Hyphae 是 LF Energy 和索尼計算機科學實驗室的一項新的微電網計劃，旨在實現(xiàn)可再生能源的點對點分配自動化，從而提高性能并實現(xiàn)零排放。通過采用微電網方法，可以實現(xiàn)能源分配網絡的現(xiàn)代化，并為未來的供應和移動挑戰(zhàn)做好準備。

在接受 EE Times 采訪時，LF Energy執(zhí)行董事 Shuli Goodman和 Sony CSL 業(yè)務發(fā)展經理 Kotaro Jinushi 強調了他們的合作如何引導工業(yè)市場朝著構建可互操作的交流和直流就緒微電網的目標邁進是自主的、離網運行的，并且能夠連接到具有公用事業(yè)監(jiān)督的配電網。

分布式能源——小型發(fā)電設施，如屋頂太陽能電池板，用于在發(fā)電場上或附近發(fā)電——是可再生能源未來的重要組成部分。Jinushi指出，分布式能源，特別是光伏等分散可再生能源的目標之一是加速能源部門的脫碳，以緩解氣候危機。“我們相信微電網將有效實現(xiàn)這一目標，特別是在配電網絡薄弱到無法安裝可變可再生能源的地區(qū)，”Jinushi 說。

古德曼評論說，從集中式化石燃料發(fā)電向可再生和分布式能源資源的轉變是 140 多年來對電力系統(tǒng)最重要的重新構想。“通過能源和交通的電氣化，我們可以減少大約 75% 的地球碳排放，”她說。“電網轉型沒有 B 計劃；就是現(xiàn)在。通過采用最大限度地提高靈活性、敏捷性和互操作性的開源策略，我們可以學習以技術的速度進行創(chuàng)新。”

在過去的 20 年中，可再生能源迅速發(fā)展，特別是在發(fā)電領域，從煤炭、石油和核能等傳統(tǒng)能源中獲得越來越多的市場份額。由于大流行擾亂了供應鏈和勞動力供應，Covid-19 的危機對能源部門的這一部分產生了重大影響。

“我相信我們了解到，減少碳排放以實現(xiàn)這些目標具有挑戰(zhàn)性，”Jinushi 說。“2020年，由于城市封鎖和經濟活動受限，預計碳排放量將比上年減少8%。要在 2030 年實現(xiàn) +1.5 度的情景，人們普遍認為我們需要將碳排放量減少到與 2020 年相同的程度。”

微電網

為了減緩和阻止氣候變化，我們必須將有害排放量減少到零。為此，我們需要徹底改變我們的能源系統(tǒng)，只生產可持續(xù)和可再生能源。我們還需要可持續(xù)且更可靠的電網；即，能夠以最好的方式和更有彈性的方式結合不同的可再生能源。

獲得能源，特別是在農村地區(qū)，可以支持經濟發(fā)展、當?shù)仄髽I(yè)和就業(yè)機會的創(chuàng)造、衛(wèi)生服務、教育、婦女賦權、環(huán)境保護、減緩氣候變化、食物保護和清潔用水。三種不同的策略有助于實現(xiàn)這一目標——電網擴展、微電網和太陽能家庭系統(tǒng)——每一種都有特定的適用領域。

微電網是充分利用數(shù)字計量（智能電表）和智能技術（智能電網、智慧社區(qū)、智慧城市）的電力系統(tǒng)。需要考慮的基本要素是：

發(fā)電（可再生能源和分布式能源，以及傳統(tǒng)能源）

電氣負載（住宅、商業(yè)、工業(yè)）

存儲系統(tǒng)（盡管并不總是存在）和電網（主要是低壓）連接它們之間的各種元件并與中壓宏電網

“微電網是控制分散的可再生能源的關鍵，”Jinushi 說。“目前，大多數(shù)傳統(tǒng)的交流微電網依賴于使用石油或天然氣作為穩(wěn)定能源的熱電聯(lián)產，這意味著 CO 2排放量永遠不會達到零。此外，如果沒有足夠的電池容量，您可以帶入多少可再生能源是有限的，這反過來又是由于交流發(fā)電機對太陽能和其他可再生能源突然波動的響應能力有限（即，逆潮流問題）。這些只是一些實際問題。開放式能源系統(tǒng)技術通過直流微電網克服了這些問題。使用太陽能和其他可再生能源的分散式發(fā)電機與分散式電力存儲設備直接相連。”

集中控制與更分散的網絡控制有很大不同。“想象一下二進制開關（開關）與管理互聯(lián)網之類的東西之間的區(qū)別，我們必須不斷轉移負載和資源以滿足需求模式，”古德曼說。

微電網與電網連接并同步運行，但可以斷開連接并自主運行，具體取決于物理和經濟條件。借助基于人工智能的新技術，所有這些都可以被激勵并變得更加可控，從而使最具可持續(xù)性的微電網與普通電網之間的融合更加可控和高效。

古曼說：“我們生活在一個非常有趣的時代，我們必須想象運行超出我們智力甚至想象的電力系統(tǒng)才能運行。” “幸運的是，我們現(xiàn)在能夠利用 ML ［機器學習］ 和 AI 來訓練計算機來優(yōu)化算法，從而提供我們編排供需所需的平衡。實現(xiàn)這一目標的訣竅是首先構建能夠管理模擬森林光輝的數(shù)據(jù)海嘯的軟件和硬件，因為網絡運營商為向我們的家庭、企業(yè)、城市輸送電力的電力系統(tǒng)提供平衡，和校園。”

古德曼說，“開源”一詞表示對共享知識的承諾，從而鼓勵免費再分發(fā)和訪問解決方案的設計和實施。“開源是考慮加速改變微電網技術范式以實現(xiàn) 100% 綠色能源轉型的重點之一，”古德曼說。

可再生能源的開源

索尼 CSL 和 LF Energy 之間的合作旨在建立一個開源平臺，目標是創(chuàng)建具有彈性和靈活性的微電網。索尼 CSL 的 Hyphae 軟件自治電力交換系統(tǒng) （APIS） 自動高效地將本地生產的可再生能源分配到直流電網上，與交流電網一起促進發(fā)達國家的能源轉型，并將電氣化帶到全球最貧困的角落。

“交流微電網的一個目標是能夠通過將電力輸送回系統(tǒng)來為主電力系統(tǒng)提供靈活的服務，”古德曼說。“另一個是在主電力系統(tǒng)處于壓力之下時提供繼續(xù)提供服務的能力。可能還有其他一些用例。所有人都需要有經濟證明才能使設計站得住腳。”

Jinushi 評論說，另一個目標是提供標準化的工具集和接口來構建微電網并加速能源向可再生能源的過渡。“我們需要解決的挑戰(zhàn)將是放松管制和當?shù)厣鐓^(qū)的支持，”他說。

一個可互操作的、云原生的、可配置的微電網路徑可以提供一種管理電網能源的新方法，有助于節(jié)能和環(huán)境問題。在開發(fā)能源系統(tǒng)時，網絡功能的互操作性、控制、優(yōu)化、虛擬化以及分布式能源的數(shù)字化管理都可能代表開發(fā)挑戰(zhàn)。

雖然微電網對數(shù)據(jù)中心行業(yè)很感興趣，該行業(yè)越來越多地使用可再生能源項目來減輕解決方案對可持續(xù)性的影響，但它們也可能對在發(fā)展中國家提供可靠的能源和提高能源供應的彈性產生重大影響情況和市場的類型。

“所有的能量都是本地的；我們擁有通過基礎設施運輸它的專業(yè)知識，”古德曼說。“但如果我們重新考慮理想的設計，我相信我們會優(yōu)化接近度和連接性。這發(fā)揮了微電網的優(yōu)勢。最終，我們希望通過抽象（虛擬化和自動化）降低復雜性，降低成本并提高可靠性。我們可能需要下一個十年來不斷迭代優(yōu)化這些事情——復雜性、成本和可靠性。開源可以發(fā)揮巨大的作用——就像互聯(lián)網一樣——在確保可以加速互操作性、安全性和規(guī)模方面。”