中难以实现价值融合的难题,做到让数据“不出户”,又能确保数据融合;互联网和5G通讯解决了可以用低成本、低时延、低功耗、高吞吐量的方式稳定传输大数据的问题。 近两年来,安科瑞已经陆续参与江苏省部分县市电力公司的用户端能源管理平台、云南省网综合能源服务平台、上海嘉定区147所学校电力运维平台等相关平台的建设,提供了包括云平台、智能网关、终端设备等产品,各类用户端云平台在全国各地运行案例700多套,并且根据用户需求不断完善产品功能,上述项目是已有数字转化转型的一部分,安科瑞各云平台及解决方案将在未来继续为生产提供数据资源 。  ...
随着全球制造业迈入智能制造,企业以智能优化生产制造,提升企业市场竞争力,已是必然趋势。传统电子组装行业,贴片机上料防错、锡膏及湿敏元件在线使用管控、钢网使用次数统计等都是通过传统的人工作业方式,容易出错并造成品质不良,并且影响生产。此外,生产进度及库存状态无法实时掌握、设备/物料异常无法及时处理、设备参数需手动调整、信息不透明、贴片机无低位预警、焊点位置度测试/功能测试无SPC管制等问题也一直困扰电子组装业企业。 在面对少量多样的订单时代,市场的需求日益复杂,越来越多的电子组装企业发现,工厂目前的信息化水平很难满足多样化、客制化的需求,对企业精益化管理也带来极大挑战。因此,发展MES技术成为电子组装业推行信息化进程中举足轻重的一环。 台达DIAMES制造执行管理系统 以 IPO(Inputs/Process/Outputs)的方式,从前期准备(工厂建模、料卷/料枪/钢网/刮刀等条码化、物料 BOM 展开等)到执行过程监控(上料防错、治具使用寿命管理、即时数据收集、看板管理、自动化整合等),再到数据、报表的效益分析,进而管理,达到精益生产与持续改善。   台达最新解决方案:从诊断到元件管理都不用人员监管 台达为某领先精密光电薄膜元器件制造商提供了一套完整的电子组装业数字划工厂解决方案,主要通过台达 DIABCS整线自动化控制系统搜集所有设备资料与数据,上传 DIAMES 制造执行管理系统,实现制品管理、设备管理、质量管理、异常分析、预防保养等功能。方案并与 ERP、WMS 等系统整合,帮助企业整合计划、生产、仓储等环节,达到内部信息协同化与透明化。 针对表面粘着 (SMT) 制程普遍关注的重点, DIAMES的SMT模组提供相对应的解方,包含: 上料防错:通过扫描物料、料枪及料架站位条码,与系统中料站表作比对,一致则通过,不一致则警示;支持替代料的管控。 低位预警管理:实时获取贴片机耗料、抛料信息;当剩余数量低于设定的预警管控线时,触发低位预警,并通知仓库提前备料,实现 JIT (Just In Time)供料。 湿敏元件管理:设定湿敏元件等级代码及允许暴露时间;管控湿敏元件时效性,避免元件质量异常造成成本浪费。 治具管理:机种使用钢网/刮刀防错管理,提供追溯查询分析;钢网/刮刀使用次数记录,达到使用预警次数提示保养,超过上限次数,报警管控;领用、归还时提供治具量测功能,确保质量。 锡膏的全生命周期管理:计算回温时间,回温时间未到和超过进行报警或报废;开封以后开始使用,开封未用完的进行回存,并进行机种防呆校验。   全面整合工厂资源:提升效能、质量、生产力 面对全球智能制造浪潮,制造工厂转型刻不容缓。IT顾问公司 Gartner 曾分析,全球的联网物件数于“2021年将达到 250 亿”,接下来最大的技术挑战将是,面临“不同品牌设备,通讯协定各异”的数据整合难题。 台达DIAMES 成功扮演了智能制造承上启下的角色,将计划层与现场设备层无缝对接起来,执行 ERP 系统制定的生产计划,整合工厂内、外部资源,提升生产效率和管理执行能力,从设备层、控制层、管理层三层搭建智能工厂。 在实际上线使用后,台达 DIAMES制造执行管理系统的智能制造应用为客户带来以下效益: 提升生产力:低位预警,提前备料,减少待机时间;节省近半的备料周期工单完工清尾时间。 提升质量:实时的质量异常管制,掌握不良率状况,让人员持续追踪和管制不良品的处理;通过日本原厂稽核;达到0错料事故月发生率。 提升效能瓶颈:上系统后每颗镜头的检查时间缩短约50%,节省约75%的换线时间。 面对全球智能制造浪潮,制造工厂转型刻不容缓。通过信息整合与数据分析回馈,工厂能提升营运水平,达到降低成本、提高产值,同时积极与具备产业知识、实战经验的伙伴合作,根据自身工厂需求逐步转型智能制造,才是致胜的关键。  ...
一个典型的数据中心供电系统,由中压配电、变压器、低压配电、不间断电源、末端配电以及发电机等设备组成。其中,UPS的主要作用,是在市电电源中断、发电机启动之前,确保所带的负载持续供电,因此,UPS系统包含了储能设备,如蓄电池或飞轮;此外,传统UPS还具有隔离市电侧浪涌、电压骤升骤降等作用。 UPS系统是数据中心供电连续性的重要保障,UPS系统的可靠性直接影响数据中心的可靠性,同时,在绝大多数数据中心,UPS系统的损耗可占IT设备能耗的10%以上。因此,提高UPS系统的可靠性,同时降低其损耗,就成为数据中心UPS系统架构演变的主旋律。 1.传统UPS供电系统 目前,数据中心内应用最广的不间断电源还是传统UPS,它主要由整流AC-DC、逆变DC-AC和静态旁路3部分电路组成,DC母线上挂接蓄电池,输入AC正常时,经整流和逆变两次转换后为负载供电,同时为蓄电池浮充,输入AC中断时,蓄电池由浮充转放电,经逆变器为负载供电,对负载来说,感受不到输入端电源的中断。 (1)UPS设备的分类 从结构上看,UPS设备可以分为后备式、在线互动式、双转换在线式、Delta转换在线式等类型,其中前两种主要用于小容量负载(≤5kVA),Delta转换在线式技术受专利保护,因此,大型数据中心主要采用双转换在线式UPS设备。 传统的双转换在线式UPS设备采用可控硅整流,主要的问题是谐波电流畸变率(THDi)高(10-30%),转换效率低(85-92%)。 随着电力电子器件的发展,呈现出IGBT取代可控硅整流的趋势,IGBT整流的优势是取消变压器,因而降低了成本,同时有比较好的输入特性,在较宽的负载范围内,可以将THDi控制在5-10%之间,最大的好处是效率的提升,通常在87-95%之间。目前,IGBT整流型UPS的可靠性比可控硅整流型略低。 (2)UPS冗余设计 由于UPS设备结构复杂,因此自身容易发生故障,设备冗余可以提高可用性,UPS系统便有了N、N+X、2N、”市电+U电“等架构。 N系统满足基本需求,没有冗余的UPS设备。它的优点是系统简单,硬件配置成本低廉;由于UPS工作在设计满负荷条件下,因此效率较高。其缺点是可用性低,当UPS发生故障,负载将转换到旁路供电,无保护电源;在UPS、电池等设备维护期间,负载处于无保护电源状态;存在多个单故障点。 N+X并联冗余系统是指由N+X台型号规格相同且具有并机功能的UPS设备并联组成的系统,配置N台UPS设备,其总容量为系统的基本容量,再配置X台(X=1~N)UPS冗余设备,允许X台设备故障退出检修。相对于“N”系统,“N+X”系统在UPS配置上有了一定的冗余,系统可靠性有所提高,同时带来了系统配置成本的增加、系统负荷率的降低以及效率降低。N+X系统在成本增加不多的前提下提高了可用性,因此,在数据中心得到了广泛的应用,但是该系统在UPS输出端仍然存在单故障点,实际项目中由此造成的系统宕机屡见不鲜。 2N,为了消除单点故障,高等级数据中心通常采用2N冗余系统。该系统是指由两套或多套UPS系统组成的冗余系统,每套UPS系统N台UPS设备的总容量为系统的基本容量。该系统从交流输入经UPS设备直到双电源输入负载,完全是彼此隔离的两条供电线路,也就是说,在供电的整个路径中的所有环节和设备都是冗余配置的,正常运行时,每套UPS系统仅承担总负荷的一部分。这种多电源系统冗余的供电方式,克服单电源系统存在的单点故障瓶颈,对于少数单电源设备的情况,可通过安装小型STS设备,保证其供电可靠性。采用2N冗余系统可用性得到明显提高。2N冗余系统的缺点也非常明显,设备配置多、成本高,通常情况下效率比N+X系统更低。 “市电+U电”供电架构由百度提出并在其自建M1数据中心规模应用,它在N+1系统基础上做了改进,UPS设备配置不变,将服务器等双电源设备的其中1路改由市电直接供电,消除了单点故障,可靠性较N+1系统大大提高,同时,UPS系统的损耗降低为原先的50%。UPS系统整体效率提升至95%以上。UPS ECO模式带来了效率的提升,其代价是IT负载由市电供电,UPS必须不断监视市电状态,并在发现问题且当该问题尚未影响负载时,迅速切换到逆变器供电。这个听起来简单,但实际操作起来非常复杂并且需要承担很多风险以及潜在的负面影响。 2.高压直流(HVDC)不间断电源系统 尽管所有国家的市电都是交流,但是IT设备内部都采用直流供电,这就为直流供电提供了可能。事实上,通信行业采用直流48V供电已经有几十年的历史,电力行业也长期采用直流220V作为断路器等设备的操作和控制电源(直流屏)。 传统UPS设备存在效率低、可靠性差、灵活性和扩展性差、故障后不易修复等问题,所以业内一直在寻找替换UPS的方案。 现有主流的高压直流供电系统图,与通信行业48V直流系统架构基本一致。与传统双转换在线式UPS系统的主要区别,是取消了逆变环节,蓄电池挂接在直流母线,与整流器并联,同时为IT设备供电。由于直流电源拓扑简单,因此故障率较UPS有所降低,因采用模块化设计,可在线维护。 现有典型高压直流供电系统图 3.分布式不间断电源系统 UPS或HVDC通常采用集中式供电方案,集中式系统的优点是可以实现资源共享,降低成本,其缺点是系统故障范围大,影响面广。 UPS也有小型机分布式供电方案,但是多套分布式小型机系统与1套集中式大型UPS系统相比,小型机的数量多,故障点多,成本高,因此大中型数据中心不会采用分布式UPS系统。尽管有如上问题,但是对于分布式不间断电源系统的探索,从来没有停止过。 随着业内对数据中心能耗关注日益增强,国内近几年出现了一种新型的分布式DC240V电源设备,同样采用离线方案,市电正常时,直接输出市电电源,市电停电后,由内部锂电池提供DC240V输出。这种方案的优势是IT设备无需定制,只要兼容DC240V供电即可。其缺点是电源内部存在AC220V和DC240V的切换,系统可靠性降低;锂电池串联数量多,单只电池故障会影响系统的可靠性。从实际应用效果看,某互联网公司租用的数据中心一年中发生十几起电源故障,证明此架构还需完善。 4.未来发展趋势 过去,计算机作为一种非常娇贵的设备,双转换在线式UPS消除了市电电能质量问题,但带来了6-10%的电能损失以及其自身可靠性低的问题。 通过冗余可以提高系统可靠性,UPS发展出主备供电、N+1冗余并机、双总线、分布冗余等方案,相应带来的是成本和能耗的进一步增加。 为了避免UPS设备故障率高的问题,国内提出并已规模部署了直流240V电源系统,大部分IT设备可以直接兼容直流供电。 数据中心不间断电源系统架构呈现如下三种趋势: 第一,从在线到离线。UPS ECO模式、DC48V电池备用、DC12V电池备用、DC240V电池备用等本质上都是将电源离线,从而降低电源成本和运行损耗。 第二,从集中到分布。随着锂电池等新型储能设备的发展以及大数据时代服务器快速部署、灵活扩展的需要,不间断电源设备正在从集中到分布。 第三,未来数据中心供电发展的整体趋势是由高压/集中式/交流大UPS向低压/分布式/直流小UPS方向发展,由机房外集中式铅酸电池向IT机柜内分布式小(锂)电池方向发展,从化石能源向绿色能源方向发展。  ...
中国工程院院士陈立泉在《中国经济大讲堂》演讲时指出,中国锂电池研究并不晚,几乎和世界同步。1995年,第一块锂电池在中科院物理所诞生了,已达到世界先进水平。现在,中国锂离子电池产量已稳居世界第一。 中国锂离子电池产量为什么能够世界第一?这要从开始来讲起。 中国锂电池研究并不晚,几乎和世界同步。1976年的圣诞节之前,科学院派遣我到西德。那个时候德国还没有统一,东德、西德是分开的。我到西德斯图加特马普固体所进修,当时我很快发现他们全所上下都在研究氮化锂晶体的性能,我感到很奇怪,为什么大家对氮化锂这么感兴趣?当时才知道氮化锂是一个离子导电的材料,据说是一种叫超离子的导体,可以用来作汽车的电池。我听到这句话之后马上在脑子里想了一下,我是不是要改方向。 他们的研究所有个开门办所,有一天对社会开放,他们就把这个氮化锂,这一个类似于扣子似的小电池摆在桌子上,旁边放了一个铅酸电池。我一看,一个铅酸电池很沉,一个扣式电池很轻。我就想这个东西的确是很有用的,所以我马上就给国内所里打报告,我说我要改行,从晶体生长改到新的学科,叫固体离子学。大概一个月以后,所里给我回信,允许我改行。回国以后,科学院非常支持把这个项目给物理所,说应该给这个年轻人建个研究室,所以很快就成立了一个固体离子学实验室。这是当时国内第一个固体离子学实验室,也是物理所最小的一个实验室。我从事的工作就是锂离子导体和锂电池研究。 1991年索尼公司宣布产业化以后,物理所迅速跟进了。当时我们就在思考怎样能够迈出产业化的第一步。我们做研究的单位是把钱变成知识,如果投资的单位是把技术变成钱。怎么想办法能把知识变成技术,就是怎么能够衔接上,我们提出了一个思路,就说能不能想办法让研究单位往前走几步,让投资单位往前走几步,我们在“桥”中间会合。所以就找了一个投资方,1993年签订了一个A型锂离子电池的研究开发协议,投资方给的经费是10万元钱,同时更重要的是派了三个人来。这三个人当时对我们有很大支持,因为当时实验室我就一个硕士生,人手很缺乏。 很快1995年第1块锂电池就从中科院物理所诞生了。当时的这个手机叫“大哥大”,可能年纪稍稍大一点知道,“大哥大”就是像一个砖头一样的一个手机,当时拿个“大哥大”是一种身份的象征。A型锂离子电池就是“大哥大”的电池。中科院鉴定以后认为,当时这个水平达到世界先进水平,可以再进一步往下走,这就是当时我们在实验室怎么样从知识变成了技术,走出了这一步。 陈立泉院士指出,目前我国锂电池技术发展不错,这是学术界、工程界和产业界的合作,是研究院所和大学的通力合作,是高度的重视原始创新、基础研究和应用研究紧密结合,加快研究成果产业化进程的结果。 锂离子电池的发明肯定不是日本人,要不诺贝尔奖怎么是给两个美国人和一个日本人。所以说锂离子电池是日本人发明的这个话不完全对,可以说锂离子电池是日本人先产业化的,这句话是对的。 我们可以从这张图看得出来,日本人最早1991年宣布产业化,市场占有率是100%,然后一直往下掉,现在还在往下掉。连索尼公司都不做锂离子电池了,它的锂离子电池卖给了另外一个公司。韩国人跟中国人是往上走的,到2014年我们中国的动力电池、锂电市场份额已经超过了日本跟韩国,处于世界的第一位,现在还在往上升。 我们锂电池技术从目前发展的情况来看是不错的。实际上是学术界、工程界和产业界的一个合作,是研究院所和大学的通力合作,高度重视原始创新、基础研究和应用研究紧密结合,加快研究成果的产业化进程。 Goodenough(约翰·古迪纳夫)发现了普遍使用的正极材料钴酸锂还有磷酸铁锂,但这两种材料都有缺点。钴酸锂实际上只能取出0.5摩尔的锂,而磷酸铁锂实际上是个绝缘体,都有缺点。我们想办法找出它的缺点,然后通过理论计算和试验相结合进行了改性并且取得了专利权,这个专利权对于我们锂离子电池的发展起了非常重要的作用。 前几年比利时的五矿公司要到中国来收锂离子正极材料知识产权费,据说是一吨要收5万。做钴酸锂三元材料大概一吨的利润可能也不到5万,他们就到海淀知识法庭把我们告了,后来中国的做正极材料的企业联合物理所和他们庭外和解,因为我们有这个专利,所以他们再也没有提要收专利费的问题。看得出来,不是我们的原创材料,但是我们做了工作,我们也申请了我们的专利,对于保护我们自己的企业是很有好处的。 第二个例子就是磷酸铁锂。它是个绝缘体,我们通过理论计算,它是个一维的离子导体,如果说你在锂位掺上铬这种大的离子的话,就把这个锂的通道堵塞了,这样是不行的,没法用。后来就有人又提出来一个在铁位掺钠。铁位掺钠的时候,颜色变黑了,电导率也提高了几个数量级,它的离子电导率和电子电导率都挺好。所以法国和德国科学家认可这个工作,这是唯一的一条可行的路,打破了国外的原始专利对磷酸铁锂材料的垄断。这样才有我们现在各锂电池企业在相当大量地使用磷酸铁锂材料,不受国外知识产权的影响。 从这两个例子可以看得出来,虽然我们没有做原始创新,是我们给它改性、再创新了,也是非常重要的。 刚才讲的是两个正极材料,那么现在我讲负极材料,这是我们的原始创新了。清华大学很早就申请了天然石墨做锂离子电池负极的专利。两年前,它申请了国家的发明奖,这个发明奖就等于是承认了我们用天然石墨做锂离子电池的负极是我们的知识产权。光有石墨还不行,石墨的容量是比较低的,372毫安时每克。硅的容量实际上是相当高的,那么硅能不能够作为锂离子电池的负极呢?1999年我就做了这个工作,申请了第一个专利。所以国际上第一个硅作负极的专利是我们申请的,这个是美国人也承认的。但是你要把它用上,还是相当困难的。从几百毫克到几百公斤,用了17年的时间,这17年我们走的路从文章变成技术,然后变成产品,变成市场。 我们现在的原材料基本上是已经国产化,进口的量已经相当少,同时我们的设备绝大部分也都是国产化的设备,更不用说员工的技术,现在基本上都是我们自己培养的技术。 自从发现了电以后,人类就一直在想方设法把电储存起来,于是有了电池,而科技的进步,让电池的蓄电能力越来越强。随着锂电池、太阳能电池等新型动力电池的问世,电池技术已今非昔比。尽管现在锂离子电池的应用占据着绝对优势,但是有不少企业和研究机构已经在探索电池产品新的未来,钠离子电池、氢氧燃料电池、固态电池等等新概念电池纷纷进入大众视野,那么,谁才是未来的终极电池? 中国工程院院士陈立泉指出,发展固态电池,一定要有属于中国自己的创新,这样才能为实现电动中国的梦想奠定基础。像钠离子电池、铝离子电池、镁离子电池、锌离子电池的研究现在都应该做,只要我们能够抓住时机不放弃,是有机会走到世界前头的。 现在的锂离子电池是液体电解质,那么能量密度已经基本上到了极限,大概300瓦时每公斤或者350瓦时每公斤,已经到了极限。那么安全性问题时有发生,由于它一个能量密度有限,一个安全事故会发生,所以这样我们要考虑固态电池。 固态电池它是什么呢?现在我们用的是锂离子电池,更全面一点包括像镍氢电池、镍镉电池、铅酸电池这些都是液态电解质的电池。固态电池可以做得跟锂离子电池一样,只不过把电解液换成是固态。它是固态,就是里头不含液态或者液态含的很少。固态电池实际上不是一个新的东西,“六五”计划、“七五”计划我们就将固态电池列入重点课题,那么科技部也是第一个把固态电池这个课题列为重大项目。固态电池的关键就是要研究固体电解质材料,固态电池它的负极是用金属锂。中间这个电解质是固体,固体电解质不是液体,那么正极可以用不含锂的正极材料,也可以用现有的这种正极材料。如果说能够找出来不含锂的正极材料,或者说容量更高的,我们就可以做出能量密度更高的固态电池,那么它的能量密度就可以大于每公斤500瓦时,那么它安全事故可以大大减小。 实际上固态电池不是说没有短路的那一天,如果固态电池有短路那一天它会不会燃烧?金属锂在空气里头可能起某种反应,但是它的量比较小,它不会爆炸,所以安全性应该说是比现在的锂离子电池应该要安全。 固态电解质基本上我们中国人没有原始创新,比较少。既然要发展固态电池,一定要有我们的创新。常见的聚合物的材料就这么几种,PEO (聚环氧乙烷)、PP0(聚环氧丙烷)、PAN(聚丙烯腈),它们的室温离子电导率都比较低。最近青岛能源所崔光磊做了一些新的工作,他可以室温下做到10的负4次方西门子每厘米,他的电池也用上了,所以应该说有新的进展。米歇尔·阿芒德听到崔光磊的报告以后,第二天就给我发个E—MAIL,说看来中国人再一次走到了世界的前列。最近新引进的一位王雪峰博士,物理所把他引回来了,他把锂离子电池和锂氧电池混起来,他是用什么?用硫化钼作正极,二硫化钼它可以插锂进去,也可以插氧进去,形成一个新的化合物。混起来以后,它容量是相当高的。这个工作我们在物理所也申请了专利,所以这是新的一些思路,将来会对固态电池起作用。 所以我希望通过固态电池的发展来使我们国家能从跟跑、并跑一直到领跑。能够使世界市场占有率第一位的位置我们能够保持。要保持这个第一位地位的位置,我想对目前的锂离子电池的工作我们不能放松,就是有很多创新的工作、创新的成果我们要往产业化走。 日本人Kanno(菅野)我很佩服他,他一直坚持固体电解质一直没放,我觉得日本的这一点我们是值得学习的。我们的固态电池研究工作从锂离子电池开始就基本上都放掉了、停掉了,但是现在,只是现在我们又回过头来重新去做。我觉得重新去做也不晚,我们还可以,实际上还可以赶得上,从目前的趋势来看我们还是有优势。所以锂电池的工作,无论是锂电池也好、固态电池也好、还是液体电解质电池都是应该是有很多工作要鼓励创新的。除了这个以外,其他电池一定要做,比方说钠离子电池,你别看现在大家做锂离子电池都是信心满满,但是全世界开的车都用锂离子电池的话,实际上锂是不够的。昨天米歇尔·阿芒德也给了一个数据,就是说全世界10%的电动汽车都用电池来开的话,它大概需要多少电池 ?60多亿吨还是多少,量是相当大的。这样的情况下,一定要发展像钠离子电池这一类资源比较丰富的电池。另外铝离子电池、镁离子电池或者是锌离子电池这些实际上也应该做的,特别是有些工作是我们有优势,是我们在先的。 钠离子电池是我们有优势,第一辆低速电动车是我们演示的,第一个100千瓦的电站是我们演示的,然后就像锌离子电池的专利,人家也承认是中国的首先的专利。现在我们正在做锂的或者镁的固态电池,我觉得这些东西的话大家都是从头做起,我觉得是我们只要抓住时机能够不放弃,应该说是有机会走到世界前头的。 氢氧燃料电池不是电池,它实际上是个发电装置。就是说你有了氢了,我通过它加上氧我可以发电、产生电,它是个发电装置,不是电池。但是氢氧燃料电池我们一定要研究。氢它没有矿,它不像锂,锂有锂矿。中国的这个锂的资源虽然是没有南美洲那么多,但是我们还算是锂资源比较丰富的国家,但是氢你没有。你将来氢从哪儿来?有人说你电解水制氢呢?那当然是可以电解水制氢,大家都可以电解水制氢,但是电解水制氢要什么?要电。你有了电,以电解水制氢,然后氢你再把它装瓶也好,把它液化,最后你再把氢又用氢氧燃料电池去发电。就是说开始是电,最后还是电,你都是用这电去开车。 如果说能够解决太阳能光解水制氢这个问题,那么将来我们氢氧燃料电池的确是大有希望。氢氧燃料电池我们要研究,但是要大发展,就是说它要去取代锂离子电池的这个地位,不是近期的事情。    ...
在当前日趋激烈的市场竞争中,建设智能工厂成为企业实施差异化竞争、提升自身市场竞争力的重要途径之一。南自自动化在企业现有的基础上,结合多品种、小批量和离散型制造的生产特点,建立了具备自身特色的数字化、自动化、网络化和精益化制造系统,在行业内起到了标杆引领作用。   顺应新趋势,把握新需求 1. 行业发展新趋势 伴随着中国电力制造业发展步伐的不断加快,中国电网也得到迅速发展,特别是智能电网建设已成为我国电力建设的主要方向。我国计划2020年全面建成统一的坚强智能电网,初步实现建设世界一流电网的目标。作为电力行业二次设备的主要制造商,面对激烈的市场竞争格局,同时为了不断满足包括电力、工业等应用领域在内的快速发展的市场需求,迫切需要应用自动化和信息化技术对传统工厂进行升级改造。 高端、精密且技术密集、集成化的智能制造装备,有效缩短了产品研发与生产周期,大幅度提高了产量和质量,支撑了更加严格的生产安全与可追溯性要求。智能工厂是实施智能制造的基础,智能制造具有以智能工厂为载体、以关键研发与生产制造环节智能化为核心、以端到端数据流为基础和以网络互联为支撑等特征,能够有效缩短产品研制周期、降低运营成本、提高生产效率、提升产品质量和降低资源能源消耗。在当前日趋激烈的市场竞争中,智能工厂的建设成为企业实施差异化竞争策略、提升自身市场竞争力的重要手段之一。 2. 企业发展新需求 由于传统制造业过多的依赖人力进行生产,因此收集完整、可靠的数据化信息非常困难,同时人为因素也造成了质量的不可有效控制和追溯,直接影响了企业的竞争力。用智能化生产系统代替人工劳作,一方面帮助企业节约了劳动力成本,另一方面则促使企业将节约的资金投入到提高全要素生产率的领域,进而推动生产管理、人力资源管理及信息化管理等的转变和创新。 作为电力设备制造商,南京国电南自自动化有限公司(以下简称“南自自动化”)在多品种、小批量和离散型智能制造行业中,面对的市场竞争格局越来越为复杂,不仅需要面对激烈的国内竞争,同时也参与到了国际竞争当中。为此,企业迫切需要应用信息化、网络化、自动化和智能化技术对传统工厂进行升级改造。 建设电力装备智能制造项目被南自自动化视为超越竞争对手、取得成功的关键。该项目是将信息技术与制造技术深度融合的对标项目,充分体现了数字化、智能化制造的行业发展方向。 电力装备智能制造解决方案 针对电力产品多品种且小批量的生产模式,南自自动化自主设计了生产工艺流程,通过校企联合开发NEW MES系统,构建了车间的数字化制造平台,实现了制造数据管理、计划排产管理、生产进度管理、库存管理、质量管理和工艺文件管理等,同时通过智能设备的互联互通,实现了全生产过程中的数据采集,有效降低了生产成本,在确保按期交货的同时,还大大提高了产品质量和服务质量。 1. 打破信息孤岛,实现系统集成 为了解决日益突出的“信息孤岛”问题,南自自动化将3套信息服务系统——ERP、MES和条码系统集成为NEW MES,如图1所示,实现数据采集和资源共享。NEW MES系统被定义为位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系统,它为操作人员和管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源(人、设备、物料和客户需求等)的当前状态,目的是解决工厂生产过程中的黑匣子问题,实现生产过程的可视化、可控化。 图1 NEW MES信息流图 NEW MES系统直接指导生产一线的操作工人、生产线和库房的管理人员,通过手持PDA或条码扫描枪进行操作,数据通过覆盖整个园区的无线网络传递到NEW MES服务器,NEW MES系统将数据处理后,再传递到ERP接口,在ERP中实现物料转移和财务核算。NEW MES系统上线投入使用后,实现了对计划、生产过程、质量、工艺、库房、设备和资料等的信息共享和统一管理。 NEW MES系统体系架构如下: (1)计划管理 计划管理主要包含从ERP导出插件、装置和屏柜的生产计划,生成配料计划,制定作业计划,进行挪料管理和BOM查询等。 (2)非标管理 非标管理主要针对非标准化的生产过程,如新品、变更以及产品技术和参数更改需要完成的各种处理。非标管理中的大部分功能在现有MES系统中都已具备,新系统中将结合条码和用户的新需求,对其进行整合,以提高系统的运行效率,满足生产管理的需要。 (3)工艺管理 工艺管理是本系统中最为复杂的部分,需要跟踪到生产过程中的每个工艺流程。在这个过程中,从工单被制定了作业计划后即产生条码,条码可以定位到每一个插件、装置和屏柜,将来还可以追溯到每个元器件成品。 在生产流程控制中将条码与转序结合,在插件生产中让条码驱动转序,并且要在需要扣料的工序为ERP生成接口数据,便于ERP中实现物料扣除。 (4)条码管理 条码管理模块可以生成、打印元器件、插件、装置、工业交换机屏柜和外购设备的条码,还可以识别作废的条码和报废的插件。 (5)合格证管理 该模块对出厂产品实现合格证的电子化管理,使每一个出厂产品都有唯一的合格证ID,并且通过打印方式出具合格证,有效地避免了外部产品的仿制和假冒问题。合格证管理模块包含了生成合格证、变更合格证、打印合格证和作废合格证功能。 2. 利用信息化技术,实现生产过程自动化、智能化 通过信息化改造,建立NEW MES系统的仓储物流、计划分析和产线生产模块,可对物料进行齐套分析、信息化派工。仓储、物流和产线可通过各智能终端获取并传递生产信息,施行齐套下单、配料上线、信息化派工及生产,减少物料缺项及纸质信息传递的等待和浪费。图2所示为NEW MES生产功能流程图。 图2 NEW MES生产功能流程图 3. 自主开发智能测试系统,大幅提高生产效率 南自自动化自主开发了PCBA在线式自动测试系统(如图3所示)和IED装置的自动化测试系统(如图4所示),并集成到生产线,对产品进行在线测试,替代了原有的手工模式。通过扫描产品条码,实现了自动选择相应的测试程序,对产品进行耐压、功能和在线老化测试,同时各测试步骤间还具有防错和追溯的功能,测试效率提高200%。 图3 自主设计的IED自动测试系统 图4 自主设计的 PCBA自动测试线 整个测试系统在条码信息采集时用数据库记录并管理产品的序列号和测试信息,并定期发送到NEW MES服务器端以便工作人员查询产品的条码、测试结果和一次通过率等信息。在条码信息采集阶段,数据库将产品的各组成硬件的序列号及运行所需软件的版本号和产品自身的序列号进行关联,使得在测试过程中测试软件依据输入的产品条码信息即可判定产品的种类,选择相应的测试序列来对产品进行测试,避免了人工干预可能造成的错误。各测试环节中还加入了反查功能,即在进行当前的测试时会检索前一个测试环节的测试结果,检索不到则无法进行当前测试以保证每一台产品都经过严格测试。 自主开发的机器人智能化进料检测系统(如图5所示),测试数据实时上传NEW MES服务器。该系统由上位机主控软件系统、机器人自动入料出料机构及软件系统、仪器仪表自动测试系统、PLC自动控制及软件系统等子系统组成,综合组成了一套完整的自动测试继电器动作电压等级并完成分类筛选的智能自动化测试系统,同时具备测试特殊规格继电器的微小吸合动作时间值的功能。该系统效率比手工操作提高300%,节省人力成本每年约30万元,大大提高了检测的精度与速度。 图5 自主设计的机器人智能化进料检测系统 NEW MES系统的特点及先进性 电力装备智能制造项目的核心是建设NEW MES系统。该系统是在消化吸收国外先进技术和生产经验的基础上,结合企业自身的生产特点和需求,研制开发出的智能化系统。项目实施后,南自自动化提高了生产效率,降低了制造成本,产品质量和可靠性得到显著提升,产品上市时间得到大幅缩短。这种引进和自研、自制相结合的方法与成功经验,在电力装备制造和相关行业具有较强的示范与引领作用。 1. 提高了IED生产线的生产效率,降低了运行成本 通过NEW MES系统驱动生产,解决了企业日益突出的“信息孤岛”问题。通过信息化改造,建立NEW MES系统的仓储物流、计划分析和产线生产模块,对物料进行齐套分析、信息化派工,仓储、物流和产线可通过各智能终端获取并传递生产信息,提高了IED生产线工作效率,优化了流水作业,最终达到缩短合同齐套交货期的目的,生产线整体效率提升50%,减少非增值时间的浪费3 h/天,大大降低了运行成本,可帮助企业每年节省约110万元的制造成本。 2. 促进生产工艺流程的优化,提升了产品的质量 混线生产施行预组装工序,消除了不同型号装置生产的工序差异,优化了生产节拍;适用的装配夹具,减少了装配不良现象的出现;皮带流水作业代替了原先的搬运传递,大大降低了外观的不良;由于手工操作存在着人为操作的因素影响,开发自动化测试机柜,逐步推广至各产线,减少并减轻了员工的劳作需求,同时提高了生产效率和测试质量。经过数据对比,产品的一次通过率由原来的92%提高到接近99%,产线不良品的返工大幅减少。 3. 实现数据的可追述性 通过与NEW MES系统互联,能够实时地将生产数据保存到服务器中,避免了人工记录带来数据的误差与出错,取消了原有的纸质保存记录,实现了数据的实时可追溯性。 4. 自动化测试设备提高了检测的效率和精度 自主开发了PCBA和IED装置智能化自动测试系统,并集成到生产线中,对产品进行在线测试。通过扫描装置条码,实现了自动选择相应的测试程序,对产品进行耐压、功能和在线老化测试,同时各测试步骤间还具有防错和追溯的功能,测试效率提高200%。 做产业升级的先行者 在现有的信息化和自动化的基础上,结合当前企业产品多品种且小批量的离散型制造的生产模式,南自自动化建成了具备自身特色的数字化、自动化、网络化和精益化制造系统,形成了从上游到下游的整合型服务体系,拥有低成本制造基地,帮助企业优化供应链、缩短产品量产和面市所需时间,同时降低了资本投入和生产成本,在行业内起到了标杆引领作用。 该项目建立了设备的唯一身份认证二维码,利用微信企业号中的服务管理中的扫码功能,可追溯该设备的版本、板卡及插件更换记录,给国网、南网乃至各大电厂将来的设备运行维护提供了必要的数据支撑,对系统运维将起到非常重要的支持作用。未来,我们还可以将系统的部分功能开放给用户,通过工业互联网技术,让用户可实时了解到产品全生命周期生产的情况。同时作为设备制造商,我们也可以监测到客户终端的产品运行质量数据,真正实现了与用户的对接。接下来,我们还要继续拓展NEW MES系统中高级排产模块(APS),结合车间资源实时负荷情况和现有计划执行进度,真正实现生产的敏捷制造。...
作为汽车制造业的合作伙伴,LMT TOOLS利美特与国际知名车企保持着长期的合作关系。凭借几十年来在汽车零部件加工领域积累的丰富经验,LMT TOOLS利美特不仅可以为发动机、变速箱等复杂精密零部件提供创新、高效及可靠的专用刀具和加工方案。同时,针对电动汽车关键零部件的加工,LMT TOOLS利美特也已做好充分的准备。 精加工后的电机壳体 随着能源危机的出现,电动汽车应运而生并得到快速发展。从燃油汽车到电动汽车的转变标志着汽车工业及其零部件供应商的价值增值链在缩短,越来越多的车企开始向上游延伸。由于传统的发动机被替代了,电动汽车上机械部件数量大大减少,针对发动机缸体、缸盖、曲轴、凸轮轴和连杆等零部件的专用加工刀具的市场需求量逐年递减。 与此同时,电动汽车的出现又衍生了新的金属切削项目,比如对电机轴、电机壳体、电池托架以及新增加的各类模具的金属切削加工,其大部分零部件在满足较高的生产效率下,对加工精度和质量要求也更为苛刻。此外,轻量化对于电动汽车也非常的重要。其车身轻量化主要体现在新材料的应用及其结构设计、模具设计和相应的工艺制造技术上,这给刀具和机床制造商提出了新的挑战。 凭借几十年来在汽车零部件加工领域积累的丰富经验,LMT TOOLS利美特不仅可以为发动机、变速箱等复杂精密零部件提供创新、高效及可靠的专用刀具和加工方案。同时,针对电动汽车关键零部件的加工,LMT TOOLS利美特也已做好充分的准备。 用于汽车电机壳体精加工的多刃导条式铰刀 电机壳体主孔大直径的精密加工 电机是电动汽车的关键部件之一,主要由定子组件、转子组件以及零部件端盖和壳体等组成。 作为定子和转子组件之一的载体,电机壳体的加工尤为重要。电机壳主孔的孔径大小取决于定子的大小。由于电动汽车需要足够高的能量密度,所以转子上的线圈直径需要在合理的范围内。一般电动汽车中所用电机的定子直径至少在200 mm以上,这意味着电机壳体主孔直径大小也必须在200 mm以上。对于刀具制作来说,200 mm已经是大直径刀具。另外,驱动电机系统承担着把电能转换为机械能,通过一级变速齿轮,输出电动汽车所需要的扭矩和功率。为了把能量转换过程中的损失降到最低,电机壳体、电机轴和定子等组件等之间的配合必须优化到最合理的区间。在机加工领域,对于电机壳体的加工内容,特别是主孔和轴承孔的形位公差的要求特别严格。电动汽车电机的外形尺寸要求要尽可能小,质量要尽可能轻,功率密度要最优化,因此电机壳体在满足大直径的前提下,只有控制壁厚才能让质量变轻。 LMT TOOLS利美特的PCD螺旋刃玉米铣刀 综上所述,电机壳体具有这样的特征:精度高、直径大和薄壁易于变形。为确保加工精度,LMT TOOLS利美特采用导条刀具设计理念,刀具尺寸可达到微米级调节,支撑导条起到了支撑、导向和吸振的作用,导条的设计能够抵消深孔加工中的变形。 作为汽车制造业的合作伙伴,LMT TOOLS利美特与国际知名车企保持着长期的合作关系。针对电动汽车,LMT TOOLS利美特与保时捷公司率先开展了紧密合作。保时捷公司将其一款新型电动汽车中的电机壳体加工交给LMT TOOLS利美特,由其负责整套项目工艺、加工方案和刀具设计及制造。 根据电机壳体的加工特点,同时为了满足电机壳体主孔和轴承孔非常高的圆度、直径和圆柱度要求,LMT TOOLS利美特为保时捷公司制定了半精加工和精加工方案。半精加工采用多刃的ISO镗刀,其轴向和径向尺寸可以根据精加工要求进行调整,同时安装了PCD刀片,确保高效稳定的加工。精加工刀具采用多刃导条式铰刀设计,在满足较高的直径精度和形位公差要求下,利用PCD刀片高速切削的性能,再加上Z=4的多刃设计,可以在获得较高表面质量的同时,把切削效率最大化,大大提升了客户的生产效率。LMT TOOLS利美特提供的刀具和工艺方案,以超高质量标准完成了保时捷公司对精度和表面质量的苛刻要求。 薄壁且复杂的电池包壳体加工 LMT TOOLS利美特为加工各种不同类型的电池包壳体提供了具有最佳加工策略的相应刀具。LMT TOOLS利美特采用PCD刀片材料和油雾润滑技术的铣削工艺,可减少铣削力对加工质量的影响,确保了加工的经济性。例如,在加工某些轮廓时,最佳的方式就是采用用于大切除量切削的铣刀。在这里,最合适的就是选用LMT TOOLS利美特的PCD螺旋刃玉米铣刀,该铣刀具有超大正前角和最佳布置的容屑空间,与常规铣刀相比可使切削力减少高达15%。 LMT TOOLS利美特的PCD螺旋刃玉米铣刀的加工精度很高且十分耐磨,根据最新的生产技术制造而成。通过优化调整刀刃的几何形状和切削材料,刀具寿命得到大幅提高。更为重要的是,该刀具在加工轮廓时几乎不会产生毛刺。 针对轻型材料的加工方案 对于电动汽车而言,因为净增电池质量达到了300 kg以上,因此对轻量化的需求就更加的迫切。目前,电动汽车轻量化最重要的途径就是使用轻量化材料,工程塑料和复合材料成为汽车轻量化的首选用材。 LMT TOOLS利美特拥有40多年开发工程塑料与复合材料切削技术的历史。作为切削刀具的专家,LMT TOOLS利美特致力于为客户提供适合应用和工件材料要求的刀具。秉承全球合作的传统,LMT TOOLS利美特已将旗下关于复合材料的加工进行整合,从而能够提供更为广泛的面向复合材料的加工刀具,例如面铣切削、成型切削、锯切、铰削、雕刻、钻削与精密孔加工等。为了满足被加工材料多层次的技术需求,LMT TOOLS利美特在切削刀具材料方面为用户提供了一个很大的选择范围:无涂层的整体硬质合金、PVD与金刚石涂层、PCD或MCD金刚石等。...
智能的雄克(SCHUNK)电池组机械手为锂离子电池的生产带来了效率优势。这款智能机械手在一个紧凑的模块中结合了对锂离子电池的灵活搬运、识别以及100%质量检验。几何形状、温度和电量水平方面的所有已记录过程数据和特性曲线均采用在夹持模块等级所集成的PC系统进行处理,并将处理后的信息通过以太网TCP/IP送至工厂控制器和上级数据库系统。 智能的雄克电池组机械手能够在搬运过程中测定所有与质量相关的锂离子电池的几何和电参数 锂离子电池因其较高的效率和储电能力,是实现电动出行和固定储电领域技术的重要组成部分。密集的研发活动使锂离子电池的性能得以快速提高,充电所需时间也大幅缩短。但同时,每个电池组的收益也以每年20%的速度递减。目前,受制于人工操作部分,想要以成本经济的方式大批量生产电池组依然十分困难。例如,从发出单个锂离子电池进行成组工序,到电池包的组装,整个过程仍大量由人工借助测量设备完成监测工作。这一工作耗时巨大,并且操作失误往往会带来海量的错误测量结果数据。预计未来几年行业将会出现需求的快速增长,因此,这一过程必须彻底自动化。 自主监控所有相关参数 主监控所有相关参数为达到这一目的,抓取系统和夹持技术的专家德国雄克公司已经研发出了一款高度集成的抓取系统,能够主动利用其“最靠近工件”的接触位置,自主完成搬运和质检所需的全部生产步骤:机械手轻柔地夹起菱形的锂离子电池,在搬运过程中将其移动到机械手设定的测试位置。 在这里,利用条形码或矩阵码对电池自动进行识别和几何测量。同时,还测定电池表面的温度和曲率,以及其他的重要电参数:用于确定电量水平(SOC)的开路电压,以及隔离电阻、两频率下的阻抗,以确定电容量。利用在抓取模块等级集成的PC系统,可实时将已准备好的信息通过以太网TCP/IP发送至工厂控制器以及ERP系统和上级数据库系统。之后,可自动对出错或有误差的模块的评估情况进行记录,并在必要情况下直接发送到供应商处。这些数据曲线在可视化系统中相互独立地予以显示。利用对测量数据的分析,可获得产品信息以及改进建议。当内部集成质量检验功能完成后,机械手便会将模块生产中的电池组放入正确的生产线上,或将电池组插入到制造商的分配托盘中。而不合格产品会被自动移除。 高效电池组装配:雄克抓取系统实现了电池模块的自动化捡取和堆叠,实现了快速组装过程,具有较高的过程可靠性 模块化概念简化了过程规划 雄克的电池组机械手可通过标准接口与多种类机器人或龙门系统组合,由数字I/O驱动。得益于模块化概念和自由可配置的控制回路,能够单独定义每个测试程序的类型和范围。此外,还可按要求集成额外的测量和评估。模块化的传感器概念和可配置的控制回路确保了极高的灵活实施可能性。峰值工况下,节拍时间甚至可小于2 s。 智能自动化促进高效的电池生产 智能抓取系统,例如雄克的电池组机械手,为自主生产提供了可能性,在多个方面为未来的生产做出了重要的贡献:完全集成的方案降低了整个系统的成本,不再需要额外采用测量计数,还降低了空间要求和调试需求。从每一块生产出的电池组所获得的测量报告结果,能够提供多种有价值的信息,以便能够设计出更为高效的系统,以及在早期就对生产过程中出现的误差进行干预,从而降低成本。尤其是在电池生产中,类似雄克电池组机械手的智能一体化解决方案,对于提高电池生产的工艺质量和大批量生产的效率有着十分关键的促进作用。    ...
从手动工具,到气动工具,再到有线电动工具、无线电动工具和自动装配系统的过程,从以往传统汽车的装配过程进化史中,我们看到,科技的创新不仅改变了传统燃油汽车的生产制造,也对电动汽车产生了深远的影响。现在,动力电池作为电动汽车的重要零部件,已经走在了汽车工业创新装配的最前沿。 在交通运输领域,车辆的电动化已逐渐成为一种潮流。电动汽车利用来源多样化的电能取代传统的化石能源,不但可以显著提高能源转化效率,而且有助于减少温室气体排放、改善空气质量和降低噪声污染。此外,车辆的电动化还能提高国家的能源安全性,实现可持续发展,符合多种政策的要求。作为汽车行业中最具创新性的产业集群之一,电动汽车还具备增强经济和产业竞争力的巨大潜力,提高投资吸引力。 近年来,电动汽车市场在不断扩增,国家政策对电动汽车的扶持力度和汽车产业在电动汽车业务上的扩大投入都表明:这一趋势在未来10年内不会减弱。作为纯电动汽车的“心脏”,动力电池直接决定了车辆的安全、寿命和性能。随着电动汽车的普及,不仅其应用范围和数量不断扩大,单只电池的能量也越来越高,在动力电池能量密度和性能不断提升的过程中,安全性也成为备受关注与争议的话题。 由于动力电池多为锂电池,其对温度和安全防护的要求极高。因此,锂电池的装配安全是电动汽车装配环节的重中之重。 动力电池装配的关键流程 动力电池系统是一个复杂的系统,包括电池管理系统、外壳部分和众多的电池模组。电池包由多个模组组成,每个模组又由多个动力电芯串并联组合而成。电池管理系统,对电池进行监控和管理的系统,通过对电压、电流和温度等参数的采集、计算,进而控制电池的充放电过程,实现对电池的保护,保证电池组正常且安全的工作。 动力电池包的装配主要是对多个模组进行排列、紧固,检测接线盒。在装配过程中,有很多工位都涉及到安全连接,这些装配过程直接关系到整车乘员的安全。 动力电池包的关键装配流程具体如下: 1. 高低压连接器的装配 电池包或者BMS上分布有很多高低压连接器,这些接口的装配都是安全件,需要收集数据反馈,必须使用传感器式工具;接口拧紧时通常都是单手持工件,单手持工具,因此最好采用枪式工具,握持拧紧最为方便;扭矩范围不大,易选用紧凑型的工具。 2. 高压线束的安装 电池包内有总正总负的高压线束需要连接装配,模组充上电时,这部分连接的电压高达数百伏特。通常工位地面都会做绝缘处理,为高压防护工位。除此之外,在装配上也需要做绝缘处理,这部分工位的绝缘处理不仅影响着电池的安全,更影响着操作者的生命安全。 3. 高压铜巴的连接安装 高压铜巴用于连接模组之间的导通,电流大且使用密集,装配复杂,作为电池导通的关键结构,装配安全同样至关重要,装配的疏忽很有可能导致电池发生短路。 4. 模组安装 电池包由多个电池模块组成,电池模块的装配要求松紧度适中,各结构部件具有足够的强度,防止因电池内部外力的作用而发生变形或破坏。电池模组又由多个动力电芯串并联组合而成,电池模块的装配需要将电池模块固定在铝制箱体里,一般使用长螺栓穿过模组固定到箱体底部的螺母上;也有电池包为了节约空间,采用双层模组的形式,会有安装模组支架用于固定上层模组。 5. 上盖安装 为了减重,电池包通常采用铝制壳体。电池包铝制壳体上盖和下箱体之间通过数十个螺栓连接装配,螺栓数量多且分布规则,拧紧方向都为垂直向下,在装配时需要顺序拧紧,保证上盖拧紧应力分布均匀。 动力电池的装配重难点及解决方案 从动力电池的关键装配流程可以了解到,动力电池的装配重难点主要集中在以下几方面: 1. 过流件问题 动力电池中有很多部件在装配时或者装配之后会通过电流,称之为过流件。这些过流点通常为接线端子,接线端子未锁紧,会造成端子连接处的接触不好,有较大的接触电阻,相当于在回路中串接了一个电阻。由于这个电阻的存在,在流过电流时,此处将发热;流过大电流时,接线端子上会有较大压降,此处会过热,有可能烧毁接线端子。 据此,建议使用传感器式电动工具,实时监控拧紧过程曲线,保证装配接线端子达到正确的扭矩,防止假贴合、假扭矩等情况发生。 2. 绝缘问题 电池模组在生产工厂中会进行充放电,安装和更换模组一般也都是在带电情况下进行操作。因此使用手持式有线工具就存在导电金属导通,最终形成回路的风险,电势差经由螺栓到拧紧工具,再到控制器,人手持着工具也会被串联到回路中。这种工况存在着很大的风险,因为在400~600 V下产生的短时电流就可以让人致命。而电池包的装配中存在着很多装配位置会有高达几百伏特的电压,在这些位置的螺栓装配时,绝缘的处理尤为重要。 因此在使用电动装配工具时,为了预防人员伤害,杜绝环境的危害和产品责任案件,严格遵循工具使用的绝缘要求非常重要。通过可靠且正确的方式使用装配工具能为生产提供安全、高效的装配解决方案。 图1 Desoutter电动工具 如图1所示,Desoutter电动工具给出了专业的绝缘工具解决方案,工具采用专为电池包设计的绝缘输出头:绝缘输出头完全内置集成,防止错用常规套筒;保护操作者,防止放电打火;通过国际电工委员会认证(IEC),有效绝缘电压高达1 000 V/AC和1 500 V/DC。 图1 Desoutter电动工具 3. 残余扭矩问题 在电池包的装配中,上盖工位、连接器装配工位等特别容易出现扭矩衰减的问题,主要是由于连接的位置安装有弹性材料、密封件等导致,所以在装配的时候要尤为注意螺栓拧紧的先后顺序,并需采用多段不同的螺栓装配拧紧速度,从而缓解螺栓的扭矩衰减。必要的时候还可以选用数显扭矩扳手检测螺栓的残余扭矩来进行质量的管控。 如下表所示,针对于不同的扭矩衰减产生的原因,会采用不同的方式缓解。 表 残余扭矩产生的原因及解决方法 产生原因 解决方法 被装配件的表面粗糙度:材料变形─局部嵌入 尽量避免部件的表面粗糙度过大,选择表面粗糙度较小的零部件 弹性连接材料:尤其是塑料或密封件 1. 降低最终拧紧的速度 2. 分步拧紧,如分步骤设置目标扭矩 3. 使用“拧紧+反松+最终拧紧”的方法 过快的装配速度、不合理的装配动作 1. 选用合适的工具 2. 多轴同步拧紧 3. 按照拧紧顺序来拧紧 其他:如装配过程中的温度 1. 避免不合理的摩擦 2. 避免热膨胀系数不同或相差过大 4. 拧紧顺序问题 电池包上盖等大平面的零部件拧紧装配时需要保证应力分布均匀,因此会有拧紧顺序要求。通过控制拧紧螺栓的先后顺序,保证应力分布得尽可能均匀,同时这也能从一定程度上缓解扭矩衰减的发生。 通常,工厂里常用的拧紧顺序控制是采用人机工程学的力臂通过编码器来实现对位置点的控制。这种方式比较常规,但是对于电池包上盖的螺栓定位并不是最优解,因为电池包上盖通常尺寸范围比较大,用力臂覆盖布置会很困难,人员操作也很困难,且容易有覆盖死角。在此,Desoutter专门为电池包上盖螺栓顺序拧紧定位设计的视觉定位系统能完美解决这一问题,视觉定位系统由红外摄像头实现三维坐标定位,定位精度高且稳定性好,安装操作十分方便。同时,它还能完美地与Desoutter的装配工具进行集成。 未来动力电池装配技术的展望 现在,动力电池作为电动汽车的重要零部件,已经走在了创新装配的最前沿,我们用到了很多的电动有线工具和无线工具,这些工具能很好地适应动力电池的装配工况,帮助动力电池这一关键部件实现全装配拧紧数据的可靠追溯。特别是无线电动工具(如图2所示),针对于动力电池扭矩不太大,产品操作范围较大的情况,能很好地兼顾便携灵活性与高性能的表现。 图2 无线工具智能拧紧中枢 除此之外,自动化的装配系统(如图3所示)也在动力电池的装配中得到了广泛的应用,从电池包的上盖到模组的装配,自动化的装配系统帮助客户提高了防错等级,提高了产品的装配质量,加快了生产节拍,节省了人力资源,为动力电池乃至电动汽车走向智能制造往前迈进了一大步。 图3 集成了送钉与拧紧的自动化装配系统...
在政策和市场的驱动下,我国新能源汽车和动力电池产业近年来迎来了新的发展契机。作为新能源汽车的核心部件,动力电池智能制造的步伐一直走在整个产业的前端。智能制造可以提高电池企业的产品质量,提高制造安全性,降低生产成本,对提升企业的整体竞争力有着重要的意义。智能工厂的规划建设是一个十分复杂的系统工程。   随着新能源汽车用动力电池市场的快速扩大,应用领域对电池的高安全性、高一致性、高合格率和低制造成本提出了新的要求,如果继续沿用过去半自动化、半人工的生产方式,产品将难以适应国际化竞争的需求。电池企业必须投入更多资源,通过技术创新、自动化生产和规范化管理,加快实现产业的转型升级。 2017年3月,工信部、发改委、科技部和财政部四部门印发关于《促进汽车动力电池产业发展行动方案》的通知,要求按照《<中国制造2025>重点领域技术路线图》的总体部署,加快形成具有国际竞争力的动力电池产业体系;明确将高端装备支撑产业发展作为5大目标之一:到2020年,动力电池研发制造、测试验证和回收利用等装备实现自动化、智能化发展,生产效率和质量控制水平显著提高,制造成本大幅降低。 智能工厂的规划建设是一个十分复杂的系统工程。如何实现智能化动力电池工厂的规划设计?本文从动力电池工厂的规划流程、总体规划及智能化设计理念三方面展开论述。 规划流程 1. 规划思路 电池工厂的规划设计一般分6个步骤进行,如图1所示。 图1 工厂规划设计步骤 目标产品定位,首先要做市场调研、分析,确定项目产品的应用领域,是乘用车、商用车、物流车还是专用车等,根据市场情况,确定项目的规模,预估产品的价格定位。 根据产品定位,进行电芯的产品设计,设计电芯的基本参数,如电芯产品性能(容量、充放电倍率、循环性能和安全性能等)、材料体系、尺寸结构以及Pack规格等。 再通过扣电试验、产品试制和中试线验证,确定工艺制程(流程)、对各工序的参数进行验证,如合浆工序的材料配比、固含量、黏度和细度等。 根据工艺制程参数、项目规模,进行工艺设备选型,如确定合浆系统、涂布线等的规格和数量。进一步确定各工序设备对土建公用的需求,包括能源需求(水电气)、环境需求(温湿度、洁净度)以及土建需求(基础荷载、地面要求、吊顶高度和厂房高度等)。 上述内容确定后,可以进行工厂设计阶段。获得用地的土地规划条件、能源供给条件,根据项目需要撰写项目建议书、厂址选择意见书,并开展可研、环评、能评、安评和职评的前期规划准备工作,然后进行初步设计、方案设计以及施工图样设计。 2. 项目建设流程 智能化动力电池工厂项目建设流程遵循一般的工程设计程序,包括项目立项、设计招标、修改详细规划设计以及方案设计。图2所示为智能化动力电池工厂项目流程图。 图2 智能化动力电池工厂项目流程图 工厂的总体规划 1. 设计原则 智能化动力电池工厂的规划设计要从产品品牌、企业文化、节能环保和绿色生态的角度考虑,以展示企业品牌和文化、体现节能环保绿色生态为根本。一般遵循以下6项设计原则: 1)人员、物流分开且保持顺畅,消防疏散措施周到且人性化。 2)生产单元集中工序间的转运便捷。 3)公用设施靠近负荷中心,减少能源损耗。 4)贯彻数字化、智能化工厂理念,提高生产管理自动化水平。 5)布局合理,合理优化空间,节省建设和运行成本。 6)设备选型要配套产能,先进可靠且经济适用。 2. 工厂构成 智能化动力电池工厂主要由电芯生产车间、PACK车间、原材料库、电芯库及材料库、成品库等构成,具体如图3所示。 图3  智能化动力电池工厂的组成 3. 建线模式和特点 智能化动力电池工厂可以根据产品建线,也图2智能化动力电池工厂项目流程图可以根据工序建线。 (1)产品建线 按照产品划分车间,将同一个产品的不同生产工序布置在一个车间内,完成整个产品生产流程。其特点是:库房集中设置,生产区集中,便于专项管理;生产车间模块化,便于分期建设;单线工序间衔接紧密,物流距离短,利于保证产品的一致性;单个生产车间面积较大,消防要求略高;生产线刚性大,连续化生产对设备的可靠性要求高;各模块的工艺设备、人员管理和公用设施等相对独立,综合利用率相对低。 适合于市场需求不明显,产品定位不明确,分期投资,降低一次性建设成本的项目。 (2)工序建线 按照生产工序,将不同的工序布置在独立的车间内,如电极车间、装配车间和化成车间等,不同车间之间采用连廊连接。其特点是:生产车间分散,单个生产车间面积小,便于消防疏散设计;生产工序有缓冲库,生产刚性小,设备可靠性要求略低,生产组织灵活;工艺设备、人员管理和公用设施能充分共享、综合利用率高,设备综合投资低;物流输送距离远,输送成本高,对产品一致性不利;车间需要一次建成,一次建设成本高。 适合于产品较为单一,市场需求较明确、稳定,一次投资建设规模较大的项目。 智能化设计理念 智能工厂的建设融合了信息技术、先进制造技术、自动化技术、智能化技术以及先进的企业管理技术。通过工业互联网和大数据分析,实现工厂的透明化,具体包括数字化的厂房、透明化的物流、透明化的质量跟踪追溯、产线和设备状态实时监控以及工厂能耗的智能化管理。 1. 智能厂房设计 智能工厂的厂房设计,引入建筑信息模型(BIM),通过三维设计软件进行工厂建模,尤其是水、电、气、网络和通信等管线的建模;使用数字化制造仿真软件对设备布局、产线布置和车间物流进行仿真。 同时,智能厂房要规划智能视频监控系统、智能采光与照明系统、通风与空调系统、智能安防报警系统、智能门禁一卡通系统及智能火灾报警系统等。采用智能视频监控系统,通过人脸识别技术以及其他图像处理技术,可以过滤掉视频画面中无用的或干扰信息,自动识别不同物体和人员,分析抽取视频源中关键有用信息,判断监控画面中的异常情况,并以最快和最佳的方式发出警报或触发其他动作。 2. 先进的工艺设备 工艺设备是工厂智能化的基础单元,制造企业在规划智能工厂时,必须高度关注智能装备的最新发展。锂电生产的工艺设备更新换代、升级尤其的快速,如涂布分切一体机、辊压分切一体机、模切分切一体机、激光模切裁切一体机、裁切叠片一体机、高速叠片机和自动化堆垛式化成机等逐步被行业应用到生产中,提高了生产效率、减少了输送量。 产线装备自身的自动化程度提高。通过传感器、数控系统或RFID与自动化物流系统进行信息交互,通过数字化仪表接受能源管理系统能耗监控,通过控制系统、网络通信协议、接口与MES系统进行信息交互,进行生产、质量、能耗和设备绩效(OEE)等数据采集,并通过电子看板显示实时的生产状态;产线具有一定冗余,如果生产线上有设备出现故障,能够调整到其他设备上进行生产;针对人工操作的工位,能够给予智能的提示,并充分利用人机协作。 设计智能产线需要考虑如何节约空间,如何减少人员的移动,如何进行自动检测,从而提高生产效率和生产质量;分析哪些工位应用自动化设备及机器人,实现工厂的少人化甚至无人化需求。 3. 自动化物流系统 智能工厂建设中,生产的智能化物流十分重要,工厂规划时要尽量减少无效的物流输送、充分利用空间、提升输送效率、避免人员的繁琐操作和误操作,实现自动化输送系统与MES系统、企业ERP系统的信息交互,实现工厂物流的透明化管理。锂电工厂中自动化物流系统的应用非常广泛,主要有自动化立库及输送系统、智能提升装置、堆垛机、AGV和机器人等,如图4所示。 图4  自动化物流设备 锂电池工厂的自动化物流系统规划时,还要充分考虑到锂电生产的消防安全问题,如电芯带电后的自动化立体仓库,要配置烟感控、温度传感器及消防报警、喷淋灭火系统。 4. MES生产管理系统 MES是智能工厂规划落地的着力点,MES是面向车间执行层的生产信息化管理系统,上接ERP系统,下接现场的PLC程序控制器、数据采集器、条形码和检测仪器等设备。构建适合锂离子动力电池制造工艺的MES系统,是为了最终完善电池生产制造信息系统,实现智能工厂乃至工业4.0,推进工业互联网建设。 实现MES应用,最重要的基础就是要实现M2M,即设备与设备之间的互联,建立工厂网络。设备与设备之间的互联,需要制定通信方式(有线、无线)、通信协议和接口方式、采集数据处理等,建立统一的标准。 基于数字化工厂理念、MES系统功能特点及锂离子动力电池制造工艺流程,构建适用于锂离子动力电池生产制造的MES系统核心功能如图5所示。 图5  MES核心功能图 从业务流程出发,MES系统提供实现从订单下达到完成产品的生产活动优化所需的信息;运用及时准确的数据,指导、启动、响应并记录车间生产活动,能够对生产条件的变化做出迅速的响应,从而减少非增值活动,提高生产效率。建立起基于二维码的全生命周期可追溯系统的锂电生产大数据平台,MES系统对生产过程质量数据进行可追溯性管理,并通过双向追溯、多维度追溯和全面追溯实现。 5. 智能化能源管控系统 如果说MES系统是对电池生产的每一步工艺,进行必要的生产过程控制、过程参数采集、品质信息记录、物料消耗追踪和工序物料移动等,那么智能化能源管控系统则是以计算机控制技术和计算机网络通信技术为基础,对建筑内的各类公用机电设备进行集散式的监视、控制,对能耗数据进行分类、分项及分区域统计分析,可以对能源进行统一调度、优化能源介质平衡,达到优化使用能源的目的,全面实现对建筑的综合管理和能源利用。 如图6所示,智能化能源管控系统采用三层系统架构:管理层、控制层和现场仪表设备层。 图6  智能化能源管控系统架构 1)管理层:利用能源计量数据的采集、诊断和分析,对工厂实施有效管理。科学准确的计量数据能够指导工厂能源的利用,建立科学合理的节能流程,由此达到节能降耗的目的。 2)控制层:总控中心显示需要监控设备的运行状态,监测参数值,调节设定值,并实时记录数据。 3)现场仪表设备层:快速的故障反应及处理、完备的警报及历史资料,帮助工厂精简了人力和物力,实现对公用设备的综合管理和能源利用。 结束语 根据《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》,到2020年,我国纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力要达到200万辆、累计产销量超过500万辆。随着我国双积分政策的落地以及各国出台的燃油车退出计划,也将形成倒逼机制,促进传统车企转型。预计未来几年新能源汽车市场会继续扩大。新能源汽车产业的快速发展必将带动动力电池市场的快速增长。 智能化工厂对关键生产环节实现基于模型的先进控制和在线优化,建立工厂通信网络架构,实现工艺、生产、检验和物流等制造过程各环节之间,以及实现电池生产过程动态优化,制造和管理信息的全程可视化,持续提高动力锂电池产品的一致性、安全性,降低生产成本等有着显著优势。随着 5G到来、人工智能应用,未来的动力电池工厂将更加的智能化,具有巨大的想象空间。...