近年來,隨著對更好電能質量和可再生能源大規模整合的需求不斷增長,對利用寬帶隙 (WBG) 材料的新技術的需求也在增長。隨著環保電池技術成為必需品——而不僅僅是一種選擇——消費者、行業和政府都在采取行動增加對可再生能源的使用。
在接受 EE Times Europe/Power Electronics News 采訪時,ABB Power Conversion 的 5G 無線部門負責人主管 Raj Radjassamy 討論了 WBG 半導體和電源管理技術在可再生能源和電動汽車等應用領域的發展趨勢。“小型化和功率密度是未來十年的兩大關鍵趨勢,”Radjassamy 告訴我們,只有通過 WBG 設備等創新,“我們才能為客戶節省寶貴而有限的空間。” 至于電源技術,“數據中心和 5G 的高壓直流部署將成為必備”,而向無線的遷移“需要足夠強大的電源解決方案,以消除電纜,同時保持能夠容納不斷增加的數量電力傳輸。”
EE Times Europe:未來幾年最關鍵的技術趨勢是什么?特別是,哪些技術進步將最相關?哪些技術可以為領導力提供創新?
Raj Radjassamy:技術的小型化——結合特征聚合——是整個 21 世紀普遍存在的趨勢,未來將繼續推動技術進步。以 iPhone 為例。iPhone 自 10 多年前推出以來如此成功的原因之一是它結合了多種功能,并在單一、緊湊的設計中取代了對相機或蜂鳴器等不同輔助設備的需求。iPhone 的每款新機型都在保持其手持尺寸的同時引入了新功能,這意味著在微型板級別上正在發生創新和小型化,包括設備內部組件的供電方式。
小型化與特征聚合的結合趨勢在更廣泛的應用中也很明顯。例如,為了大規模引入 5G,無線網絡必須部署小型化的小型蜂窩,以在更小的占地面積內提供更高級別的連接。為這些小型化電池供電需要多個緊湊型負載點 DC/DC 轉換器的小型化和分布。其他工業應用將需要采用類似的電源結構來保持競爭優勢,從自主移動機器人 (AMR) 到為工業物聯網 (IIoT) 提供動力的智能城市設備。
ABB 的 Raj Radjassamy
EETE:您是否覺得電源市場因為有這么多品牌進入市場而更具競爭力?引入新設備的目標是什么?
Radjassamy:競爭力并不是電源市場獨有的。關鍵是通過以更高的可靠性和效率持續創新,在解決客戶問題的方式上使產品和服務與眾不同。
此外,您提出了一個觀點,即許多新玩家承諾進行巨大的創新,卻無法完全實現這些功能。對于在為客戶提供切實成果方面有著良好記錄的公司來說,有一些話要說。
我們已經能夠利用我們歷史上的關鍵任務專業知識來推動向更快的寬帶過渡,并且我們看到今天通過我們的 AC/DC 和 DC/DC 電源解決方案將其應用于 5G。
EETE:您認為未來幾年哪些電源技術必不可少?
Radjassamy:數據中心和 5G 的高壓直流部署將成為這十年公司提高可擴展性和提供最佳斷電保護的必備條件。此外,從有線技術到無線技術的遷移需要足夠強大的電源解決方案,以消除電纜,同時保持能夠適應不斷增加的電力傳輸量。展望未來,我們將看到電力工程師以非凡的方式進行創新,將這一愿景變為現實,無線技術能夠處理復雜的互聯基礎設施網絡中增加的電力負載。
從宏觀上看,5G對工業和智慧城市應用產生巨大影響的能力才剛剛開始。我希望我們會看到電力工程師重新考慮他們的網絡密度方法,以實現 5G 的潛力,并以極快的速度和超低延遲實現可靠的超連接。
EETE:可再生能源、微電網和其他能源趨勢更加重視世界各地老化的電力基礎設施和輸配電線路的可靠性。輸配電線路和微電網沿線的電力監控和基礎設施監控的設計特點是什么?
Radjassamy:我們認為老化的基礎設施是提高電網性能的真正瓶頸。但這并不是一個無法克服的問題。答案在于實施既可擴展又可靠的技術;否則,單個解決方案將無法在廣泛的電力系統中復制。
定期跟蹤和監控電網性能將有助于確保以最少的人工干預進行一致、可操作的分析。電力專業人士開始通過 IIoT 數據分析采用新技術,以保持運營更長時間。
就可持續性而言,太陽能和水電備用等多能源有很大的發展和重點,當然,這完全取決于給定電網所處的環境類型。所以,是的,我們需要繼續探索微電網可以通過可持續能源支持小城市或社區的途徑,但首先,我們需要正確地建立基礎設施。
EETE:發展和支持可再生能源帶來了很多挑戰,不僅在GaN和 SiC 器件方面,而且從分布式能源的良好控制定義、優化和數字化管理的角度來看也是如此。您如何看待這些挑戰?
Radjassamy:您說得對,可再生能源面臨很多挑戰,但并非無法戰勝。首先,需要更好地了解整個配電價值鏈的重要性和能源需求。然后,我們可以確定使電力網絡更加可靠和可再生的解決方案,包括 GaN/SiC 等新半導體技術,并使用 IIoT 和預測分析等先進技術來實時跟蹤、監控和采取行動。
我們必須記住,能源應用目前是脫節的。隨著技術的融合,有機會在機器人、人工智能和分析方面創建更全面的視圖,以實現更高效的交叉使用和集成。但挑戰始于最初設計為并非相互交流的連接系統。
EETE:基于鋰離子電池的電池組用于許多應用,例如混合動力汽車和電動汽車、存儲可再生能源以備日后使用,以及用于各種目的的電網儲能。關于電池,設計人員應該考慮哪些參數?儲能的未來在哪里?
Radjassamy:通過電池進行能量存儲的時代已經到來。最重要的問題是:最有效、最具成本效益和最環保的方法是什么?從 10,000 英尺的角度來看,公司的主要考慮因素包括尺寸、重量、安全性和擁有成本。
正如您所指出的,深入研究,鋰離子電池及其變體在消費應用中越來越普遍,但在工業規模上,它們并不總是最便宜的選擇。然而,隨著鋰電池技術不斷發展并擴展到更廣泛的用例,將該技術用于數據中心、機器人和 [其他應用] 具有關鍵優勢。隨著新的基礎設施和小型化功率密度應用,鋰電池在考慮重量、能量密度、存儲等時通常是正確的行動方案。超級電容器是另一種新興的、值得注意的技術。[超級電容] 提供短期突發模式能量存儲,并在服務器和數據中心系統設計人員中迅速獲得關注。
EETE:碳化硅和氮化鎵半導體在電源應用方面優于硅半導體,尤其是在電源市場。隨著比賽繼續滿足市場不斷增長的功率需求,您認為他們將扮演什么角色?
Radjassamy:我們同意 SiC 和GaN是電力行業的新興技術,并且它們將繼續存在。小型化和功率密度是未來十年的兩大關鍵趨勢,只有通過這些類型的創新,我們才能為客戶節省寶貴且有限的空間。
但是,重要的是要注意,由于成本高,它們并不適用于所有用例。根據現有基礎設施的使用年限,我們會根據對個別客戶需求的深入評估以及最適合他們的方式提出建議。
EETE:隨著智能技術的發展,許多公司正在為應對全球氣候變化挑戰做出重要貢獻,而新材料和高效芯片解決方案在這一過程中發揮著核心作用。愿意開始能源設計的工程師可以使用哪些資源?
Radjassamy:越來越多的綠地數據中心建在提供豐富的可再生能源(如水力、風能和太陽能)的地區。作為對這一全球性努力的貢獻,電源設計人員可以有意識地構建符合或超過行業 [效率] 標準的高效產品,例如 80Plus Titanium。
他們還可以利用先進的仿真工具來識別設計中的一組節能且極簡的組件,并找到自動化和數據驅動的智能節能設計。
EETE:從集中式能源到分布式能源的過渡非常分散。促進能源轉型的加速很重要。許多形式的能量存儲被提議用于電網。你有什么考慮?
Radjassamy:我們致力于支持連接到電網的任何技術,無論是水力、太陽能、風能還是任何其他可再生能源。正如我上面提到的,必須將可再生能源和自然資源整合到一個有凝聚力的、智能管理的大型機中,以便全面了解每個主機如何向最終用戶供電以及成本是多少。
電源設計應該與電源輸入無關——歸根結底,我們希望將電源作為一切的最終推動者。建立正確的基礎設施并應用正確的技術來使應用程序盡可能高效和可靠,這取決于處于現代電力前沿的人。
審核編輯 黃昊宇
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