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助推雙碳計劃,無源技術或成為下一個萬億藍海

助推雙碳計劃,無源技術或成為下一個萬億藍海

2022/4/13 10:28:44

近期,深圳市科技創新委員會披露了《深圳市科技創新"十四五"規劃》相關內容。規劃中明確了“20+8”技術主攻方向,即圍繞深圳七大戰略性新興產業以及20個產業集群和八大未來產業開展技術攻關。其中,七大戰略性新興產業就提到要在新型傳感器領域開展技術攻關。

作為智能制造關鍵的感知技術,傳感器已經逐漸進入小型化、智能化和滿足低碳需求的研發階段。尤其是在近幾年雙碳政策的驅動下,越來越多的下游廠商也開始重視相關技術的應用。伴隨著物聯網的興起,各大廠商也開始后關注無源技術。

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雖然無源技術目前更多還是應用于智慧城市、智慧農業、智慧交通等物聯網場景,但是在工業領域發展無源技術的應用場景也是趨勢所向。

何為無源?

無源技術顧名思義也就是沒有電源、能量源,與承載網的無源光網絡和無源波分的無源概念類似。因為包括工業物聯網在內的物聯網領域的部分場景對于低功耗的需求較為旺盛,加上雙碳計劃的逐步推行,目前無源技術應用較為熱門領域主要是集中在物聯網領域,可以稱為“無源物聯網”。

需要指出的是,無源物聯網并不是網絡無源,而是終端節點無源,也就是說接入網絡終端節點設備不帶電源線和電池。但是芯片、傳感器、模組等節點設備始終都是要用電來收發信號的,所以準確來說這種無源技術實際上是需要獲取外部能量,例如太陽能、動能、熱能等,而且在智慧路燈、共享單車等領域已經開始應用上述能源形式。

但是,今天所被熱議的無源物聯網更多的是指基于無線電磁能量捕捉技術,這項技術是通過互聯互通的終端利用采集網絡側發射過來的無線電波,捕捉和收集能量。

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以這種技術實現無源應用其實早已成熟,在工業和物流場景中已經大量應用,那就是RFID(射頻識別)技術。簡單來說,當標簽靠近閱讀器后,接收閱讀器發出的射頻信號,產生感應電流,獲得能量。通過這點能量,標簽發送信息,實現與閱讀器的通信。

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不僅是RFID,在藍牙、WiFi等重要通信技術領域上,很多學術機構都已經做出相關技術模型。美國華盛頓大學電子工程學院層表示,通過對射頻信號的反射調制技術,可以實現無源設備供電和傳輸數據。他們正在研發除了Passive WiFi的無源技術,并進一步將該技術用于LoRa中,實現數百米長距離無源節點傳輸。

2021年8月,華為常務董事、ICT產品與解決方案總裁汪濤也曾在會議上提出了面向5.5G的無源物聯網設想,希望5G網絡能夠實現無源物聯網。

概念先行,挑戰仍存

其實關于無源物聯網的研究尚屬早期,相關技術仍有很多缺點和痛點尚未解決。

1.能量震蕩性,能量不再是單一的由高至低的靜態變化趨勢,因為環境能量不斷變化,所以呈現出的將是時高時低的動態狀態。

2.節點失衡性,無源物聯網節點中能源獲取存在隨機性和不穩定性,整個網絡中能量分布可能并不均衡,也會導致每個節點的差異。

3.能源受限性,無源物聯網獲取能量的方式不同,采集的環境能量其實非常微弱,一般在納瓦(nW)到微瓦(μW)級。

4.連接脆弱性,當某些節點的能量低于一定程度時,這些節點會成為孤立節點,導致網絡不連通。

另外,在嚴苛環境下的工業物聯網、低成本高容量的物流倉儲場景等特殊應用中,仍會面臨較大挑戰。

根據IDC、Gatner等機構的預測,在物聯網發展成熟之際,將會需要416億塊電池來提供所有在線物聯網設備收集、分析和發送數據所需的能量,這也引起了一場能源挑戰。

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但是,目前來看,各應用場景互聯互通設備的連接數并不及預期,而且機構對于全球物聯網連接數的預期也在不斷下調。筆者認為,這種情況的發生有一部分原因要歸結于背后供電方案表現出的問題,無法完全滿足實際場景應用,主要表現為:供電問題導致的系統風險、維護成本與人力成本在持續走高、使用場所有限、不利于雙碳政策落地、布線復雜等。

因此,很大一部分的物聯網終端需要一種新的、可持續供電解決方案,而無源物聯網也就是解題的根本,因為無源物聯網可實現能量的自給自足、極低的維護成本以及極低的持有成本。

另一方面,無源物聯網和無源技術的興起,實際上是全球思維轉變的正向反饋,即從制造更多能源到使用更少、利用周圍環境能源。從北美制定6G的組織Next G Alliance為例,其聚焦于研發、制造、標準化和市場等多個面向,并積極制定6G國家路線圖,確立6G技術核心優先事項。從公開信息得知,該組織也正在將無源的特點加入其6G規劃路線中。

從應用場景來看,無源技術行業應用的想象空間是巨大的,幾乎涉及到物聯網的所有行業皆可應用。例如能源行業的智能水表、智能氣表、智能電表等產品通過搭載無源模組,可實現無源化監測及實時預警,具備成本低、部署快、免維護的特點。物流行業的集裝箱、快遞包裹等產品通過搭載無源微型傳感器,可以感知一系列物理和環境數據,并將信息傳輸至網關、手機或支持低功耗藍牙(BLE)的設備上,供管理平臺參考使用。

無論是雙碳推行還是各大物聯網場景需求,無源技術都將會成為下一個藍海市場。不過,無源技術仍然處于早期階段,與物聯網發展類似,將會根據具體場景進行技術和項目落地。

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柳威
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