索尼開(kāi)源微電網(wǎng)核心模塊，促進(jìn)可再生能源利用 索尼計(jì)算機(jī)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室公司 CSL OES 核心模塊 APIS 開(kāi)源

從2020年12月1日起，索尼計(jì)算機(jī)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室公司（下稱(chēng)：索尼CSL，總裁兼CEO：北野宏明）將其開(kāi)發(fā)的“開(kāi)放能源系統(tǒng)（Open Energy Systems?，下稱(chēng)：OES）的核心模塊——自主電力交換系統(tǒng)（下稱(chēng)：APIS）進(jìn)行開(kāi)源，即免費(fèi)向公眾開(kāi)放。OES系統(tǒng)搭載了索尼自主研發(fā)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（P2P）電力交換技術(shù)。

       近年來(lái)，氣候變化問(wèn)題日益嚴(yán)重，這迫切需要我們大規(guī)模地用可再生能源替換礦物燃料能源。可再生能源有多種利用形式，而索尼CSL一直在研發(fā)被稱(chēng)為微電網(wǎng)的電力系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有分散性，高度可擴(kuò)展性和極強(qiáng)的抗自然災(zāi)害能力。微電網(wǎng)利用分散的可再生能源，包括太陽(yáng)能和其他能源，來(lái)產(chǎn)生、存儲(chǔ)和分配供特定區(qū)域使用的電力，同時(shí)減少溫室氣體排放。 這是一個(gè)高度彈性的電力系統(tǒng)，可較大程度地減少?gòu)陌l(fā)電到消耗的傳輸和分配距離，從而降低自然災(zāi)害造成的物理?yè)p害。

       索尼CSL已在非洲和日本沖繩等地完成了與微電網(wǎng)OES相關(guān)技術(shù)的試點(diǎn)項(xiàng)目。在沖繩科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)（OIST），已經(jīng)為教職工住房提供了五年的電力，這證實(shí)了相關(guān)技術(shù)既穩(wěn)定又實(shí)用。索尼CSL的使命是“為人類(lèi)的未來(lái)進(jìn)行研究”，如果要履行這一使命，索尼CSL有責(zé)任以現(xiàn)有的較佳方式輸送研究成果。

       這也是索尼CSL將獨(dú)立研發(fā)的自主電力交換系統(tǒng)（APIS）軟件開(kāi)源的原因：為解決氣候變化這一全人類(lèi)的共同挑戰(zhàn)做出貢獻(xiàn)。 索尼相信，開(kāi)源該技術(shù)，將促進(jìn)各種開(kāi)放式創(chuàng)新，激發(fā)各方利益相關(guān)者的參與，使大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)在可再生能源方面加速?gòu)难邪l(fā)到現(xiàn)實(shí)的轉(zhuǎn)換，并催生與微電網(wǎng)相關(guān)的初創(chuàng)企業(yè)。與僅由索尼CSL擁有這種技術(shù)相比，開(kāi)源能夠讓這種技術(shù)更快、更廣泛地得到應(yīng)用。

OES和APIS開(kāi)發(fā)背景

       目前，大多數(shù)常規(guī)的交流電（AC）微電網(wǎng)依靠熱電聯(lián)產(chǎn)，熱電聯(lián)產(chǎn)使用石油或天然氣作為穩(wěn)定能源，這意味著二氧化碳（CO2）排放量永遠(yuǎn)不會(huì)降到零。 同樣，如果沒(méi)有足夠的電池，則會(huì)限制電網(wǎng)中可再生能源的帶入量，這是由于交流發(fā)電機(jī)無(wú)法完全靈活地響應(yīng)太陽(yáng)能和其他可再生能源（即反向功率）的突然波動(dòng)。這些都是實(shí)際存在的難題。

       而開(kāi)放能源系統(tǒng)（OES）技術(shù)通過(guò)直流（DC）微電網(wǎng)克服了這些問(wèn)題。使用太陽(yáng)能和其他可再生能源的分散式發(fā)電機(jī)及分散式電池可在電網(wǎng)內(nèi)直接連接。自主電力交換系統(tǒng)（APIS）是實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的“核心模塊”軟件，它具有三個(gè)顯著特征。

1、靈活的電網(wǎng)擴(kuò)展：由于電力交換是自主的，因此微電網(wǎng)可以靈活擴(kuò)展，而無(wú)需從頭開(kāi)始重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

2、可再生能源的有效利用：由于分散式發(fā)電機(jī)與分散式電池之間會(huì)發(fā)生電力交換，因此盡管發(fā)電量存在波動(dòng)，也可有效利用可再生能源。

3、彈性：由于這些特性，可以構(gòu)建具有高彈性的電力系統(tǒng)。

       盡管OES直流（DC）微電網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)經(jīng)常被討論，但事實(shí)是，關(guān)于這些系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和管理方式、如何在研發(fā)項(xiàng)目中實(shí)施以及被企業(yè)家使用的信息很少。為了改變這種狀況，索尼CSL開(kāi)發(fā)了獨(dú)有的OES分散式電池直流（DC）微電網(wǎng)（包括可以自主與電網(wǎng)協(xié)同工作的分散式電池系統(tǒng)）和APIS管理軟件。

APIS的功能

       通過(guò)分散電池之間的P2P電力交換，索尼CSL開(kāi)源的APIS軟件允許創(chuàng)建主要使用可再生能源運(yùn)行的微電網(wǎng)，并提供具有更高彈性的電池系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以自動(dòng)靈活地進(jìn)行電力交換，以響應(yīng)社區(qū)中各個(gè)住宅和設(shè)施的需求以及可再生能源的特征性波動(dòng)。 嚴(yán)格監(jiān)管社區(qū)內(nèi)部的供需平衡，從而提高了能源獨(dú)立性。

在電腦上模擬微電網(wǎng)電力交換

       對(duì)于正在考慮采用微電網(wǎng)技術(shù)的組織/個(gè)人，通過(guò)APIS，可以在各種參數(shù)下進(jìn)行電力交換的運(yùn)行驗(yàn)證。

微電網(wǎng)電池系統(tǒng)的控制方法

       通過(guò)為每個(gè)電池設(shè)置APIS和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，可以構(gòu)建一個(gè)靈活的、與各種類(lèi)型硬件協(xié)同工作的微電網(wǎng)系統(tǒng)。

APIS微電網(wǎng)的特點(diǎn)

● 分散式電池的協(xié)調(diào)控制，提高了可再生能源（分布稀疏、隨時(shí)間變化較大）的使用效率。

● 可擴(kuò)展性。只需兩個(gè)電池就可以啟動(dòng)，并且可以靈活方便地?cái)U(kuò)展系統(tǒng)。

● 一個(gè)即使在微電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，也能繼續(xù)應(yīng)急運(yùn)行的系統(tǒng)。

● 遠(yuǎn)程監(jiān)控，提供任何故障的自動(dòng)通知，使系統(tǒng)操作更容易。

● 停電后，可輕松實(shí)現(xiàn) “無(wú)電源啟動(dòng)”——無(wú)需依賴(lài)外部電源即可恢復(fù)供電。

● 在特定區(qū)域內(nèi)有效利用和分享電力，即使在沒(méi)有大型發(fā)電廠或可靠電網(wǎng)的地區(qū)。

自主、分散和協(xié)調(diào)的電力交換控制

試點(diǎn)項(xiàng)目

       在沖繩科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)（OIST），自2014年12月以來(lái)，已為19個(gè)教職工住宅安裝了能源系統(tǒng)——采用太陽(yáng)能電池板和電池并使用了APIS技術(shù)。

       即使在常規(guī)的交流電源關(guān)閉檢查時(shí)，這套OIST能源系統(tǒng)也能成功地提供約10小時(shí)的連續(xù)供電。此外，它還能提供來(lái)自可再生能源的高達(dá)60.8%的日供電量，年均33.3%的總供電量 （來(lái)自2017年索尼CSL的測(cè)量數(shù)據(jù)）。

       該教職工住宅項(xiàng)目的目的是驗(yàn)證傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)和OES是否可以協(xié)同工作。每個(gè)住宅的容量被設(shè)定為3.5kW的光伏電池和4.8kWh的電池，這意味著OES將滿(mǎn)足總電力需求的30%到60%。

       然而，通過(guò)加強(qiáng)這一能力將有可能提高可再生能源的使用比例。（據(jù)模擬情況來(lái)看，光伏10.0kW加上15.0kWh電池的容量意味著93%的電力來(lái)自可再生能源）（該項(xiàng)目得到了沖繩縣政府 “亞熱帶地區(qū)及島嶼能源基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)研究資助計(jì)劃 ”的支持。）

       該測(cè)試還將會(huì)與沖繩科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)（OIST）、沖創(chuàng)工股份有限公司（Okisokou.Co., Ltd.）、索尼業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)公司合作共同進(jìn)行。

在沖繩科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)運(yùn)行的系統(tǒng)；各住宅的實(shí)時(shí)電量監(jiān)控

來(lái)自索尼CSL總裁兼首席執(zhí)行官北野宏明的評(píng)論：

       “索尼CSL（索尼計(jì)算機(jī)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室）的使命是為了人類(lèi)未來(lái)而研究。為了完成這一使命，我們的努力將不僅限于OES。

       我們還在研究和實(shí)施從協(xié)生農(nóng)法?（一種生態(tài)優(yōu)化的栽培方法，利用植物特性和環(huán)境條件，讓多種植物競(jìng)爭(zhēng)和共存以實(shí)現(xiàn)較優(yōu)生長(zhǎng)）到近地軌道光通信網(wǎng)絡(luò)等項(xiàng)目。我們所面臨的環(huán)境挑戰(zhàn)不僅僅是二氧化碳濃度問(wèn)題，我們還必須自問(wèn)：如何維持甚至增加生物多樣性？有沒(méi)有一種技術(shù)可以讓我們?cè)诰S持或提高現(xiàn)有生活水平的同時(shí)，大幅減少對(duì)資源的消耗？我們將如何實(shí)現(xiàn)成功應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)所需的社會(huì)變革？

       特別是在氣候變化方面，我們需要假設(shè)已經(jīng)處于 “氣候異常 ”的危險(xiǎn)之中，也就是在氣候正發(fā)生不可逆變化之時(shí)采取行動(dòng)。考慮到這一點(diǎn)，我們必須迅速和廣泛地采用可再生能源系統(tǒng)，例如我們?cè)贠ES中看到的，以便在不穩(wěn)定的環(huán)境中提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)。通過(guò)使OES/APIS開(kāi)源，我們希望不斷擴(kuò)大這個(gè)項(xiàng)目的利益相關(guān)方，從而為實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)?！?/p>

開(kāi)放能源系統(tǒng)（OES）

官網(wǎng)地址：https://www.sonycsl.co.jp/sp/287/

自主電力交換系統(tǒng)（APIS）

官網(wǎng)地址：https://www.sonycsl.co.jp/tokyo/11481/

（本文譯自英文原文，供參考）