智慧城市和对绿色能源的需求

城市的规模和复原力都在扩大，但为了繁荣发展，它们需要更强大、更智能、更环保的能源基础设施。城市为国民经济、创造力、文化和机会提供了养分。尽管如此，许多城市仍面临困难。当更多人搬迁时，公用事业和服务（住房、水、废水、电力和交通）将面临压力。交通拥堵、污染和经济适用房是世界上许多地方面临的严峻挑战。

所有这一切并没有阻止城市完成这项任务：许多人致力于实现《巴黎协定》的目标，即到 2050 年实现气候中和。为此，他们必须大幅减少温室气体排放并建设强大的电力基础设施可靠地提供大量可再生能源。

为了延缓和结束气候变化，世界必须将有害排放量减少到零。这可以通过彻底改造能源系统和生产完全可持续和可再生能源来实现。此外，电网必须更具弹性和可持续性，即能够以最佳可行方式混合不同的可再生能源。

未来能源的解决方案

我们必须齐心协力应对气候变化。节约能源是一个很好的起点。各国政府和国家必须采取更多措施来制定能源转换计划，逐步从化石燃料转向可再生能源。

2022 年将是应对气候变化和绿色增长的关键一年。来年，从化石燃料到可再生能源的转变将加剧，对下一代电力解决方案的长寿命储能系统和先进的半导体生态系统的需求巨大。

现在是用风能、太阳能和水力发电等可再生能源产生的碳中和能源替代化石燃料的时候了，这将有助于对抗全球变暖。

零排放运输

低碳和零碳交通是任何城市碳中和战略的重要组成部分。电动汽车 (EV)——汽车和公共汽车，以及电动有轨电车和火车——正越来越多地用于替代内燃机。

交通对于每个社区的成功都至关重要。许多智慧城市的期望都体现在电动交通上：以零排放能源运行的智能汽车、卡车、公共汽车和火车——所有这些都是可持续的、绿色的和开源的。

“到 2030 年，预计将有超过 1 亿辆电动汽车上路，未来 10 年，城市公交车活动预计将增长 50%，”日立能源有限公司产品管理和战略负责人安德烈·伯德说。特别是城市公共汽车占交通部门排放的所有二氧化碳的四分之一。显然，以可再生能源为动力的电动汽车和公共汽车是使城市空气更清洁的必要条件。”

据估计，为这些电动汽车供电将需要超过 500 TWh 的电力，这可能会减少 CO 2 排放。即便如此，预计电动汽车将需要全球约 10% 的能源，因此将需要用于高效能源管理的新智能系统——即适应和数字化增强的电网基础设施，能够容纳大量可再生能源并可靠地带来它面向广大消费者。

“应对这些挑战需要经验丰富的利益相关者之间强有力的合作，从技术供应商、能源供应商、汽车制造商到交通运营商和城市规划者，”伯德特说。

智能电网应该能够平衡不断增加的供需不可预测性，同时仍支持包括电动汽车在内的所有类型的存储解决方案。智能交通解决方案使运营商能够更有效地扩大运营规模，预计将为生活在城市中的数百万人创造一个更可持续的社会，加速智能交通的未来。

作为其对城市交通电气化承诺的一部分，日立 ABB 电网公司于 2020 年年中推出了一种用于公共交通和商用车队的电网到插头电动汽车充电解决方案，该公司认为这将改变游戏规则。

Grid-eMotion Fleet 是一种用于电动车队运营的一体化解决方案，可连接到任何类型的电力网络（交流、直流、低压或中压）以及任何类型的充电器。根据 Burdet 的说法，它包含一个集装箱式大功率充电系统和变电站，以及能源和车队管理系统，所有这些都安装在一个很小的空间内，以便快速部署站点。

Grid-eMotion Fleet 非常适合提供公用电网灵活性，同时还确保符合电能质量法规。提供容量从 500 到 600 kW 的充电器，它们可以耦合在机柜中，使维护更容易。充电站旨在与通过插头或受电弓由直流供电的当前和未来的电动汽车车队配合使用。

图 1：Grid-eMotion Fleet（来源：日立能源）

开源平台

使用开源平台将加速向新技术范式的过渡。我们生活在一个“沉浸”在未开发能量中的世界中，尽管我们尽了最大努力，但我们仍在试图弄清楚如何充分利用它。太阳是唯一完全安全的能源。这颗拥有 40 亿年历史的恒星可以加热和照亮我们的星球，并调节地球上所有生物的生命周期，它也是一种无限的能量来源。必须优先考虑可能鼓励投资的新商业模式、设计工具和市场监管。

只有投资于研究，才有可能不断降低能源价格，提高能源系统性能，并投资于更节能的技术。只有投资于研究，才有可能继续降低能源价格，提高能源系统性能，并投资于可再生能源系统。创新也必须发挥作用：创造有助于全球及时摆脱煤炭的创新技术至关重要。

“开源”一词是指对共享知识的承诺，它鼓励免费再分发和访问解决方案设计和执行。在加速行业变革中要考虑的最重要因素之一是开源。

开源能源系统的目的是通过降低开发成本和简化系统连接来降低总成本。借助可扩展的模块化即插即用组件，系统集成商将能够更快地交付解决方案。在理想的世界中，解决方案将被更快地采用并更灵活地适应不断变化的商业模式。

LF Energy 的目标是通过真正协作的开源运动来发展和支持可再生能源。

Linux 基金会的 LF 能源计划是一项非盈利的、供应商中立的计划，计划使用开放框架、参考架构和补充项目的支持网络来升级世界各地的电气系统。

“我们的目标是通过托管、实施、支持和启用应用于分布式能源的分布式计算范式来加速能源转型。”

微电网和可再生能源

能源供应有助于经济增长、当地企业和就业机会的创造、卫生服务、教育、妇女赋权、环境保护、减缓气候变化、食物保护和清洁水的获取，尤其是在偏远地区。电网扩展、微电网和太阳能家庭系统是实现这一目标的三种不同方式，每种方式都有自己的应用程序集。

微电网是充分利用数字计量（智能电表）和智能技术（智能电网、智能社区和智能城市）的电气系统。以下是需要考虑的基本要素：

发电（可再生能源和分布式能源，以及传统能源）

电气负载（住宅、商业和工业）

存储系统（尽管并不总是存在）和电网（主要是低压），用于连接它们之间的各种元件以及与中压宏电网

从集中位置控制网络与从分散位置控制网络有很大不同。“想象一下控制一个开关的二进制开关和管理互联网之类的东西之间的区别，我们必须不断地移动负载和资源以适应需求模式，”古德曼解释说。

微电网可以连接到电网并与之协同运行，但它们也可以断开连接并独立运行，具体取决于物理和经济原因。由于新兴的基于人工智能的技术，所有这些都可以得到鼓励和管理，使最可持续的微电网与传统电网的整合更加可控和高效。

图 2：微电网电力系统利用数字计量、智能技术和可再生能源来更好地管理电力供需。（来源：Shutterstock）

还有什么？

电动汽车是能源革命的驱动因素，预计将增加对可再生能源发电的需求。因此，对电力系统灵活性的需求正在飙升。随着智能电网和可再生能源的普及，储能在企业中将变得越来越重要。随着储能价格的下降，一些技术将在备用应用中找到归宿。

因为地球的资源是有限的，我们都必须通过生活在一个互联的世界中做出贡献。技术、自然和社会必须齐心协力。所有这一切都需要创新：如果你能创新，你就可以找到问题，解决它，然后解决它，无论五年后出现什么问题，我们都将准备好面对未来的气候变化挑战。

审核编辑 黄昊宇