最近,我有幸采访了西北西北太平洋国家实验室高级工程师Gabe Arnold,PE,LC,一篇有关即将出版的NECA官方发行的ELECTRIC CONTRACTOR的DC建筑微电网的文章。抄本如下。查看PNNL’关于直流微电网的新白皮书 这里.

DiLouie:您如何定义DC微电网?

阿诺德: 微电网是较大电网的一部分,具有自己的电源,例如太阳能光伏(PV),风能,发电机和/或储能电池。微电网可以与较大的电网断开连接,并继续以“孤岛”模式运行。微电网提高了弹性,因为当较大的电网中断时,它们可以继续供电。微电网可以是直流(DC),交流(AC)或两者的混合。直流(DC)微电网是其中微电网内的电源和负载使用直流电而不是交流电连接的直流电。

DiLouie:直流微电网有哪些不同类型?安装了哪些类型的设备和连接?

阿诺德: 微电网可以是公用事业规模,社区规模或建筑规模。公用事业规模的微电网可能包括大面积的太阳能电池板,大型电池设施,甚至小型发电厂,这些大型发电厂可以在电网中断的情况下与较大的电网断开连接并为部分电网供电。公用事业规模的微电网通常是通过输电和配电电源线以数千伏特为单位的高压配电电源。社区规模的微电网尺寸较小,可以包括太阳能板,发电机和/或电池设施,以便在电网中断的情况下为社区或校园供电,通常电压低于公用事业规模。在单个建筑物或站点级别上,建筑物规模的微电网更小。它通常包括现场太阳能电池板,电池和/或发电机,可在电网中断的情况下为建筑物供电。

设备和连接可能会根据微电网的规模和应用而有很大不同。对于建筑规模的微电网,通常需要某种类型的逆变器和控制器才能将PV和储能电池连接到建筑电气系统和较大的电网。这些控制器可以是现成的,有时也称为“ Power Servers”,也可以由单个组件组装并通过软件进行控制。

DiLouie:流行的标准是什么?在标准和设备方面,哪种方法似乎显示出最大的希望?

阿诺德: 名为Emerge Alliance的组织已经定义了建筑物内DC配电的标准,该标准使用380 V DC总线为较大的建筑物负载供电,而对于较小的负载(例如照明和电子设备)使用24或48 V DC供电。从照明的角度来看,PNNL的市场研究确定了8家照明制造商,这些照明制造商提供的照明设备在其输入端接受这些电压作为标准选项,尽管更多的制造商可以通过定制订单提供这些电压的照明设备。

从照明角度来看,另一个相关标准是用于以太网供电(PoE)的IEEE 802.3bt。该标准于2018年发布,可通过PoE电缆为建筑物等照明负载提供高达90瓦的功率。 PNNL确定了17家照明制造商,这些制造商提供了多种接受其PoE输入的灯具。 PoE照明具有显着的优势,包括现有的供应链和员工(已接受如何安装PoE网络电缆的培训),支持IoT应用的高速数据功能以及通过使用TCP / IP通信与其他系统的集成优势。

DiLouie:DC建筑微电网有什么好处?什么是理想的应用程序?总体而言,它们代表建筑物什么机会?

阿诺德: 微电网的主要优势是弹性,如果是DC建筑微电网,则还有其他潜在优势,包括节能,降低成本和提高设备可靠性。 DC建筑微电网减少或消除了将光伏电池板和储能电池连接到建筑物中不断增加的DC负载所需的DC到AC和AC到DC的转换。消除这些转换可在全DC建筑微电网中节省10-18%的能量,通过消除转换电路来降低设备成本,并消除设备内部的常见故障点。例如,最近的DOE研究对LED驱动器实施了加速压力测试,发现64%的驱动器在6,000小时加速测试期内失败,所有故障都归因于执行AC-DC转换的第一阶段驱动器电路。如果消除了驱动器内的转换电路,则驱动器的成本可能会降低,使用寿命会更长。

DC建筑微电网的理想应用是弹性和/或可持续性很重要并且正在安装PV和/或储能电池的建筑。弹性优势可帮助避免为企业或关键设施造成的昂贵停机时间,而10%至18%的能源节省可帮助实现零能耗建筑并符合DC电力系统可用的特殊LEED要求。

DiLouie:LED照明,网络照明控制以及照明与其他建筑系统/ IoT之间的传感器/集成如何与DC建筑微电网配合?

阿诺德: LED照明是一种固有的DC技术,非常适合DC微电网。已经有许多可用的LED照明产品在其输入端接受DC。如果使用PoE,则网络是内置的,并且PoE的主要优势之一是其集成性和物联网潜力。不过,您不必使用POE,无线网络照明控制系统也可以与DC LED照明一起使用。

DiLouie:当前有两种方法,一种是PoE来传输电源和数据,另一种是低压配电(例如EMerge Alliance)来传输电源。您是否看到这些方法继续共存,或者您相信它们会融合为一个标准以简化市场?

阿诺德: EMerge联盟和PoE方法都有好处,我希望我们在可预见的将来会继续看到它们。尽管PoE具有巨大的发展动力和一些独特的优势,但从能源效率的角度来看,它可能不是最佳的解决方案。研究发现,CAT 5/6/7网络电缆中可能存在很多功率损耗,而PoE网络交换机中可能存在待机功率损耗。可以通过PoE电缆中较大规格的电线,较短的电缆走线和改进的交换机设计来缓解这些问题。

DiLouie:采用DC建筑微电网的当前障碍是什么?应如何解决?

阿诺德: 这些技术仍处于早期阶段,需要花费一些时间来提高认识,提高设备可用性,然后教育员工如何应用和安装它。我们听到的最大障碍之一是,即使负载固有地是直流电,也缺少可用的输入端接受直流电的设备。设备制造商继续在设备输入端包含AC-DC转换器。这是“鸡与蛋”的情况,设备制造商不愿在没有大量市场支持的情况下转移资源来开发直流输入设备,并且没有更多的设备选择和竞争就不会发展市场。前进的道路是从具有最引人注目的价值主张的技术和应用开始,或者从已有设备的地方开始。 LED照明就是一个很好的例子。电动汽车充电器是另一个。这些可以帮助构建案例并获得完全DC构建微电网的经验。

DiLouie:电承包商里面有什么?他们正在开发什么样的机会?

阿诺德: 当我们朝着更智能,更可持续发展的建筑迈进时,将需要这些新技术,并且需要经过培训的承包商来安装它们。 PoE是一个很好的例子,我希望我们会看到更多。现在PoE可以为高达90瓦的建筑物供电,建筑物中的大量负载可能会通过传统的AC布线朝这个方向移动。电气承包商将被很好地熟悉安装PoE技术。

DiLouie:要求有执照的电工安装PoE系统的立法气候如何?这对电气承包社区意味着什么?

阿诺德: 自2018年PoE标准最终定稿以来,该标准允许通过PoE电缆传输90瓦功率,出现了各种争执。 PoE被美国国家电气法规(National Electric Code)视为2级低压。它更安全,不需要管道,并且在某些辖区安装其许可要求可能较低。行业倡导组织参与其中,并在2019年在22个州引入了立法,这将有效地要求完全授权的电工安装PoE。此法规中的大多数法规都处于停滞状态或已更改,对于PoE安装是否或如何更改许可要求,还有待观察。无论结果如何,这都表明PoE系统有望为建筑物内的其他负载(包括照明)供电。

DiLouie:电气承包商可以利用哪些扩展机会,例如集成和物联网?

阿诺德: 我们将继续看到向智能建筑的转移,如果不将建筑系统集成在一起,就无法拥有智能建筑。我们希望将照明与HVAC和楼宇管理系统,安全系统,工业系统以及由IoT启用的新应用程序集成在一起。实际上,能源部刚刚围绕此发起了一项全国运动,称为“综合照明运动”。我鼓励读者在 www.integratedlightingcampaign.energy.gov。系统集成商集成这些系统的需求将继续增长,这对于电气承包商而言可能是一个很好的机会。

DiLouie:如果您仅能告诉整个电气行业将照明与DC微电网集成的一件事,那会是什么?

阿诺德: 尽管这些技术还处于早期阶段,但我鼓励业界在可能的情况下合作开发标准。专有解决方案的激增可能不利于集成机会,并减缓了这些有益技术在整个市场上的采用。