기술자

Jun 17, 2023

Luca Martini, 시스템 엔지니어, Analog Devices

21세기에 세계 정부는 CO2 배출을 줄이는 데 있어 복잡하고 장기적인 과제를 해결하기 위한 실행 계획을 마련하고 있습니다. CO2 배출은 기후 변화의 파괴적인 영향을 담당하는 것으로 입증되었으며, 새롭고 효율적인 에너지 변환 기술과 개선된 배터리 화학에 대한 요구가 급속히 증가하고 있습니다.

재생 가능 에너지원과 재생 불가능 에너지원을 모두 포함하면 세계 인구는 지난해에만 거의 18조 kWh를 소비했으며 수요는 계속 증가하고 있습니다. 실제로 지금까지 생성된 에너지의 절반 이상이 지난 15년 동안 소비되었습니다.

우리의 전력망과 발전기는 지속적으로 확장되고 있습니다. 더욱 효율적이고 환경 친화적인 전력에 대한 필요성이 그 어느 때보다 커졌습니다. 사용하기 쉽기 때문에 초기 그리드 개발자들은 교류(ac)를 사용하여 전 세계에 전력을 공급했지만 많은 분야에서 직류(dc)는 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

GaN 및 SiC 장치와 같은 넓은 밴드 갭 반도체를 기반으로 하는 효율적이고 경제적인 전력 변환 기술의 개발에 힘입어 이제 많은 애플리케이션에서 DC 에너지 교환으로 전환하는 데 따른 이점을 누리고 있습니다. 그 결과, 특히 에너지 요금 청구와 관련된 경우 정밀 DC 에너지 계량이 중요해지고 있습니다. 이 기사에서는 전기 자동차 충전소, 재생 에너지 발전, 서버 팜, 마이크로그리드 및 P2P 에너지 공유에서 DC 계량의 기회에 대해 논의하고 DC 에너지 계량기 설계를 제안합니다.

플러그인 전기 자동차(EV)의 성장률은 2018년 기준 CAGR +70%로 추정되며1 2017년부터 2024년까지 매년 CAGR +25% 성장할 것으로 예상됩니다.2 충전소 시장은 2018년부터 2024년까지 CAGR 41.8%로 뒤를 이을 것입니다. 2023.3 그러나 개인 교통으로 인한 CO2 발자국 감소를 가속화하려면 EV가 자동차 시장의 첫 번째 선택이 되어야 합니다.

최근에는 배터리의 용량과 수명을 향상시키기 위한 많은 노력이 이루어지고 있지만, 광범위한 EV 충전 네트워크 또한 주행 거리나 충전 시간에 대한 걱정 없이 장거리 여행이 가능하기 위한 기본 조건입니다. 많은 에너지 공급업체와 민간 기업이 최대 150kW의 고속 충전기를 배치하고 있으며, 충전 파일당 최대 500kW의 전력을 제공하는 초고속 충전기에 대한 관심이 높습니다. 최대 메가와트에 달하는 현지화된 충전 피크 전력과 관련 고속 충전 에너지 프리미엄 요금을 갖춘 초고속 충전소를 고려할 때, EV 충전은 정확한 에너지 청구에 대한 필요성과 함께 대규모 에너지 교환 시장이 될 것입니다.

현재 표준 EV 충전기는 ac-dc 변환에서 손실된 에너지를 측정하지 못하고 결과적으로 최종 고객에 대한 청구가 부정확하다는 단점이 있는 ac 측에서 측정됩니다. 2019년부터 새로운 EU 규정에 따라 에너지 공급업체는 EV로 전송된 에너지에 대해서만 고객에게 비용을 청구해야 하므로 전력 변환 및 분배 손실은 에너지 공급업체가 부담하게 됩니다.

최첨단 SiC EV 컨버터는 97% 이상의 효율에 도달할 수 있지만, 배터리에 직접 연결될 때 에너지가 DC로 전송되는 고속 및 초고속 충전기의 경우 DC 측에서 정확한 청구를 가능하게 해야 한다는 분명한 필요성이 있습니다. 그 차량. 공공 EV 충전 계량에 대한 관심 외에도 민간 및 주거용 P2P EV 충전 체계는 DC 측면에서 정확한 에너지 청구에 대한 더 많은 인센티브를 가질 수 있습니다.

그림 1. 미래 EV 주유소의 DC 에너지 계측.

그림 2. 지속 가능한 마이크로그리드 인프라의 DC 에너지 계량.

마이크로그리드란 무엇인가? 본질적으로 마이크로그리드는 유틸리티 전력 시스템의 작은 버전입니다. 따라서 안전하고 안정적이며 효율적인 전력이 필요합니다. 마이크로그리드의 예는 병원, 군사 기지, 심지어 재생 가능한 발전, 연료 발전기 및 에너지 저장 장치가 함께 작동하여 안정적인 에너지 분배 시스템을 만드는 유틸리티 시스템의 일부에서도 찾을 수 있습니다.