从发电、储能到充电一体化
全球首座直流专用工厂
为超大规模电力数据中心量身打造
应用智能工厂,深度数据分析

编者按继汽车、半导体之后,电力产业正崛起为我国工业的“功臣板块”。长期以来,电力在产业领域只扮演“配角”角色,但随着人工智能(AI)数据中心、电动汽车以及可再生能源的扩散,电力需求激增,使其成为海外也在寻求的K产业主角之一。仅LS Electric等国内4家电力设备企业已拿下的订单就高达33万亿韩元,电力产业已确立为有助于出口和创造就业的成长型产业。业内关注的焦点在于如何构建良性循环结构,而掌握直流相关技术以实现更高效的输电成为核心课题。本文梳理了我国企业为推动电力产业大转型当前面临的课题。

“从太阳能电池到生产线全部采用直流(DC)并实现商用的工厂,在全球尚属首次。”


20日,记者走访了忠清南道天安市的一家工厂。这里正准备运营全球首条直流专用电力网络“DC工厂”。这是一个从发电、储能到充电,各类电力设备全部采用直流而非传统交流(AC)方式构建的设施。LS Electric计划在其原先运营的“智能工厂”设施基础上,追加建设直流专用生产线,完成“DC智能工厂”的构想。


DC工厂将从下月起进入试运行阶段,并在明年第一季度举行竣工仪式后正式投产。为此,几个月前起,员工们便陆续到天安工厂忙于生产线的建设。


20日 忠南 LS Electric 天安DC工厂。姜珍亨 记者供图

20日 忠南 LS Electric 天安DC工厂。姜珍亨 记者供图

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LS Electric之所以率先建设DC工厂,是因为整个电力产业正向以直流为中心的结构转变。虽然目前大部分电网仍以交流为基础,但在直流需求激增的背景下,公司从一开始构建生产设施时就按直流专用来设计,以提升效率,这是一项战略选择。


尤其是对于需要大规模电力的数据中心而言,采用直流方式相比交流方式可以减少所需电力设备和转换环节,将电力效率提高15%以上。LS Electric针对这一需求,配备了可处理1兆瓦级电力供应的直流生产线,为今后服务全球数据中心客户奠定了基础。


直流工厂设计图。LS Electric供图。

直流工厂设计图。LS Electric供图。

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Bae Chaeyun LS Electric先行技术研究团团长表示:“如今所有电力网络都在向直流化发展,最终适配直流的产品会不断增加,越来越多客户会选择DC工厂。”


20日拍摄的忠清南道 LS Electric 天安直流工厂内安装的太阳能板。姜珍亨 记者

20日拍摄的忠清南道 LS Electric 天安直流工厂内安装的太阳能板。姜珍亨 记者

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在这座工厂内,从太阳能发电到电力储存(能源存储系统)、照明等电力设备全部以直流专用方式构建。走近工厂外墙,最先映入眼帘的是太阳能电池板和电池生产线。通过太阳能发出的直流电被储存在一侧配置的能源存储系统中,再输送至生产车间。另一侧则设有可直接使用直流进行充电的电动汽车充电站。


20日拍摄的忠南 LS Electric 天安DC工厂内安装的电动汽车充电站。姜珍亨 记者提供

20日拍摄的忠南 LS Electric 天安DC工厂内安装的电动汽车充电站。姜珍亨 记者提供

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工厂外墙一侧,直流配电所需的核心设备被整齐地排列在大型集装箱内。包括将直流电压等级进行转换的“DC/DC变换器”,以及兼具交流与直流转换功能的电力转换系统“固态变压器(SST)”等。这些设备同样全部按直流专用构建。相比交流设备,其优势在于可大幅缩小设备体积并提高电力转换效率。


直流电流集装箱结构示意图。LS Electric提供

直流电流集装箱结构示意图。LS Electric提供

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记者还看到用于将电力储存在电池中再进行供应的“能源存储系统(ESS)”设备。不过,ESS目前同时配备了交流用和直流用两种系统。Mun Sangcheon LS Electric天安事业场工厂厂长表示:“由于这是首次尝试直流方式工厂,为了防范各种突发情况,我们将传统交流方式和直流方式的设备一并安装,实现双重化配置。那些不得不以交流方式安装的设备,也计划在数年后全部更换为直流。”


20日拍摄于忠清南道 LS Electric 天安直流工厂的直流配电用半导体变压器。姜珍亨 记者提供

20日拍摄于忠清南道 LS Electric 天安直流工厂的直流配电用半导体变压器。姜珍亨 记者提供

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20日拍摄的忠南 LS Electric 天安DC工厂内安装的直流配电保护设备柜。姜珍亨 记者

20日拍摄的忠南 LS Electric 天安DC工厂内安装的直流配电保护设备柜。姜珍亨 记者

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生产设备将要入驻的空间被打造成温度、湿度可控的密闭结构“洁净室”。从下月起,生产设备将陆续进驻这一空间。目前由于设备尚未进场,室内仍然空空如也。包括照亮室内的照明在内,空调系统、生产设备以及用于调节设备的所有运行系统,今后都将由直流电源驱动。


Mun厂长表示:“空调和生产设备大多以交流为基础制造,直接应用到直流系统上存在困难。这里构建的设备全部在直流驱动前提下进行设计,可按直流型生产设备的需求进行运营。”


Park Chaeyun LS Electric 先进技术研究团团长20日在忠南 LS Electric 天安直流工厂讲解直流配电用生产线洁净室。姜振亨 记者提供

Park Chaeyun LS Electric 先进技术研究团团长20日在忠南 LS Electric 天安直流工厂讲解直流配电用生产线洁净室。姜振亨 记者提供

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在洁净室外设置的数据监控室内,通过大屏幕可以实时查看太阳能发电量、电池充放电情况以及交流、直流用电量的流向等。这是利用原先在智能工厂中搭建的系统实现的。在这里可以对所有环节进行远程控制,包括何时使用太阳能、如何利用电池、直流设备的效率表现等。以此为基础,可以分析出最优的电力效率方案。


20日 忠清南道 LS Electric 天安直流工厂中央控制室。姜珍炯 记者提供

20日 忠清南道 LS Electric 天安直流工厂中央控制室。姜珍炯 记者提供

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Mun厂长强调:“如果说在智能工厂中可以利用数据不断发现并改进生产过程中的问题,那么在DC工厂中将能更高效地使用有限能源;在DC智能工厂里,这两方面的优势都可以得到充分发挥。”




“用直流打造的世界”……探访LS Electric直流工厂[电力产业大转型]⑤ View original image


本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。

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