人工智慧電網為第二次電氣革命鋪路

作者 : Thar Casey & Steven Bakos

新的電氣革命即將來臨——人工智慧電網方面的新技術,可以將每棟建築物的每個電氣端點,從簡單的電源插座和開關升級到具有現代嵌入式智慧的矽架構,從而大幅提高建築的可靠性、能源效率、安全保護和整體價值。很快地,人們的生活和工作空間將轉變為多感測器的真正智慧環境...

每天,在電腦、車輛、行動裝置、家用電器和許多其他類別的供電產品中,矽晶片解決方案的承諾都在一步步地實現。但由於各種原因,還沒有從矽晶片技術中廣泛獲益的一個主要領域就是電網的建設。透過21世紀的技術和獨創性,全球基礎設施格局已經成熟轉型。

未來幾年,基於矽並以人工智慧(AI)支援的電氣端點將使建築物的電氣基礎設施能夠提供強大的內建智慧建築生態系統,以及能源和環境意識、增強的生命安全解決方案、資源管理以及通訊能力。

圖1:採用21世紀電子技術改造電網的時機已經成熟。(資料來源:Amber)

迄今為止,傳統裝置的使用壽命長,以及現有接線盒和斷路器面板的尺寸限制,導致電氣製造商對於依賴百年技術的插座、開關和斷路器等核心元件進行根本性改變的意願缺缺。傳統端點需要用的機電元件較大,由於需要相容像單接線盒和斷路器面板等基礎設施的現有形狀尺寸,因此限制了設計創新。

不過,這種情況即將改變。

機會即將來臨

最近在固態電力控制方面的突破,為電氣裝置製造商提供了一個真正的機會,可以在產品中利用現代智慧和強大的資料感測,讓這些產品可以輕鬆安裝在地球上任何建築物中,而且無需重新佈線。

系統單晶片(SoC)可以被輕鬆地整合進任意數量的物聯網(IoT)感測器或通訊組件之現有端點中,利用現有的接線盒和斷路器面板,即可提供充份連網的智慧建築物。這項創新使得將每個房間中的電燈開關、插座和斷路器轉入具有更高10倍感測能力和智慧功能的微型電腦中變得更簡單。

圖2:智慧插座結合安全與智慧。(圖片來源:Amber)

單個端點已顯示出相對於現有裝置的顯著改進,但真正的威力卻在於整個建築物中協同工作,形成了獨特且具有顛覆性的電源管理和互連生態系統。透過提供可操控的資料,該技術提供了改善從消防安全到節能再到室內空氣品質的直接機會。一項業經證實的好處是透過緩解電源突波,大幅提高了防火性能。

例如Amber公司的數位功率控制技術,在檢測和消除高電壓尖峰方面比傳統機械型快3000倍。

由地板到天花板的巨大升級

考慮一座繁忙城市中的摩天大樓。從建築物的主電源面板到公寓業主的插座,新技術可以提供以前不可能存在的好處。第一個觸點可能是能源流量控制器,它可以智慧地監控電源,以最佳方式組合可用的風能、太陽能、電池、電網或發電機功率,以最大限度地提高供電效率。此外,它還可以降低成本,並幫助管理外部突發事件,包括停電和電網壓力過大。

接下來是為整個建築物供電的斷路器,它現在可以即時追蹤能源使用情況,同時消除危險電弧的威脅。這是因為斷路器是固態的,沒有可以形成電弧的移動元件。產生這些電弧的危險故障之檢測速度比傳統機電型斷路器快數千倍,而且在這些故障大到足以變得危險之前就早早被緩解了。

圖3:斷路器——電氣設施的基礎元件,如今正以固態技術進行改造。(圖片來源:Amber)

利用內部整合的無線通訊元件,斷路器可以提供導致跳閘的某特定端點之相關即時資料,包括是否為慢跳閘,並啟用無線關閉或重設。此外,嵌入式智慧運行速度快,對電波形有深刻理解;這實際上可以消除虛假現象,以及令人討厭的接地故障斷路器(GFCI)跳閘和電弧故障斷路器(AFCI)跳閘。

最後,電源被輸送到插座和電燈開關等端點,這些端點可以設計成包含任意數量的感測器以滿足特定需求。他們可以提供的功能並不受限制,從濕度檢測和語音控制到對講機和自動化排程。安全感測器、微型攝影機、空氣品質檢測器、壓力感測器、無線發射器和接收器,甚至動作檢測器都可以內建到每個端點解決方案中。憑藉這種前所未有的感測和控制水準,智慧端點可以大幅提高智慧建築物自動化、門禁、消防和安全平台的覆蓋範圍和價值。

這些都已經不是新想法,但實際實施仍面臨挑戰,影響了這些解決方案在市場上的普及。新技術的獨特之處在於能夠將所有電子設備安裝到標準通用接線盒和斷路器面板的小尺寸固定空間中。

第二次電氣革命

雖然太陽能和風電場等較新的發電廠正在徹底改變發電的方式,基於矽的端點也在徹底改變我們的使用方式。無論電力來自何處,具有嵌入式智慧的固態控制之威力都極大地提高了建築物現有電力基礎設施的可靠性、能源效率、安全保護和整體價值。相關的商機規模可能與智慧型手機或固態電視所帶來的一樣大,從而在建築物業主和社會如何管理電力使用方面帶來難以形容的巨大革新。

這些技術帶來的興奮和成功的一個關鍵因素是它們只是改造解決方案,並不需要新的結構來增加新的效益和能力。很快地,到2023年,建築物業主、大學、轉運中心、物業經理、房主和其他人,就能夠將他們的生活和工作空間轉變為真正智慧的、多感測器(sensor-rich)的環境,所體現的價值將以指數級的速度超過傳統的、甚至是目前過於簡單的智慧插座和開關解決方案。

這一新的固態技術轉型,為電氣產品製造商提供了一個機會,使其得以將地球上每棟建築的每一個電氣端點升級為具有現代嵌入式智慧的矽晶架構。下一場電氣革命已經從遙遠的地平線升起,正在加速進入清晰的視野。

本文作者
Thar Casey,Amber Solutions創辦人兼CEO
Steven Bakos,英飛凌科技開關電源部門資深主管

(參考原文:AI-empowered grids pave the way for second electrical revolution,by Giovanni Di Maria)

本文同步刊登於EDN Taiwan 2022年3月號雜誌

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