自动化笔记本 专题报道 第十三期- 2009 学习资源 笔记本问题

替代能源帮助工业控制“割断绳索”

假设您希望通过路况监控系统提高通过山口的偏远路段的安全性。路边有一个小型自动气象站,加上关键位置的几个摄像头,可以很好地模拟路况。这些信息可以张贴在沿通道的动态信息标志上以及交通监控网站上。可以根据实时数据在需要时派遣维护和救援人员,而不必派检查员检查道路状况。听起来不错,但是实现这样一个系统的成本是多少?

由于现代电子技术的发展,在那个偏远的山口安装硬件的成本每年都在减少。更大的问题吗?十英里长的传输线必须贯穿崎岖的地形为这些有用的设备供电使这条路对旅行者来说更安全更方便。要是有办法不需要十英里长的电线和所有的电线杆就能给这个系统供电就好了。...

今天,有了新的选择;替代能源,也就是说。只需花费很少的成本和时间,就可以运行10英里的电力线并接入电网,一个离网电源可以让你的新道路监控系统启动并全面运行。今天,你可以从太阳能和风能免费获得电力(好吧,几乎免费)。新的燃料电池和改进的电池可以让一切在太阳下山、风平浪静时保持运转。更重要的是,这些新的替代品正在遵循电子产品几十年来的路线:性能在提高,成本在下降。这比电力公司能提供的要多!

让我们来看看一些可用的替代能源来帮助您从网格中“切割电线”。

太阳能发电

太阳每天发送给地球的能量比我们一年消耗的还要多。通过使用像硅这样的光伏(PV)材料,来自太阳的光能可以转化为电能,可以存储在电池中或用于电器。PV材料在光照下以直流电的形式释放电子。这种现象被称为光电效应。

太阳能电池板硅晶片被制成光伏电池,这些光伏电池通过串联和并联来组成太阳能电池板。面板可以组装,以提供任何电压和安培需要的应用程序。万博官网手机登陆可以将几组面板连接在一起,以提供更大的功率输出。

一种新型的太阳能发电是薄膜光伏。代替切割硅以使必须焊接成刚性板的单独晶片,PV材料直接沉积在基板上,基本上制造一个大型太阳能电池的成本。最新的发展正在采用印刷行业的技术,以生产薄型和柔韧的光伏材料,足以适合几乎任何轮廓表面。

当然,太阳能发电有一个显著的缺点:当太阳停止发光时,果汁就停止流动。太阳能电池板的输出功率会随着阳光照射到其表面的强度而变化。因此,可靠的离网电力系统需要有一种储存能量的方法(通常是用电池),以满足黑暗时期的需求。一个鲁棒的控制系统,以防止过度充电电池和平衡供应与负载也是必须的工业应用。万博官网手机登陆

风力发电

人类利用风已有几个世纪了。风力涡轮机现在可以把强风转换成千瓦。全球各地都在建设大型风力发电场。虽然这些风电场通常与电网相连,但较小的风力发电系统可用于离网应用,如我们在山口的道路监控器。万博官网手机登陆

风力涡轮机现代的风力涡轮机通常有两个或三个叶片安装在水平轴上旋转;这条轴与一台发电机相连。大型涡轮机通常设置产生交流电(AC),因为他们是连接到电网;小型涡轮机通常产生直流电。就像太阳能电池上的阳光一样,更强的风意味着更多的能量。大型现代风力涡轮机有伺服电机来控制叶片的角度,并保持涡轮机指向风,以最大限度地输出功率。

风力发电的问题是输出功率波动,类似于太阳能发电,除非你恰好位于一个罕见的地方,总是风大。这意味着风力发电系统还需要电池和控制装置,以在保护组件的同时将功率输出维持在所需水平。小型风力涡轮机的初始成本可能相当低。

燃料电池

燃料电池是一种将燃料和氧化剂转化为电能的电化学装置。与同样是电化学的电池不同,燃料电池在产生电能的反应过程中消耗燃料和氧化剂。这意味着需要定期访问远程站点以补充燃油。燃料电池可以提供比传统电池组更大的电力,使其成为补充太阳能或风力发电系统的一个有希望的选择。

燃料电池利用化学反应将电子和质子从燃料中分离出来,然后迫使电子通过一个电路,从而产生电力。典型的结构是使用质子交换膜(PEM)来分离阳极和阴极。在阳极一侧的燃料与催化剂发生反应,分裂成质子和电子。质子通过PEM进入阴极,但电子必须通过负载流出电池到达阴极。在阴极上,质子和电子与氧化剂反应形成废物。

燃料电池方程

最纯粹的燃料电池形式使用氢燃料和氧气产生电力和水。其他类型使用碳酸或甲醇等烃燃料,并为废品提供二氧化碳和水。虽然没有像氢气一样清洁,但这些其他燃料通常更容易存储和运输。

这仍然是一个开发技术 - 在未来几年内寻求重大进展。现在我们更好地了解了用于离网应用程序的内容,是时候开始在盒子外面思考了!万博官网手机登陆以下是一些想法让你开始:

电信

这并不是真正的开箱即用,因为远程电信设备已经大量使用了替代电源。但是,该行业仍有更多创造性应用的空间。可能在荒野地区周围安装小型移动电话塔,以便徒步旅行者和露营者在需要时与外界联系。万博官网手机登陆

石油和天然气

为了最大限度地提高效率,传感器和控制设备可以安装在需要的管道沿线,而不是安装在方便电源的地点。通过使用分布在更大区域的更多传感器,可以更有效地监控系统。海上平台可以利用几乎免费的太阳和风能来降低运营成本。防止管道腐蚀的阴极保护是替代能源的另一个优秀应用。万博官网手机登陆

交通管理

正如我们在本文开头的示例中所看到的,通过删除将任何有动力监控或通知设备连接到电网的经常令人生畏的要求,这些组件现在可以位于最有益的位置。交通计数器和动态消息标志可以在需要的地方,不仅在城市,不仅仅是在所需的地方,可以保持交通。可以更快,往往以较低的成本更快地完成向道路危险部分添加照明。

安全系统

许多工商企业占地面积很大。离网灯、传感器和摄像头可以简化安装,并在仅使用线路供电设备可能被忽略的区域增强安全性。现在,一盏灯、一个摄像头和一个电动门可以安装在一处房产的偏远区域,以便在需要的地方提供安全通道。电话亭和运动探测器可以得到更广泛的应用。

农业

使用太阳能或风能灌溉水泵和照明可以降低农民的燃料成本。由于通常有大量的陆地和大型屋顶可用于安装替代电力系统,因此大多数农场都可以轻松地操作栅格。保持联系的最佳原因可能是农场的太阳能或风电系统,可能具有剩余的能量,可以销往本地电力公司。

村庄电气化

估计有20亿人生活在没有电网的环境中。所以,这是一个有着巨大增长潜力的行业。在发展中国家,大规模发电和电网扩建项目往往进展缓慢或根本没有进展,原因是资金和人员的巨大成本。使用小型、简单的离网解决方案的渐进步骤可以让这些社区获得我们大多数人认为必不可少的许多服务。

抽水和污水处理设施可以大大改善偏远社区的生活质量。新的LED灯使用很少的电力,现在可以安装低电压照明由替代能源供电。冷藏,尤其是在气候温暖的地方,对许多药品和食品来说是必不可少的。
有许多组织正在开发可以在小型偏远社区中脱离电网运行的设备和系统。对于许多这样的社区来说,获得电力和电力便利是走向繁荣的一大步。

其他应用程序万博官网手机登陆

许多应用可万博官网手机登陆以从广泛的传感器系统中受益:地震监测,野火检测和溪流和河流级监视器,名称是一些。灾难救济期间使用的临时电源是另一个很好的应用。万博官网手机登陆Park Management可以通过荒野区域升级设施,而不会通过旷野地区进行串行电力线的环境影响,这降低了成本和时间。

在本文中我们已经讨论了一些基础知识,但是希望我已经为您提供了一些可供考虑的替代方案。替代能源供应和使用它们的系统将在未来几年变得越来越普遍。我们将不再被束缚在电网上!绳索被割断,前途无量。

Pat飞利浦
AutomationDirect,
产品工程师

最初出版日期:2009年12月1日