應用範例
2025.06.23

躍入現實 化繁為簡:布隆貝格打造直流供電綠色廠房。透過精密設計的直流電網,這座廠房實現更節能、更永續的生產模式。實地探訪揭開直流技術的實際運作奧秘。

All Electric Society Factory
廠房屋頂上的太陽能板

11,000 平方公尺的屋頂面積上,安裝了 2,760 片太陽能板

All Electric Society Factory

德國布隆貝格一個陽光明媚的午後, 11,000 平方公尺的屋頂上,一排排太陽能板如同玻璃海洋般波光粼粼。當陽光照射半導體材料時,電流隨即產生。除了規模差異外,這與德國常見的屋頂太陽光電系統並無二致。

但這棟建築與眾不同:在其他太陽能系統需透過逆變器將直流電轉換為交流電之處,這裡的電流卻直接輸入了區域直流電網。菲尼克斯電氣直流電網專家 Tobias Lüke 解釋說:「直流電網能優化從發電、配電、儲能到用電的整個能源鏈。」

這位專家喜歡從屋頂開始,帶領大家參觀這棟建築。在這裡的太陽能發電場,可以清楚理解為何直流電正全面崛起:「不僅是發電設備,包括儲能系統或用電裝置都以直流電為基礎。大多數電器設備和生產單元都使用直流電運作。」

All Electric Society Factory 前方的直流充電站

All Electric Society Factory 前方的直流充電站

削峰填谷:緩解用電高峰

在 All Electric Society Factory 前,設有十個充電位。它們在直流電生態系統的重要組成部分。因此,Tobias Lüke 帶領大家來到停車場,這裡整齊排列著能量供應裝置。Lüke 解釋道:「透過雙向直流充電站(DC = 直流電),未來企業用車不僅能為驅動電池充電,更能將儲存電力直接回饋至系統,無需二次轉換。」

仔細觀察其中一座充電站,就能發現菲尼克斯電氣在直流技術領域的深厚實力。「從突波保護與設備保護裝置到直流斷路器與直流充電插頭 – 我們的功率模組能完美調控所有能源流向。」

然而,車輛電池僅是冰山一角:Tobias Lüke 指著一個不起眼的白色貨櫃解釋道:「基於再生能源的穩定供電系統,需要足夠龐大且可靠的儲能裝置來平衡波動。」

這位直流電專家強調:「我們能利用這些儲能系統來緩解公共電網的用電高峰。」當生產設備中的大型電動馬達啟動時,會出現用電高峰, 瞬間耗電量將超出與供電商的契約容量, 而這部分超額用電的代價極為高昂。「透過我們的電池緩衝用電峰值,成功將電力成本降低達 80%。」

直流電網控制櫃

直流電網控制櫃

思考、導引與調節

Tobias Lüke 帶領大家深入建築的技術核心區:位於地下室的直流電力調度中心。控制櫃一字排開, 不僅整合了太陽光電系統、電池儲能系統與充電站, 更負責與公共電網的雙向電力調度任務。

「我們的功率模組支援雙向運作,」Lüke 邊說明邊打開控制櫃,展示抽屜式排列的模組, 「採用模組化設計,可依需求彈性擴充控制櫃容量,輕鬆實現功率升級。」

All Electric Society Factory 中的直流控制櫃

All Electric Society Factory 中的直流控制櫃

節銅省電

旋開開關,控制櫃隨即開啟。紅白兩色緊密相依 – 這正是直流電網的正負極配置。另一個立即引人注目的特點:線路與其他元件明顯比傳統配電系統更小巧,這正是此技術的另一優勢。Lüke 解釋:「直流電網可減少傳輸所需的銅用量, 節省比例最高達 55%。」 來自太陽光電系統的白、紅纜線(直流串列)均匯集於此配電中心。透過總功率達 120 kW 的 DC/DC 轉換器,電力被饋入直流匯流排。

其後,低壓主配電盤將直流電分配至生產區域。此處,照明系統直接由直流電網供電。另有兩條分支線路連接至生產設備。「在直流電網中,我們能回收機器人與驅動系統的煞車能量,直接將能量回饋至系統。」Lüke 解釋直流電的另一項關鍵優勢, 「僅憑這項回生制動技術,依應用情境差異,系統效率最高可提升 20%。」

如果直流電網中的用電設備與儲能系統仍有多餘能量,雙向 AC/DC 轉換器 會將電力以符合電網規範的方式回饋至公共交流電網。

CONTRACTON ELR HDC 斷路器

CONTRACTON ELR HDC 斷路器

實戰應用

在 All Electric Society Factory 中,所有需安全切換直流負載的場合,均採用 ELR HDC 斷路器。此裝置整合保護、切換、監控、預充電及網路通訊介面等多元功能。專用的直流功率錶會精確記錄能量流動數據。而 ArcZero 直流連接器 則負責 DC 接點的安全連結, 即使在負載狀態下,亦可實現無電弧插拔操作。

負載管理與上層直流網路管理由 PLCnext Engineer 軟體平台執行。此平台能將分散式獨立單元整合為統一系統架構。控制器還會將電力交易平台的即時電價資料、氣象預報資訊、建築屋頂監測站的即時監測數據整合到建築能源管理系統中。

Tobias Lüke

Tobias Lüke,直流電網專家

不只空談,更要行動

位於布隆貝格的 All Electric Society Factory 已在業界享有盛名,聲譽遠播國外。這裡不只空談理念,更實際驗證了直流技術的可行性 – 從這座採用直流電設計的廠房每日能源資料,便能得到明證。

不過,菲尼克斯電氣直流電網專家 Tobias Lüke 特別強調:「這座設施同時肩負實驗測試與運轉驗證的任務。」 此示範計畫的推動團隊預期能實現更多節能與效率提升效益。規劃內容包括建置小型風力發電廠、製氫電解槽,以及利用儲存氫氣發電的燃料電池。

菲尼克斯電氣長期致力於直流技術研發與推廣,更是開放式直流聯盟(Open Direct Current Alliance, ODCA)創始成員。當年起初規劃這棟建築時,市場上幾乎找不到直流技術的應用元件與標準。Tobias Lüke 強調現狀已大不相同:「現今隨著元件普及、法規進展、專業知識累積,加上與合作夥伴的協力,其他企業投入直流技術也將更具可行性。」

布隆貝格的夜色已深。導覽即將結束,Tobias Lüke 關上了這座堪稱歐洲最具創新性的廠房大門。

夜晚的 All Electric Society Factory

總結

直流電早已深入我們日常生活的每個角落。但如果能全面評估這種能源形式,會發現驚人的節能潛力。All Electric Society Factory 正是為了挖掘這座寶藏而誕生, 它不僅是單一示範點,更將成為眾多工業與製造廠房的藍圖典範。

在生產物流和工業領域導入直流電系統,特別是在工業機器人等動態負載應用中,蘊藏著巨大的節能潛力。尖峰用電最多可減少 85%,能源效率提升幅度達 20%。

若能徹底落實,工業用電成本高昂的夢魘將不復存在。這棟建築本身即是能源生產者與儲存裝置 – 而且採用的是現有技術,並在嚴苛的實際生產環境中驗證其可行性。

作者: Phoenix Contact

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直流電網:從概念到現實

直流電技術正成為熱門話題, 但實際應用中如何運作?能帶來多大的節能潛力?又存在哪些挑戰,該如何克服?菲尼克斯電氣的專家 Tobias Lüke 將深入淺出地講解基礎原理,並透過具體案例分享實務經驗。

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菲尼克斯電氣直流專家 Tobias Lücke

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