量子传感器赋能未来能源系统监测

满足能源行业日益重要且复杂的需求不仅需要卓越的设计和工程能力，还需要超越当前技术极限的先进传感器能力。提升技术解决方案的一部分将来自量子传感器，它们利用量子力学原理来提供超越当今现有经典传感器平台固有边界的新工具。

在最近发表的论文《用于能源供应实际传感应用的量子技术综述》中，EPRI 强调了量子传感如何可能帮助实现这一下一步技术跨越。通过利用叠加态、纠缠态、隧道效应、相干性和能量量子化等量子现象，量子传感器有望提供增强的灵敏度、改善的稳定性以及新的测量模式，超越经典传感器的性能边界。

这份简报概述了一系列量子传感器雄心——描述下一代传感平台为支持未来能源应用（如机组优化和数据收集）必须实现的特征。这些雄心共同指明了电力公司传感技术的发展方向以及量子技术为何可能扮演重要角色。

探测不可见之物：提升分辨率、精度和准确性

量子传感器在原子和亚原子尺度上运作，能够检测磁场、电场、应变、温度、压力及其他量值的微小变化。它们利用量子化能级、自旋状态和波基干涉的能力可以支持超越经典极限的高级分辨率和精度。

这些能力可能使电力公司能够检测早期阶段的劣化、微观结构变化以及细微异常，这些用传统的检测工具是无法观测到的。这不仅意味着更高分辨率的数据——它代表了增强的准确性和高对比度的测量，可以加强资产状态认知、支持更早的干预措施，并减少计划外停机的可能性，同时保持安全运营的基础。对于管理老化基础设施的电力公司来说，这种洞察水平成为一项战略优势。对于实施新型基础设施的电力公司来说，符合设计要求的传感技术可以帮助确保并证明运营安全。

为极限而构建：恶劣环境耐受性和低漂移运行

许多能源环境，包括核能系统、地热井和腐蚀性工业环境，会将经典传感器推向其运行极限。量子材料如钻石中的氮空位中心、硅碳化物色心、超导电路和稀土掺杂固体展现出能够在高温、高辐射、高压及其他极端条件下运行的特性。

量子传感器平台也展现出无漂移传感、减少重新校准需求以及在经典设备会劣化的地方进行长时间监测的潜力。改进的稳定性和环境耐受性转化为更低维护要求和用于支持关键决策的数据更可信赖。

更多功能，更小体积：多功能性、小型化和集成平台

简报强调了多功能数据收集的雄心，即单个量子传感器平台可以同时测量多种物理量——如磁场、应变、温度和电场。这种多功能性可以减少全面监测所需的设备数量，同时带来一种新的传感优势：将分别采集的但在时间和空间位置上完全一致的数据进行融合。

量子传感平台也在朝着小型化和便携性方向发展，使得手持检测工具、无人机传感以及传统设备难以进入位置的嵌入式监测成为可能。随着制造技术的成熟和商用现货组件变得更广泛可得，量子传感器对于电力公司的应用可能变得越来越经济实用。

面向未来电网：标准化、集成和安全数据传输

此外，EPRI 还发布了另一份报告，概述了当前传感器平台，突出了那些在近期对能源应用最具相关性的平台，并概述了对传感器驱动的机组优化可能做出的贡献。它旨在为利益相关方提供一个切入点，以了解量子传感在电力行业哪些领域可能提供实际价值。

为使量子传感规模化，它必须无缝集成到现有的电力公司系统中。这项研究强调了需要集成平台、标准化设计和可鉴定的传感器单元，能够在受监管环境中部署——特别是在核应用中，那里鉴定要求非常严格。

新兴设计优先考虑互操作性、网络安全和安全（包括有线）数据传输，确保与数字孪生、先进分析平台和现代电网监控架构的兼容性。随着量子通信技术的成熟，它们可能进一步增强关键基础设施传感的安全性和可靠性。

未来发展之路：补充经典传感器并赋能新能力

量子传感器预计不会取代经典传感器。相反，它们将补充和扩展现有工具，填补测量空白，提高精度，并赋能新的监控形式，以支持安全、可靠和经济实惠的能源系统。电力公司若及早参与，通过试点、合作伙伴关系以及参与 EPRI 的研究，可以帮助制定标准、指导投资并为传感新时代培养所需的人才。

量子传感不仅仅代表渐进式的技术进步。它提供了理解电网的新方式，并随之带来了加强未来能源系统的新机遇。

—Luke Breon 是 EPRI 首席技术负责人。