Енергията е важна основа за човешкото производство и живот, а с нарастващото глобално търсене на енергия и влошаването на изменението на климата, търсенето на по-екологични и по-устойчиви енергийни алтернативи се превърна в належащ проблем в днешното общество. В този контекст, интеграцията на фотоволтаични системи за съхранение на енергия като нов вид енергийни опции е обект на голямо внимание и проучване. Особено в индустриалните паркове, където се консумира голямо количество енергия, прилагането на интегрирани фотоволтаични системи за съхранение на енергия може не само да увеличи степента на енергийна самодостатъчност, но и да намали въглеродните емисии, което има голям потенциал и практическо значение. Следователно, тази статия разглежда системата за интегрирано фотоволтаично съхранение на енергия в индустриални паркове с нулево въглеродно съдържание като обект на изследване, обсъжда нейното приложение и развитие, като целта е да предостави полезна справка и ориентир за насърчаване на реализацията на енергия с нулево въглеродно съдържание и оптимизиране на управлението на енергията в индустриалните паркове.
Първо, принцип и състояние на развитие на фотоволтаичната технология и технологията за съхранение на енергия
1. Принципът и развитието на фотоволтаичната технология
Фотоволтаичната технология е технология, която преобразува слънчевата енергия в електричество, като използва фотоелектричния ефект на полупроводниковите материали, за да преобразува слънчевата светлина в постоянен ток. Във фотоволтаична клетка, която се състои от два слоя полупроводници от различни материали, когато светлината попадне върху границата между двата слоя, фотоните могат да стимулират електрони от ниски към високи енергийни нива, което води до потенциална разлика, за да образуват електрически ток.
2. Принципът и състоянието на развитие на технологията за съхранение на енергия
Технологията за съхранение на енергия се отнася до преобразуването на енергията в складирана форма и, когато е необходимо, повторното ѝ преобразуване в енергия. Основният ѝ принцип е да преобразува електрическата, механичната, химическата и топлинната енергия в акумулатори, като например батерии, суперкондензатори, сгъстен въздух, хидравлично и термично съхранение. В момента технологията за съхранение на енергия се е превърнала във важна поддържаща технология за възобновяема енергия, използвана главно за балансиране на търсенето и предлагането на енергия, подобряване на качеството на енергоснабдяването, подобряване на ефективното използване на енергията и справяне с пиковото търсене на енергия. С развитието на технологиите и разработването на сценарии за приложение, перспективите за приложение на технологията за съхранение на енергия стават все по-широки.
Второ, необходимостта и значението на изграждането на енергийни системи с нулеви въглеродни емисии в индустриалните паркове
Индустриалният парк е регионална форма на икономическа организация, в която индустрията е водеща, централизирана, интензивна и координирана структура на развитието. Тъй като индустриалният парк се характеризира с голям мащаб, висока консумация на енергия и концентрирана консумация на енергия, търсенето му на енергия е много голямо. Традиционните методи за енергоснабдяване, като например производството на електроенергия от въглища и нафта, не могат да отговорят на нарастващото търсене на енергия и ще имат голямо отрицателно въздействие върху околната среда, изостряйки проблема с глобалното изменение на климата. За да се постигне устойчиво развитие на индустриалните паркове, да се защити околната среда и да се намали потреблението на енергия, изграждането на енергийна система с нулеви въглеродни емисии се е превърнало в необходим избор. Енергийните системи с нулеви въглеродни емисии могат не само да задоволят енергийните нужди на индустриалните паркове, но и да интегрират възобновяема енергия, съхранение на енергия, управление на енергията и други технологии за постигане на ефективно използване на енергията и икономична експлоатация. Те могат също така да намалят емисиите на парникови газове и замърсяването на околната среда и да постигнат устойчиво развитие.
Трето, планиране на система за безвъглеродна енергия с интегрирано фотоволтаично съхранение на енергия в индустриален парк
1. Планиране на фотоволтаични системи за производство на електроенергия
За инсталиране на фотоволтаична система, наземната инсталация обикновено е подходяща за индустриални паркове с по-голяма площ, а покривната инсталация може ефективно да използва покривното пространство на индустриалния парк, спестявайки земни ресурси. Освен това, интегрираните в сградата фотоволтаични системи могат да се използват за интегриране на слънчеви клетки във външните стени на сградата или покривната конструкция, което позволява интегрирането на фотоволтаична енергия и подобряване на пространствената ефективност на сградата. В зависимост от избора на система за съхранение на енергия, интегрираната фотоволтаична система за съхранение на енергия в индустриалния парк може да използва различни видове оборудване за съхранение на енергия, като например батерии и суперкондензатори. Батерийните батерии имат висока енергийна плътност и дългосрочен капацитет за съхранение, докато суперкондензаторът има характеристиките на бързо зареждане, дълъг живот и лесна поддръжка. При проектирането на системата за съхранение на енергия е необходимо да се вземат предвид изискванията за изходна мощност и натоварване на фотоволтаичната система за генериране на енергия, както и да се избере подходящо оборудване за съхранение на енергия и капацитет за съхранение на енергия, за да се постигне оптимално работно състояние на интегрираната фотоволтаична система за съхранение на енергия. За избора на система за мониторинг и управление е необходимо да се избере високонадеждно и прецизно оборудване за мониторинг, като например безпилотни летателни апарати (UAV), интернет на нещата (IoT), големи данни (Big Data) и др. В същото време е необходимо да се разработи разумна схема за управление на работата, включително поддръжка на оборудването, отстраняване на неизправности, планиране на работата и др., за да се осигури ефективна работа на системата.
2. Планиране на система за съхранение на енергия
Системата за съхранение на енергия е планирана така, че да гарантира, че системата може да съхранява и освобождава енергия, когато е необходимо, и да балансира нестабилността на фотоволтаичното производство на енергия, за да отговори на нуждите на индустриалните паркове. Планирането на системата за съхранение на енергия трябва да вземе предвид много фактори, включително вида на системата за съхранение на енергия, капацитета за съхранение на енергия, ефективността на съхранение на енергия и времето за съхранение на енергия. Видовете системи за съхранение на енергия могат да бъдат избрани според натоварването на мощността и характеристиките на парка, като например съхранение на батерии, съхранение на ултракондензатори, съхранение на сгъстен въздух, хидравлично съхранение и др. Различните видове системи за съхранение на енергия имат различни характеристики и приложимите сценарии трябва да се основават на действителното търсене. Капацитетът за съхранение трябва да е достатъчен, за да отговори на максималното натоварване на парка, за да се гарантира, че системата за съхранение може да осигури достатъчно електроенергия в случай на недостиг на фотоволтаична енергия. Ефективността на съхранение на енергия определя загубата на съхранение и освобождаване на енергия, така че е необходимо да се избере ефективно оборудване за съхранение на енергия и система за управление, за да се подобри ефективността на системата за съхранение на енергия. Времето за съхранение на енергия трябва да се определя според характеристиките на натоварването на мощността и производството на фотоволтаична енергия, за да се гарантира, че системата за съхранение на енергия може да отговори на търсенето на енергия на парка. В допълнение към горепосочените фактори, планирането на системата за съхранение на енергия трябва да вземе предвид и нейната надеждност, безопасност, цена и поддръжка. Оборудването и системата за управление на системата за съхранение на енергия с висока надеждност, добра безопасност, ниска цена и лесна поддръжка трябва да бъдат избрани, за да се осигури дългосрочна стабилна работа на системата. В обобщение, планирането на системата за съхранение на енергия е сложен процес, който трябва да се основава на електрическото натоварване и енергийните нужди на парка, за да се определи едновременно видът, капацитетът, ефективността, времето, надеждността, безопасността, цената и поддръжката на системата за съхранение на енергия, за да се осигури дългосрочна стабилна работа на системата и да се осигурят ефективни и надеждни енергийни услуги с нулеви въглеродни емисии за индустриалните паркове.
3. Планиране на система за управление на енергията
Интелигентната система за управление на енергията е неразделна част от интеграцията на фотоволтаична система за съхранение на енергия с нулеви въглеродни емисии. Тя може да реализира оптимален контрол на системата чрез наблюдение и анализ в реално време на фотоволтаичната система за производство и съхранение на енергия, и да подобри оперативната ефективност и ефективността на използване на енергията на системата. Основните функции на системата за управление на енергията включват събиране на данни, анализ на данни, регулиране на контрола, диагностика на повреди и управление на поддръжката. По отношение на събирането на данни, системата за управление на енергията може да реализира наблюдение и събиране на данни в реално време на фотоволтаичната система за производство и съхранение на енергия, и да получава данни за работното състояние на системата, енергийния добив, потреблението на енергия и т.н. По отношение на анализа на данните, системата за управление на енергията може да обработва и анализира данните, да открива проблеми в системата и да оптимизира пространството, както и да предоставя основа за вземане на решения за работата и управлението на системата. По отношение на контрола и регулирането, системата за управление на енергията може да реализира координирана работа между фотоволтаичната система за производство на енергия и системата за съхранение на енергия, както и да управлява и разпределя производството, съхранението, разпределението и използването на енергия. По отношение на диагностиката на повреди и управлението на поддръжката, системата за управление на енергията може да реализира диагностика на повреди и управление на поддръжката, и да подобри надеждността и сигурността на системата. В допълнение към основните функции, споменати по-горе, системата за управление на енергията може да осъществява и дистанционно наблюдение и работа, както и дистанционно наблюдение и управление на фотоволтаични системи за съхранение на енергия по целия свят чрез облачни изчисления и технологии за интернет на нещата. В същото време, системата за управление на енергията може също да подобри производителността на системата и енергийната ефективност чрез изкуствен интелект, анализ на големи данни и други съвременни технологии.
В тази статия се изследва приложението на интегрирана система за съхранение на фотоволтаична енергия с нулеви въглеродни емисии в индустриален парк, като се анализират систематично ключовите технологии и методи за внедряване на фотоволтаично производство на енергия, системи за съхранение на енергия и системи за управление на енергията. Техническата реализация, проектирането на системата и методите за оптимизация са разгледани подробно. Вярваме, че идеите за планиране и проектиране, представени в тази статия, могат да предоставят нови идеи и методи за развитие на чиста енергия при подобни сценарии на приложение. В бъдеще ще подобрим допълнително изследванията върху интеграцията на фотоволтаичното съхранение на енергия с енергийни системи с нулеви въглеродни емисии, ще засилим интеграцията с практически проекти и ще насърчим прилагането и популяризирането на чиста енергия, за да допринесем по-голямо за устойчивото развитие на световната енергетика.
