L'energia és una base important per a la producció i la vida humanes, i amb la creixent demanda energètica global i l'agreujament del canvi climàtic, la cerca d'alternatives energètiques més ecològiques i sostenibles s'ha convertit en un problema urgent en la societat actual. En aquest context, la integració de l'emmagatzematge d'energia fotovoltaica amb un sistema d'energia zero emissions de carboni com a nou tipus d'opcions de subministrament d'energia, ha rebut molta atenció i exploració. Especialment en parcs industrials, on es consumeix una gran quantitat d'energia, l'aplicació d'un sistema integrat d'emmagatzematge d'energia fotovoltaica no només pot augmentar la taxa d'autosuficiència energètica, sinó també reduir les emissions de carboni, cosa que té un gran potencial i una importància pràctica. Per tant, aquest article pren el sistema d'energia zero emissions de carboni integrat d'emmagatzematge d'energia fotovoltaica en parcs industrials com a objecte de recerca, i en discuteix l'aplicació i el desenvolupament, amb l'objectiu de proporcionar una referència beneficiosa per promoure la realització de l'energia zero emissions de carboni i l'optimització de la gestió energètica en parcs industrials.
Primer, principi i estat de desenvolupament de la tecnologia fotovoltaica i d'emmagatzematge d'energia
1. El principi i el desenvolupament de la tecnologia fotovoltaica
La tecnologia fotovoltaica és una tecnologia que converteix l'energia solar en electricitat utilitzant l'efecte fotoelèctric de la llista de materials semiconductors per convertir la llum solar en corrent continu. En una cèl·lula fotovoltaica, que consisteix en dues capes de semiconductors de materials diferents, quan la llum incideix sobre la interfície entre les dues capes, els fotons poden estimular els electrons de nivells d'energia baixos a alts, donant lloc a una diferència de potencial, per formar un corrent elèctric.
2. El principi i l'estat de desenvolupament de la tecnologia d'emmagatzematge d'energia
La tecnologia d'emmagatzematge d'energia fa referència a l'energia en forma d'emmagatzematge i, quan cal, la seva reconversió en tecnologia energètica. El seu principi principal és convertir l'energia elèctrica, mecànica, química i tèrmica en emmagatzematge, com ara bateries, supercondensadors, aire comprimit, emmagatzematge hidràulic i tèrmic. Actualment, la tecnologia d'emmagatzematge d'energia s'ha convertit en una important tecnologia de suport a les energies renovables, que s'utilitza principalment per equilibrar el subministrament i la demanda d'energia, millorar la qualitat del subministrament d'energia, millorar l'ús eficient de l'energia i fer front a la demanda màxima d'energia. Amb el desenvolupament de la tecnologia i el desenvolupament d'escenaris d'aplicació, les perspectives d'aplicació de la tecnologia d'emmagatzematge d'energia són cada cop més àmplies.
En segon lloc, la necessitat i la importància de la construcció de sistemes energètics zero emissions de carboni en parcs industrials
Un parc industrial és una forma d'organització econòmica regional amb la indústria com a principal desenvolupament centralitzat, intensiu i coordinat. A causa de les característiques de gran escala, alt consum d'energia i consum concentrat d'energia del parc industrial, la seva demanda d'energia és molt gran. Els mètodes tradicionals de subministrament d'energia, com la generació d'energia a partir de carbó i la generació d'energia a partir de petroli, no poden satisfer la creixent demanda d'energia i tindran un gran impacte negatiu sobre el medi ambient, agreujant el problema del canvi climàtic global. Per aconseguir el desenvolupament sostenible dels parcs industrials, protegir el medi ambient i reduir el consum d'energia, la construcció d'un sistema energètic zero emissions de carboni s'ha convertit en una opció necessària. Els sistemes energètics zero emissions de carboni no només poden satisfer les necessitats energètiques dels parcs industrials, sinó que també poden integrar energies renovables, emmagatzematge d'energia, gestió d'energia i altres tecnologies per aconseguir un ús eficient de l'energia i un funcionament econòmic, i també poden reduir les emissions de gasos d'efecte hivernacle i la contaminació ambiental, i aconseguir un desenvolupament sostenible.
En tercer lloc, la planificació d'un sistema d'energia zero emissions de carboni d'emmagatzematge d'energia fotovoltaica integrat en un parc industrial
1. Planificació de sistemes de generació d'energia fotovoltaica
Per a la instal·lació del sistema fotovoltaic, la instal·lació a terra és generalment adequada per al parc industrial amb més terreny, i la instal·lació a la coberta pot utilitzar eficaçment l'espai de la coberta de la planta del parc industrial, estalviant recursos terrestres. A més, la fotovoltaica integrada a l'edifici solar es podria utilitzar per integrar cèl·lules solars a les parets exteriors de l'edifici o a l'estructura de la coberta, permetent la integració de l'energia fotovoltaica i l'edifici per millorar l'eficiència de l'espai. Segons l'elecció del sistema d'emmagatzematge d'energia, el sistema d'emmagatzematge d'energia fotovoltaica integrat al parc industrial pot utilitzar diferents tipus d'equips d'emmagatzematge d'energia, com ara bateries i supercondensadors. Les bateries tenen una alta densitat d'energia i capacitat d'emmagatzematge a llarg termini, mentre que el supercondensador té les característiques de càrrega ràpida, llarga vida útil i manteniment senzill. En el disseny del sistema d'emmagatzematge d'energia, cal tenir en compte la demanda de potència de sortida i la càrrega del sistema de generació d'energia fotovoltaica, i seleccionar l'equip d'emmagatzematge d'energia i la capacitat d'emmagatzematge d'energia adequats per aconseguir l'estat de funcionament òptim del sistema d'emmagatzematge d'energia fotovoltaica integrat. Per a l'elecció del sistema de monitorització i gestió, cal triar equips de monitorització d'alta fiabilitat i alta precisió, com ara UAV, IoT, big data, etc. Al mateix temps, cal dissenyar un esquema de gestió d'operacions raonable, que inclogui el manteniment dels equips, la resolució de problemes, la programació d'operacions, etc., per garantir el funcionament eficient del sistema.
2. Planificació del sistema d'emmagatzematge d'energia
El sistema d'emmagatzematge d'energia està planificat per garantir que el sistema pugui emmagatzemar i alliberar energia quan sigui necessari, i per equilibrar la volatilitat de la generació d'energia fotovoltaica per satisfer les necessitats dels parcs industrials. La planificació del sistema d'emmagatzematge d'energia ha de tenir en compte molts factors, com ara el tipus de sistema d'emmagatzematge d'energia, la capacitat d'emmagatzematge d'energia, l'eficiència d'emmagatzematge d'energia i el temps d'emmagatzematge d'energia. Els tipus de sistemes d'emmagatzematge d'energia es poden seleccionar segons la càrrega de potència i les característiques del parc, com ara l'emmagatzematge de bateries, l'emmagatzematge d'ultracondensadors, l'emmagatzematge d'aire comprimit, l'emmagatzematge hidràulic, etc. Els diferents tipus de sistemes d'emmagatzematge d'energia tenen diferents característiques i escenaris aplicables, i s'han de basar en la demanda real a triar. La capacitat d'emmagatzematge ha de ser suficient per satisfer la càrrega màxima del parc, per garantir que el sistema d'emmagatzematge pugui proporcionar prou electricitat en cas d'escassetat d'energia fotovoltaica. L'eficiència de l'emmagatzematge d'energia determina la pèrdua d'emmagatzematge i alliberament d'energia, per la qual cosa cal seleccionar equips d'emmagatzematge d'energia i sistemes de control eficients per millorar l'eficiència del sistema d'emmagatzematge d'energia. El temps d'emmagatzematge d'energia s'ha de determinar segons les característiques de la càrrega de potència i la generació d'energia fotovoltaica per garantir que el sistema d'emmagatzematge d'energia pugui satisfer la demanda de potència del parc. A més dels factors esmentats, la planificació del sistema d'emmagatzematge d'energia també ha de tenir en compte la fiabilitat, la seguretat, el cost i el manteniment del sistema. Cal seleccionar l'equip i el sistema de control del sistema d'emmagatzematge d'energia amb alta fiabilitat, bona seguretat, baix cost i fàcil manteniment per garantir el funcionament estable a llarg termini del sistema. En resum, la planificació del sistema d'emmagatzematge d'energia és un procés complex, que s'ha de basar en la càrrega elèctrica i la demanda d'energia del parc per determinar, alhora, el tipus, la capacitat, l'eficiència, el temps, la fiabilitat, la seguretat, el cost i el manteniment del sistema d'emmagatzematge d'energia per garantir el funcionament estable a llarg termini del sistema i proporcionar serveis energètics zero emissions de carboni eficients i fiables per als parcs industrials.
3. Planificació d'un sistema de gestió energètica
El sistema intel·ligent de gestió d'energia és una part indispensable del sistema d'energia zero carboni i integració d'emmagatzematge d'energia fotovoltaica. Pot aconseguir un control òptim del sistema mitjançant la monitorització i l'anàlisi en temps real del sistema de generació i emmagatzematge d'energia fotovoltaica, i millorar l'eficiència operativa i l'eficiència en la utilització de l'energia del sistema. Les funcions principals del sistema de gestió d'energia inclouen l'adquisició de dades, l'anàlisi de dades, la regulació del control, el diagnòstic de fallades i la gestió del manteniment. Pel que fa a l'adquisició de dades, el sistema de gestió d'energia pot aconseguir una monitorització i adquisició de dades en temps real del sistema de generació d'energia fotovoltaica i del sistema d'emmagatzematge d'energia, i obtenir dades de l'estat de funcionament del sistema, la producció d'energia, el consum d'energia, etc. Pel que fa a l'anàlisi de dades, el sistema de gestió d'energia pot processar i analitzar les dades, descobrir els problemes del sistema i optimitzar l'espai, i proporcionar una base per a la presa de decisions per al funcionament i la gestió del sistema. Pel que fa al control i la regulació, el sistema de gestió d'energia pot aconseguir un funcionament coordinat entre la generació d'energia fotovoltaica i el sistema d'emmagatzematge d'energia, i gestionar i despatxar la generació, l'emmagatzematge, la distribució i l'ús de l'energia. Pel que fa al diagnòstic de fallades i la gestió del manteniment, el sistema de gestió d'energia pot aconseguir un diagnòstic de fallades i una gestió del manteniment, i millorar la fiabilitat i la seguretat del sistema. A més de les funcions bàsiques esmentades anteriorment, el sistema de gestió d'energia també pot realitzar monitorització i operació remots, i realitzar monitorització i gestió remota de sistemes d'emmagatzematge d'energia fotovoltaica a tot el món a través de la computació en núvol i la tecnologia de l'Internet de les Coses. Al mateix temps, el sistema de gestió d'energia també pot millorar el rendiment del sistema i l'eficiència energètica mitjançant la intel·ligència artificial, l'anàlisi de big data i altres tecnologies avançades.
En aquest article, s'estudia l'aplicació d'un sistema integrat d'emmagatzematge d'energia fotovoltaica amb zero emissions de carboni en un parc industrial, i s'analitzen sistemàticament les tecnologies clau i els mètodes d'implementació de la generació d'energia fotovoltaica, el sistema d'emmagatzematge d'energia i el sistema de gestió d'energia, i es discuteixen detalladament la realització tècnica, el disseny del sistema i els mètodes d'optimització. Creiem que les idees de planificació i disseny presentades en aquest article poden proporcionar noves idees i mètodes per al desenvolupament d'energies netes en escenaris d'aplicació similars. En el futur, millorarem encara més la recerca sobre la integració de l'emmagatzematge d'energia fotovoltaica amb sistemes d'energia amb zero emissions de carboni, reforçarem la integració amb projectes pràctics i promourem l'aplicació i la promoció de l'energia neta, per tal de fer una major contribució al desenvolupament sostenible de l'energia global.
