Energija je važna osnova za ljudsku proizvodnju i život, a s rastućom globalnom potražnjom za energijom i pogoršanjem klimatskih promjena, potraga za zelenijim i održivijim energetskim alternativama postala je hitno pitanje u današnjem društvu. U tom kontekstu, integracija fotonaponskog skladištenja energije u sisteme s nultom emisijom ugljika kao nova vrsta opcija snabdijevanja energijom, privlači veliku pažnju i istraživanje. Posebno u industrijskim parkovima, gdje se troši velika količina energije, primjena integriranog fotonaponskog sistema za skladištenje energije ne samo da može povećati stopu energetske samodovoljnosti, već i smanjiti emisije ugljika, što ima veliki potencijal i praktični značaj. Stoga, ovaj rad uzima sistem s nultom emisijom ugljika za integrirano fotonaponsko skladištenje energije u industrijskim parkovima kao predmet istraživanja, razmatra njegovu primjenu i razvoj, a cilj je pružiti korisne reference i podsjetnike za promoviranje realizacije energije s nultom emisijom ugljika i optimizaciju upravljanja energijom u industrijskim parkovima.
Prvo, princip i status razvoja fotonaponske tehnologije i tehnologije skladištenja energije
1. Princip i razvoj fotonaponske tehnologije
Fotovoltaična tehnologija je tehnologija koja pretvara solarnu energiju u električnu energiju korištenjem fotoelektričnog efekta Liste poluprovodničkih materijala za pretvaranje sunčeve svjetlosti u jednosmjernu struju. U fotonaponskoj ćeliji, koja se sastoji od dva sloja poluprovodnika od različitih materijala, kada svjetlost udari u graničnu površinu između dva sloja, fotoni mogu stimulirati elektrone od niskih do visokih energetskih nivoa, što rezultira potencijalnom razlikom, kako bi formirali električnu struju.
2. Princip i razvojni status tehnologije skladištenja energije
Tehnologija skladištenja energije odnosi se na pretvaranje energije u oblik skladištenja i, kada je potrebno, ponovnu konverziju u energiju. Njen glavni princip je pretvaranje električne, mehaničke, hemijske i toplotne energije u skladište, kao što su baterije, superkondenzatori, komprimirani zrak, hidraulično i termalno skladištenje. Trenutno je tehnologija skladištenja energije postala važna tehnologija podrške obnovljivim izvorima energije, koja se uglavnom koristi za uravnoteženje ponude i potražnje energije, poboljšanje kvalitete opskrbe energijom, poboljšanje efikasnog korištenja energije i suočavanje s vršnom potražnjom za energijom. S razvojem tehnologije i razvojem scenarija primjene, perspektive primjene tehnologije skladištenja energije su sve šire.
Drugo, potreba i važnost izgradnje energetskih sistema s nultom emisijom ugljika u industrijskim parkovima
Industrijski park je regionalni oblik ekonomske organizacije u kojem industrija predstavlja vodeći, centralizirani, intenzivni i koordinirani razvoj. Budući da industrijski park ima karakteristike velikih razmjera, visoke potrošnje energije i koncentrirane potrošnje energije, njegova potražnja za energijom je vrlo velika. Tradicionalne metode snabdijevanja energijom, poput proizvodnje energije iz uglja i proizvodnje energije iz nafte, ne mogu zadovoljiti rastuću potražnju za energijom i imat će veliki negativan utjecaj na okoliš, pogoršavajući problem globalnih klimatskih promjena. Kako bi se postigao održivi razvoj industrijskih parkova, zaštitila okolišna sredina i smanjila potrošnja energije, izgradnja energetskog sistema s nultom emisijom ugljika postala je neophodan izbor. Energetski sistemi s nultom emisijom ugljika ne samo da mogu zadovoljiti energetske potrebe industrijskih parkova, već i integrirati obnovljive izvore energije, skladištenje energije, upravljanje energijom i druge tehnologije kako bi se postigla efikasna upotreba energije i ekonomičan rad, a također može smanjiti emisije stakleničkih plinova i zagađenje okoliša te postići održivi razvoj.
Treće, planiranje energetskog sistema s nultom emisijom ugljika za integrirano fotonaponsko skladištenje energije u industrijskom parku
1. Planiranje fotonaponskih sistema za proizvodnju energije
Za instalaciju PV sistema, instalacija na zemlji je uglavnom pogodna za industrijske parkove sa više zemljišta, a krovna instalacija može efikasno iskoristiti krovni prostor industrijskog parka, štedeći zemljišne resurse. Pored toga, solarni fotonaponski sistemi integrirani u zgradu mogu se koristiti za integraciju solarnih ćelija u vanjske zidove zgrade ili krovnu konstrukciju, omogućavajući integraciju fotonaponske energije i zgrade radi poboljšanja efikasnosti prostora. U skladu sa izborom sistema za skladištenje energije, integrisani fotonaponski sistem za skladištenje energije u industrijskom parku može koristiti različite vrste opreme za skladištenje energije, kao što su baterijski paket i superkondenzator. Baterijski paket ima visoku gustinu energije i dugoročni kapacitet skladištenja, dok superkondenzator ima karakteristike brzog punjenja, dugog vijeka trajanja i jednostavnog održavanja. Prilikom projektovanja sistema za skladištenje energije, potrebno je uzeti u obzir potražnju za izlaznom snagom i opterećenje fotonaponskog sistema za proizvodnju energije, te odabrati odgovarajuću opremu za skladištenje energije i kapacitet skladištenja energije kako bi se postiglo optimalno radno stanje integrisanog fotonaponskog sistema za skladištenje energije. Za izbor sistema za nadzor i upravljanje, potrebno je odabrati visokopouzdanu i visokopreciznu opremu za nadzor, kao što su bespilotne letjelice (UAV), internet stvari (IoT), veliki podaci (Big Data) itd. Istovremeno, potrebno je osmisliti razumnu shemu upravljanja radom, uključujući održavanje opreme, rješavanje problema, planiranje rada itd., kako bi se osigurao efikasan rad sistema.
2. Planiranje sistema za skladištenje energije
Sistem za skladištenje energije planiran je tako da osigura da sistem može skladištiti i otpuštati energiju kada je to potrebno, te da uravnoteži nestabilnost proizvodnje fotonaponske energije kako bi se zadovoljile potrebe industrijskih parkova. Planiranje sistema za skladištenje energije mora uzeti u obzir mnoge faktore, uključujući vrstu sistema za skladištenje energije, kapacitet skladištenja energije, efikasnost skladištenja energije i vrijeme skladištenja energije. Vrste sistema za skladištenje energije mogu se odabrati prema opterećenju i karakteristikama parka, kao što su skladištenje u baterijama, skladištenje u ultrakondenzatorima, skladištenje komprimovanim vazduhom, hidraulično skladištenje itd. Različite vrste sistema za skladištenje energije imaju različite karakteristike i primjenjivi scenariji trebaju se birati na osnovu stvarne potražnje. Kapacitet skladištenja treba biti dovoljan da zadovolji maksimalno opterećenje parka, kako bi se osiguralo da sistem za skladištenje može obezbijediti dovoljno električne energije u slučaju nedostatka fotonaponske energije. Efikasnost skladištenja energije određuje gubitak skladištenja i oslobađanja energije, pa je potrebno odabrati efikasnu opremu za skladištenje energije i sistem upravljanja kako bi se poboljšala efikasnost sistema za skladištenje energije. Vrijeme skladištenja energije treba odrediti prema karakteristikama opterećenja i proizvodnje fotonaponske energije kako bi se osiguralo da sistem za skladištenje energije može zadovoljiti potražnju za energijom parka. Pored gore navedenih faktora, planiranje sistema za skladištenje energije također mora uzeti u obzir pouzdanost, sigurnost, troškove i održavanje sistema. Treba odabrati opremu i sistem upravljanja sistemom za skladištenje energije s visokom pouzdanošću, dobrom sigurnošću, niskim troškovima i jednostavnim održavanjem kako bi se osigurao dugoročan stabilan rad sistema. Ukratko, planiranje sistema za skladištenje energije je složen proces koji se mora zasnivati na opterećenju električnom energijom parka i potražnji za energijom kako bi se odredilo, a istovremeno se uzimaju u obzir vrsta, kapacitet, efikasnost, vrijeme, pouzdanost, sigurnost, troškovi i održavanje sistema za skladištenje energije kako bi se osigurao dugoročan stabilan rad sistema i obezbijedile efikasne i pouzdane energetske usluge s nultom emisijom ugljika za industrijske parkove.
3. Planiranje sistema upravljanja energijom
Inteligentni sistem upravljanja energijom (ISU) je neizostavan dio energetskog sistema sa nultom emisijom ugljika za integraciju fotonaponske energije i skladištenje energije. Može ostvariti optimalnu kontrolu sistema praćenjem i analizom fotonaponskog sistema za proizvodnju energije i skladištenje energije u realnom vremenu, te poboljšati efikasnost rada i efikasnost korištenja energije sistema. Glavne funkcije sistema upravljanja energijom uključuju prikupljanje podataka, analizu podataka, regulaciju upravljanja, dijagnozu kvarova i upravljanje održavanjem. U aspektu prikupljanja podataka, sistem upravljanja energijom može ostvariti praćenje i prikupljanje podataka fotonaponskog sistema za proizvodnju energije i sistema za skladištenje energije u realnom vremenu, te dobiti podatke o statusu rada sistema, energetskoj proizvodnji, potrošnji energije i tako dalje. U aspektu analize podataka, sistem upravljanja energijom može obrađivati i analizirati podatke, otkrivati probleme u sistemu i optimizirati prostor, te pružiti osnovu za donošenje odluka za rad i upravljanje sistemom. U aspektu kontrole i regulacije, sistem upravljanja energijom može ostvariti koordinirani rad između fotonaponskog sistema za proizvodnju energije i sistema za skladištenje energije, te upravljati i raspoređivati proizvodnju, skladištenje, distribuciju i korištenje energije. U aspektu dijagnoze kvarova i upravljanja održavanjem, sistem upravljanja energijom može ostvariti dijagnozu kvarova i upravljanje održavanjem, te poboljšati pouzdanost i sigurnost sistema. Pored osnovnih funkcija navedenih gore, sistem za upravljanje energijom može ostvariti i daljinsko praćenje i rad, te ostvariti daljinsko praćenje i upravljanje fotonaponskim sistemima za skladištenje energije širom svijeta putem računarstva u oblaku i tehnologije Interneta stvari. Istovremeno, sistem za upravljanje energijom može poboljšati performanse sistema i energetsku efikasnost putem vještačke inteligencije, analize velikih podataka i drugih naprednih tehnologija.
U ovom radu se proučava primjena integriranog sistema fotonaponskog skladištenja energije s nultom emisijom ugljika u industrijskom parku, a sistematski se analiziraju ključne tehnologije i metode implementacije fotonaponske proizvodnje energije, sistema za skladištenje energije i sistema za upravljanje energijom. Detaljno se razmatra tehnička realizacija, dizajn sistema i metode optimizacije. Vjerujemo da ideje za planiranje i dizajn predstavljene u ovom radu mogu pružiti nove ideje i metode za razvoj čiste energije u sličnim scenarijima primjene. U budućnosti ćemo dodatno unaprijediti istraživanje integracije fotonaponskog skladištenja energije sa sistemima s nultom emisijom ugljika, ojačati integraciju s praktičnim projektima i promovirati primjenu i promociju čiste energije, kako bismo dali veći doprinos održivom razvoju globalne energije.
