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Other Parts Discussed in Post: AMC3302, TPSI3050

2022年4月,彭博社一篇题为《“空气比北京还差”不再算是羞辱》的报导向西方展示了一个事实,北京的天空已不再常有雾霾相伴。

此时回望2013年国务院大气十条提出要调整能源结构、增加清洁能源供应,之后中国与世界各国一起促成了《巴黎气候协定》,以及人人耳熟能详的“碳达峰”“碳中和”,再看看从西电东输再到东数西算,可以说中国新能源的势头正在持续增强。

前所未有的转型

让我们回顾一下能源技术的转型史。18世纪工业革命开始后煤炭被大规模开采和消费, 1965年石油取代煤炭成为消耗最多的能源,引领世界进入“石油时代”。时至今日,煤炭、石油等化石燃料依然是世界主要的能源,由此产生的环境污染,以及在有效获取、生产、储存和分配能源等方面面临的日益严峻的挑战,促使人们需要进行变革,这也造就了如今可再生能源技术的不断创新,也正因此称之为“新能源”。

中国的新能源之路其实可以追溯到建国初期农村推行的小水电和沼气,中国在20209月份联合国大会正式提出了中国碳排放目标:“争取于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。”以此为标志,在中国新能源产业发展倡议下,众多企业升级系统,从而掀起能源转型新浪潮。

除此之外,科技的进步也是新能源发展的主要推动力。国际能源署IRENA 2020年可再生能源发电成本报告显示,在 2010 年至 2020年间,并网大规模太阳能光伏发电成本下降了 85%。降低成本的关键因素是随着太阳能采用率的增加而产生的规模经济效应,以及改善太阳能发电、储存和分配的技术创新。 一系列的技术创新,例如采用更高效的逆变器系统,引进配套储能设施,不仅让空气更清洁,而且也具有重要的商业价值。

然而中国的可再生能源发展之路并非铺满鲜花,也面临着相当的挑战。具体而言,目前化石能源的占比还高达百分之七八十,而且由于幅员辽阔、工业生产和能源输出基地分布分散,使得我国拥有全球最复杂的电网系统。此外,新能源发电极具动态性,需要创建更智能、更高效的新型分布式电力系统进行消纳。更重要的是,随着以电动汽车为代表的社会电动化趋势到来,电网负载端的复杂度也在急剧增加。“这一系列的挑战,使得我国必须从发、输、变、配、用各个环节入手,同时配合先进储能技术全方位构建智能化、数字化的电网系统”,德州仪器(TI)现场应用经理Eric Fu说。可再生能源发电、特高压输电、电化学储能、数字化配电等技术因此得到了空前的发展机遇,但与生俱来的当然还有巨大的挑战。

德州仪器(TI)现场应用经理Eric Fu

显而易见,能源技术的发展,离不开更新、更高效的电力电子技术发展,更离不开推动可再生能源技术创新进步的集成电路的发展。巧合的是,集成电路的发明者TI公司诞生之初其主营业务即是石油勘探,可以说TI与能源行业渊源已久,那么TI又是如何理解并参与中国大地上正发生的这轮新能源转型?

“首先,是中国‘3060’战略布局从高度上就展现出了顶层部署的决心;第二,在整个执行层面,从国家到地方陆续出台了多项部署新能源的具体措施,包括风光大基地、整县推进屋顶分布式光伏等,明确新能源电站配置固定比例储能设施等;第三,则是最大化市场和商业价值在在整个新能源部署中的促进作用,探索新的商业模式,比如峰谷电价,共享储能等。” Eric解读了此次新能源产业转型与以往的不同。

“无论从市场总容量或者未来的增长空间来看,中国无疑是全球新能源市场最吸引人的地区之一。与此同时,我们也看到在一波波的新能源发展浪潮中,始终都有中国企业的身影,一路走来,高歌猛进。”Eric说。

克服技术挑战

作为在中国已深耕36年的全球领先的模拟及嵌入式处理半导体公司,TI正通过各类创新的产品与技术,帮助中国客户实现他们的目标。高效率,高可靠性,高性价比、高功率密度、以及高安全性是电力电子技术的主要驱动力和差异化因素。

对于电力系统来说,通常需要在极端高低温的户外条件下,稳定、高效地运行数十年,最关键的就是可靠性和安全性。TI 多年来一直致力于打造具有长期产品生命周期的高可靠性的产品,以保证未来几十年的供货。 TI 的产品通过严格的开发规范和完整的测试流程帮助客户通过相关的功能安全认证,确保产品能够在恶劣的环境中运行。比如Sitara AM263x处理器就可同时满足功能安全和信息安全的可靠性要求,结合了C2000 MCU的实时特性、以及丰富且高精度的模拟外设,可应对功率变换系统中对于更高开关频率、更复杂拓扑架构的实时性处理以及更高的电能转换质量。

高功率密度则是系统小型化、轻量化的关键所在,TI通过各种高集成的产品,帮助设计工程师实现系统级的小型化。比如针对储能系统,借助TI广泛的模拟、电源和嵌入式产品,可将功率因数校正(PFC)与逆变结合在一起,从而提供完整高效及尺寸优化的系统。TI可提供的产品包括具有集成驱动器、温度保护以及氮化镓FET的新一代功率器件,以及一系列超高工作电压和超高可靠性的隔离产品组合,包括集成隔离和保护功能的驱动器,集成隔离电源和隔离放大器功能的AMC3302,多PWM通道的C2000等等,从而实现完整的三相三电平数千瓦级ANPC的电源转换。

考虑到电力传输链的节点数与日俱增,各个子系统都需要保持最高的转换效率,从而减少损耗。比如对于储能应用而言,TI高精度电池管理芯片BQ79616可以在高压电池系统中实现准确的电池电压检测。该器件提供内置的次级侧保护、可靠的菊花链通信和自主内部电池均衡,以实现电压测量的准确性和荷电状态计算的完整性。另外一个例子是,新推出的集成式固态继电器TPSI3050,采用了电容和磁隔离技术,相比机械或光耦继电器而言功耗更低,从而提升了整个系统的效率。

更高的性价比则是新能源基础设施发展和普及的根本要求,产业链的各个环节都在不断追求降低每瓦发电成本,TI 的愿望是通过高可靠性和高功率密度的模拟和嵌入式处理产品,帮助提高电子产品的性价比,同时帮助客户降低系统成本。 公司持续加大在生产制造的投资,包括扩大 300 毫米晶圆厂的建设,以在未来几十年为能源客户提供创新产品。同时,客户的开发成本也不容忽视。 通过本地系统应用团队、销售和支持团队,开发所需的软件开发套件、参考设计和代码库,TI 可以帮助客户显着降低设计成本并加快开发和产品上市周期。

新能源的未来

毫无疑问,这一波新能源的浪潮是空前的,无论是规模上还是影响上,这种前所未有的转型并不仅仅在技术上,也会体现在我们每个人的生活中。伴随着《“十四五”现代能源体系规划》,《关于完善能源绿色低碳转型体制机制和政策措施的意见》,《“十四五”新型储能发展实施方案》,《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》,《“十四五”能源领域科技创新规划》等多项措施的密集发布,使得新能源市场在2022初备受关注。作为世界上最大的能源消费国,同时也是世界上重要的能源技术提供者,中国的能源改革力度具有举足轻重的影响。

“我们的产品组合非常全面,并且拥有深度和广度的客户合作关系,以及全面的支持,这使得我们可以迅速判断市场所需,并对产品进行迭代,从而始终保持在电力电子领域的优势。” Eric强调。

Eric介绍道,TI内部围绕电力电子领域打造出了一套矩阵式的团队体系,包括产品团队、客户支持团队以及系统应用团队,为客户提供子系统甚至完整的半导体解决方案,以应对不断变化的挑战,使可再生能源更高效、更安全、更可靠和更高性价比。。

无论是工业革命,还是能源革命,背后的根本推动力都是科技,而TI正在通过“芯科技”赋能能源基建,通过广泛的模拟和嵌入式处理产品、强大且全方位的本地支持,包括本地研发、本地销售和应用团队以及完全本地化的TI.com.cn,围绕着高可靠、高效率、小尺寸及更高性价比,帮助中国相关企业做大做强,为实现全国乃至全球的能源转型做出贡献。

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