从《不愿面对的真相》到《正负2度C》,近年来全球气候变迁、暖化议题倍受关注,如何落实节能减碳变得非常重要,如何发展再生能源、绿色产业,便成为当前国内外能源发展的主要方向。
所谓“再生能源”,是指从可自然补给的资源中所产生的能源,大多是分散型态、低度集中的能源,
通常再生能源的价格结构与传统能源不一样,就某些
种类而言,初期的资本投入高,但运作及维护的成本
低,而燃料本身免费或花费很低,所以目前各国皆相
当积极地投入再生能源的发展。一般预估,全球再生
能源产业在未来十年将快速成长。
再生能源四大领域:
太阳能、风力、水利与生物质
不当前再生能源解决方案主要集中于四个领域:太阳能(Solar Energy)、风力(Wind Power)、水力发电(Hydroelectricity)与生物质(Biomass)。其中,太阳能是从太阳辐射的光热中所涉取的能源。太阳能发电主要是靠光电转换技术以及利用太阳光驱动热电引擎。根据国际太阳能市场研究咨询公司Solarbuzz的统计,2010年第二季全球太阳能板的需求增加到38亿瓦以上,比上一季成长54%,只比2009年第四季创下的最高纪录39.2亿瓦少2%。
目前太阳能的潜在应用,包括以太阳能板设计来降低住宅、商业、及工业建筑所消耗的热能,这也涵盖了居住使用者的能源消耗,以及建筑本身。供应居家、休闲、机构、工业使用的太阳能热水也十分有用,太阳能暖气系统的普及应用亦然。但毫无疑问,太阳能最普遍的应用在于发电(光电及太阳光热),包括中小型独立的应用系统,以及与市电并联的大型系统。风力是指将风转化为能,例如以风车发电。据统计,2009年底全世界风力发电装置容量是1,592亿瓦(159.2GW),产生3,400亿千瓦时(340TWh)的电量,相当于全世界电力使用的百分之二。另外,风力发电已经连续两年在欧洲新增的发电容量中居于首位。
“水力发电”一词指的是通过水力来产生电力;亦即利用水流及地心引力来产生电力。这是最广为应用的再生能源。由于水的密度是空气的八百倍,即使只是缓慢的水流,或者只是温和的卷浪,都可以产生相当能量。2006年时全世界水力发电装置容量共777GWe,可供应 2998 TWh的电力,相当于全世界20%的电力,占再生能源比率约88%。
至于生物质(各种有机体的整体质量)则是植物透过光合作用,获取太阳能量,当植物被燃烧掉时,会释出他们所含的太阳能,如此,生物质有如天然的太阳能电池,只要能永续产生,使用掉的没超过新成长的,这颗电池就可以持续下去。
研华如何建立这些系统?
由于再生能源具备能源供应的多样化,使得能源供应更安全;另外,再生能源比化石燃料产生较少的温室气体,以及较少的悬浮微粒及其他污染物质,对环境的冲击较小,有助于长远的永续能源使用。另一方面,再生能源比起燃煤电厂,也更节省用水量。因此,世界各国为了解决全球暖化问题,近年来都非常积极地开发新的再生能源,根据国际能源总署(IEK)估计,再生能源对全球能源的贡献比率,将从1999年时的10%,到2010年提高至15-20%。欧洲风能协会更大胆的预测,到2020年,全球风力发电的装置容量将达12,450.3亿瓦,其发电量将可满足全球电力需求的12%,每年可有800亿欧元的商机,并可减少二氧化碳排放量累计达10,771百万吨。
在这样的浪潮带动下,国内外相关业者无不积极投入发展相关应用解决方案。综观目前较受欢迎的再生能源解决方案的趋势,大致都包括节能。研华身为工业计算平台及工业自动化产品的领先制造商,为了协助客户达到节能目的,一直试图提供可降低能源的消耗,以为人类未来保留资源,并减少环境污染的解决方案。在实际作法上,包括整合设施但不变更零件,因为这些设备经常是位于恶劣的户外环境中,需要相当耐用的模块以确保长时间的稳定运行。此外,具备网络联机能力的产品也成为必备条件。以下是研华目前如何为这些再生能源解决方案提供技术和架构:
风力发电传输系统
Wind Power Generation Transmission System
中国的国家风力发电装置容量预计在2015年前达到三千万瓦,保守估计到 2020年前将成长到八千万瓦。风力电场的快速增加将需要大量风场信息管理系统以及发电机的远程监控系统。由于这些系统多应用于恶劣的环境,需要采用能适应在大范围温度变化下都能运作的网管型以太网络交换器。
风力发电多位于日夜温差大、且多风飞砂的恶劣环境。因此处于严苛电磁干扰环境下的控制系统,就需要具备良好反电磁干扰能力、及较长平均故障间隔(MTBF) 的工业级网络交换机。为了加强通讯稳定,用户必须建立一个断线后恢复时间快的环型冗余(X-RingRedundancy)网络架构,当通讯系统的任何线路出问题时,必须能快速转换到冗余线路。
每一座风机底座都安装了一个研华EKI-7554SI网管型冗余交换机,透过单模光纤连接器形成一个环状冗余环境。同时,监控中心的每一个环形网络的 EKI-7554SI交换机则透过铜缆接口与冗余的24端口Gigabit以太网络交换机EKI-4654R相连。考虑到工业领域对实时性能的要求,这套系统采用环网架构设计的概念,也因此可避免单一网络联机故障可能造成的影响。
太阳能热电控制系统
Solar Thermoelectric Control System
太阳是巨大能量的来源,每天送出10,555百万兆焦耳的能量到地球来,每小时能量比全世界所有城市一整年的总使用量还要多。当今太阳能热电系统包括反射板、镜板、隔热吸收器及先进的运动控制技术。在一个典型的太阳能热电控制系统中,有线和无线通信的合并运用可有效解决数据传输及现场应用方面的问题。在此太阳能热电控制的应用中,客户端采用研华EKI-6311GN无线AP,以及EKI-1351无线串行设备连网服务器。现场架设了100台可编程逻辑控制器(PLCs),每台 PLC 都以无线模式传输数据到计算机主机。此外,由于这些可编程逻辑控制器与中央控制室距离遥远,每10台可编程逻辑控制器就配备一台无线AP,以确保可靠的无线网络传输。这些无线AP采用WDS无线分散系统技术,使它们得以弹性互联;透过100台EKI-1351,这100 台可编程逻辑控制器可轻易传输数据给彼此并且上传到中控室。
尽管兴建太阳能电厂与风力发电厂的初始成本都很高,短期内要成为全世界使用的主流电力,仍受到成本的限制。然而,再生能源成本正逐渐下降,并可望在未来几十年内和愈来愈贵的化石燃料出现黄金交叉,这意味着,从太阳及风采集能源的成本将比购油及炼油便宜,也让人类朝向发展永续能源环境的目标又向前迈进一大步。
研华一直以来提供可靠坚固与应用最新科技的工业控制产品于洁净能源系统上,也将持续为绿色地球尽善良世界企业责任。 ■
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