工业4.0时代的能源发展态势

2019-10-20 10:05

  工业4.0展示了全球制造业转型升级发展方向,而中国制造2025作为行动纲要对我国制造业发展做了全面战略部署,上海产业技术研究院对此给予持续关注和技术研发支持,并于8月1日成功举办第二届中德工业4.0发展论坛暨第二届中德高科技投资对接会。接下来整理分享与会中德两国工业4.0专家的精彩演讲内容。

  一、以信息通讯技术为支撑

  工业4.0是德国在制造工程领域掀起的革命浪潮,也是德国为在工业信息化技术上占据先锋优势而提出的一个发展战略,它将使德国在全球保持其竞争优势地位。工业4.0的核心是信息物理系统(CPS),可提升劳动生产力和资源利用率,构建工作组织的灵活模式。具体表现在物联网深度融入生产领域,机器与机器(M2M)交互改变工厂运行、分布式控制、信息物理新型生产流程等。比如嵌入式数字产品存储器灵活地引导工件穿梭在智能工厂的柔性生产线上,低成本、高效率地实现小批量、多品种的流程生产制造。

  工业4.0有6个设计原则:互操作性、虚拟化、分散化、实时性、以服务为向导和模块化,其核心是信息物理系统CPS理念,即通过CPS系统通讯技术帮助实现工业4.0。到目前为止,4G移动通讯技术已能部分满足要求,而第五代通讯技术(5G)则将实现在工业、能源、移动终端和实体间的互动和沟通。第五代通讯技术网络组织是一种被称为NGMN的5G架构设想,这个构想的基础层面是一些M2M终端设备,比如车车的终端设备。而不同的终端之间通过节点链接形成基础资源层;在基于所有接入技术和终端设备基础之上是一个业务实施层;然后再加上更上层的业务应用层,这些都由一个统一的E2E管理系统(OSS)来进行管理和编排。

  在实现了所有终端间的连接和沟通之后,将会衍生出许多新的服务,如分布式能源、车车通信、实时导航、未来工厂、房地产、健康等。

  二、由集中化转向分布式

  在当今能源领域,分布式能源值得关注。在传统的电网结构中,电能生产是集中化的,然后电力通过电网被分配到每一个消费者。而在分布式能源系统中,会出现许多消费者自身就是能源生产者,则要求有新的能源输送、能源分配和能源储存等方式。实施分布式能源系统方案,要遵循以下五个原则:

  1.自主性,即在当地解决问题。

  2.灵活性,即经济上必须要有收益。

  3.可接受性,即成本、收益和风险间的平衡。

  4.投资公平性,即在各环节进行成本的合理摊派。

  5.激励性,即有利于促进创新。

  从中央集中化能源生产到分布式能源生产,并且要能储存,而信息技术是关键部分。根据市场要求,系统设计要有灵活性和拓展性,便于可再生能源推广应用。这种全新市场格局的能源网,是通过电力网和信息网的互联互通,将网络中所有的节点和应用整合到一起。在一个分布式的蓄电结构中,每家每户都可以购买比较低廉的电源和电池组件,包括光伏设备,产生能源自行储存。它们通过通讯和控制连接到一个中央集成系统,实现运营管理和数据分析以及能源交易。

  对中国来说,分布式电站是一个很好的解决方案。世界上80%的电池在中国生产,而光伏电池80%以上的部件来自中国,所以分布式电站的解决方案可以使这些电池部件大规模得到应用,减少污染实现减排。

  关于不同的能源储存技术方面,目前用的大多是铅蓄电池和锂离子电池技术,但新的储存技术也层出不穷,例如钠镍电池就是一个新的方向。这种分布式能源储存系统包括电池组、逆变器和电池管理系统,构成一个交互和优化操作平台,保证整个系统最佳运行。在电池组之上有一个通讯和控制界面,能够管理电池系统的载荷、卸载等信息。

  对于智能电网,要实现从中央集成架构转换到分散式微电网架构,涉及的关键技术包括电能储存、数据采集存储、分析控制、云计算以及风电和光伏等。

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