满足对能源的需求--电气化和网络化
几十年来,能源需求和消费都在急剧增长,达到了极致水平,而在未来几十年,全球对能源的需求可能会进一步增加。仅发展中国家的快速增长就导致能源需求大幅激增
Energy consumption
自 1980 年以来,全球一次能源消耗量一直呈稳步上升趋势。当时,这一数字约为 280 艾焦,到 2023 年已达到 620 艾焦。从主要国家在全球一次能源消耗量中所占的份额来看,这一点也不令人感到意外:2023 年,中国将近占 28%,位居需求特别旺盛的国家之首,其次是美国(约占 15%)和印度(约占 6%)。
全球能源需求受到人口增长、经济发展和向可再生能源过渡等因素的强烈驱动。
预测
一些预测,如国际可再生能源机构的《2023 年世界能源转型展望》,尽管绝对值有所增加,但确实带来了一线希望:
这是因为研究预计可再生能源在全球发电量中所占的比例将大幅增加。到 2030 年,这些形式的能源可满足全球电力需求的 45%至 50%,而到 2050 年,这一数字可上升到 85%。
全电气时代
这些数字彰显了全电气时代(AES)的理念。全电气时代旨在创造一个可持续发展、气候中和的未来,在这个未来中,所有的能源需求都将由可再生能源来满足。这一愿景旨在建立一个不使用化石燃料的社会,而将可再生能源和电气化作为能源供应的核心支柱。
浩亭公司的战略顾问 Andreas Huhmann 强调了 AES 的实施意义重大:
我们越来越意识到网络生态系统的人为不稳定性。AES 至少可以将这种不稳定降低到不会在短期内导致崩溃的程度。
Andreas Huhmann
浩亭公司战略顾问
可再生能源
为了满足巨大的能源需求,AES 利用太阳能,而太阳能可以从光伏(PV)、风能和生物质能等可再生能源中产生。按照目前的效率水平,约 0.3%至 1%的陆地面积足以满足光伏发电的能源需求。目前的假设是,太阳能系统的平均效率在 15%至 20%之间,同时还能有效利用和储存所产生的能源。
对于质量& 技术部总经理 Stephan Middelkamp 来说,能源生产本身并不是核心挑战:
如果看一下近年来可再生能源生产成本的价格发展情况,就会发现成本效益的提供也不是一个决定性的问题。
Stephan Middelkamp
质量总经理& Technology at HARTING
按需分配
然而,相比之下,AES 的核心--以需求为导向的能源分配--确实具有挑战性。为了绘制这一地图,AES 将社会划分为工业、交通、基础设施和农业等部门,这些部门对能源的需求各不相同。此外,还有能源生产部门。
Sector coupling
行业耦合是这些领域相互联系的关键词,必须在能源和数据两方面加以落实。一方面,这将使能源从一个部门流向另一个部门。另一方面,数据端耦合可在各自区域之外进行通信,提供该区域所需的能源信息。能源耦合通过交流和直流电网(交流和直流)以及中间存储进行。
数据耦合反过来又要求不同部门就标准化数据模型和协议达成一致。数字孪生在这方面提供了解决方案。为此,工业数字孪生协会(IDTA)使用了所谓的子模型模板。这些都是在所谓的资产管理外壳建模中部署的标准化模板。这些模板可确保工业应用中数字孪生的标准化表示和互操作性。
根据浩亭专家 Huhmann 和 Middelkamp 的观点,电气化还将对各个部门产生重大影响,而不仅仅是部门之间的耦合。
部门或部门内的消费者必须交换能源和数据,并且可以控制,这一要求导致了消费者本身的电气化。
Stephan Middelkamp
质量总经理& Technology at HARTING
这样做的好处是:在大多数情况下,电器更容易控制,也更节能。
全电气时代的持续实施并非没有障碍。然而,相关的技术改造及其对社会的影响将首先产生一个结果:真正可持续的生活方式。
或者,正如Andreas Huhmann简明扼要地描述的那样:
AES 是人类文明至少还能继续存在的最后手段。
Andreas Huhmann
浩亭公司战略顾问
Christian Otto
职位: tec.news 编辑团队