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清潔低碳供暖需要電力電子設備

Air Pumps

英國政府最近公佈了「供暖和建築策略」,其目標是到 2028 年安裝 600,000 台熱泵。為了實現這一目標,政府將從 2022 年 4 月開始提供 5,000 英鎊 (6,636 美元) 的補助款,鼓勵屋主安裝更高效率、低碳的供暖系統,如熱泵。這些補助款旨在將熱泵的費用提高到與傳統燃氣鍋爐供暖相同的水平,並將透過一項新的 4.5 億英鎊 (5.79 億美元)、為期 3 年的鍋爐升級方案提供。

根據英國再生能源中心 (Renewable Energy Hub) 的資料,安裝一個典型熱泵的費用從 8,000 英鎊 (10,600 美元) 到 14,000 英鎊 (18,580 美元) 不等,5,000 英鎊的補助款意義重大。與燃氣鍋爐相比,熱泵可節省高達 52% 的營運費用,從而縮短新熱泵安裝的回收期 (同樣根據英國可再生能源中心的資料)。供暖建築是英國最大的碳排放來源之一,佔排放總量的 21%。低碳供暖解決方案有望成為英國實現其到 2050 年淨零碳排放承諾的關鍵。

當用於建築物供暖時,熱泵比簡單的電阻式加熱器更節能,而且熱泵的碳足跡比燃燒天然氣等化石燃料的系統更小。熱泵的有效性源於這樣一個實際情況,即傳遞指定熱量時需要做的功遠小於所傳遞的熱量。憑藉更高效率的電力電子設備,可以進一步減少傳遞指定熱量所需的功,從而提高熱泵的效率,使其更加環保並降低碳排放。

低碳且高效率的供暖系統 (如熱泵) 預計不會比燃氣鍋爐更昂貴,其購買和運轉費用可能很快就會更便宜。新計劃的目標之一是在三年內 (到 2025 年) 將熱泵的費用降低四分之一到一半。伴隨著市場擴張而出現的技術和設計改進以及產量提高有望成為降低熱泵費用的主要驅動因素。

熱泵依賴永磁 (PM) 或無刷直流 (BLDC) 馬達來驅動壓縮機和冷凝器風扇。這些馬達需要一個電子驅動系統。改進用於驅動馬達的電力電子設備將有助於降低熱泵的費用。要想在迅速擴張的熱泵市場上取得成功,就必須擁有高效率且具成本效益的馬達驅動設計,但這還不夠。最初的目標設定為 3 年期限,使上市速度至少和絕佳的設計一樣重要。縮短幾週的設計週期會在市佔率方面產生重大影響。

採用積體功率模組有助於縮短開發時間並減少零件數量。但熱泵馬達驅動系統還包括感應器和軟體。為了最大限度地減少零件數量和實現最快上市速度,整合式馬達驅動 IC 可以直接與各種感應器連接,其隨附用於定速和定轉矩操作的軟體,且滿足所有必要的國際安全要求和效能標準,包括 IEC 60335 和 60730。 政府致力於與產業合作,以協助實現到 2030 年熱泵的購買和運轉費用與化石燃料鍋爐相同的目標,隨著市場的擴展和技術的進步,預計到 2025 年將大幅降低費用。這將支援政府的新目標,即到 2035 年,英國家庭安裝的所有供暖系統都使用低碳技術,例如熱泵。

結論

英國政府透過「供暖和建築策略」制定了激勵人們安裝熱泵等清潔低碳供暖系統的計劃,並激勵熱泵製造商快速開發效率更高、費用降低多達 50% 的創新設計。先進且高度整合的馬達驅動 IC 將成為一項賦能技術。如果成功,該策略將實現安裝超過 50 萬台熱泵,顯著降低英國受到全球能源價格不穩定的影響及其對化石燃料的依賴,並且到 2035 年提供多達 240,000 個工作機會。Power Integrations 提供了許多解決這些問題的參考設計,包括:

  • RDR-851,50 W 三相變頻器,用於風扇的 BLDC 馬達,採用 BridgeSwitch BRD1260C IC;
  • RDR-852,200 W 三相變頻器,用於高壓 BLDC 馬達驅動,在 FOC 運作中搭配使用 BridgeSwitch BRD1263C IC 和 Power Integration 的 LinkSwitch-TN2 LNK3204D;
  • RDR-853,具備較高散熱效能的 300 W 三相變頻器,用於高壓 BLDC 馬達驅動,在 FOC 運作中搭配使用 BridgeSwitch BRD1265C IC 和 Power Integration 的 LinkSwitch-TN2 LNK3204D

參考資料

英國再生能源中心:https://www.renewableenergyhub.co.uk/main/heat-pumps-information/air-source-heat-pump-cost/

英國政府計劃降低清潔熱能的費用:https://www.gov.uk/government/news/plan-to-drive-down-the-cost-of-clean-heat

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