Energija je važan temelj 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 goruće pitanje u današnjem društvu. U tom kontekstu, integracija fotonaponskog sustava za pohranu energije s nultom emisijom ugljika kao nova vrsta mogućnosti opskrbe energijom privlači veliku pozornost i istraživanje. Posebno u industrijskim parkovima, gdje se troši velika količina energije, primjena integriranog fotonaponskog sustava za pohranu energije ne samo da može povećati stopu energetske samodostatnosti, već i smanjiti emisije ugljika, što ima veliki potencijal i praktični značaj. Stoga ovaj rad uzima sustav s nultom emisijom ugljika integriranog fotonaponskog sustava za pohranu energije u industrijskim parkovima kao predmet istraživanja, raspravlja o njegovoj primjeni i razvoju, a svrha je pružiti korisne reference i podsjetnike za promicanje ostvarivanja 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
Fotonaponska tehnologija je tehnologija koja pretvara solarnu energiju u električnu energiju korištenjem fotoelektričnog efekta Popisa poluvodičkih materijala za pretvaranje sunčeve svjetlosti u istosmjernu struju. U fotonaponskoj ćeliji, koja se sastoji od dva sloja poluvodiča različitih materijala, kada svjetlost udari u granicu između dva sloja, fotoni mogu stimulirati elektrone s niskih na visoke energetske razine, što rezultira razlikom potencijala, te stvara 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 pretvorbu u energiju. Njezin glavni princip je pretvaranje električne, mehaničke, kemijske i toplinske energije u spremnike, kao što su baterije, superkondenzatori, komprimirani zrak, hidrauličko i toplinsko skladištenje. Trenutno je tehnologija skladištenja energije postala važna potporna tehnologija za obnovljive izvore energije, koja se uglavnom koristi za uravnoteženje ponude i potražnje energije, poboljšanje kvalitete opskrbe energijom, poboljšanje učinkovitog korištenja energije i suočavanje s vršnom potražnjom za energijom. Razvojem tehnologije i razvojem scenarija primjene, izgledi primjene tehnologije skladištenja energije sve su širi.
Drugo, nužnost i važnost izgradnje energetskih sustava s nultom emisijom ugljika u industrijskim parkovima
Industrijski park je regionalni oblik gospodarske organizacije s industrijom kao vodećim, centraliziranim, intenzivnim i koordiniranim razvojem. Budući da industrijski park ima karakteristike velikih razmjera, visoke potrošnje energije i koncentrirane potrošnje energije, njegova potražnja za energijom je vrlo velika. Tradicionalne metode opskrbe energijom, poput proizvodnje energije iz ugljena i proizvodnje energije iz nafte, ne mogu zadovoljiti rastuću potražnju za energijom i imat će veliki negativan utjecaj na okoliš, pogoršavajući globalni problem klimatskih promjena. Kako bi se postigao održivi razvoj industrijskih parkova, zaštitio okoliš i smanjila potrošnja energije, izgradnja energetskog sustava s nultom emisijom ugljika postala je nužan izbor. Energetski sustavi 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 učinkovita upotreba energije i ekonomičan rad, a također mogu smanjiti emisije stakleničkih plinova i onečišćenje okoliša te postići održivi razvoj.
Treće, planiranje energetskog sustava s nultom emisijom ugljika i integriranim fotonaponskim skladištenjem energije u industrijskom parku
1. Planiranje fotonaponskih sustava za proizvodnju energije
Za ugradnju fotonaponskog sustava, ugradnja na tlu općenito je prikladna za industrijske parkove s više zemljišta, a krovna ugradnja može učinkovito iskoristiti krovni prostor industrijskog parka, štedeći zemljišne resurse. Osim toga, fotonaponski sustavi integrirani u zgradu mogli bi se koristiti za integraciju solarnih ćelija u vanjske zidove ili krovnu konstrukciju zgrade, omogućujući integraciju fotonaponske energije i zgrade radi poboljšanja učinkovitosti prostora. Ovisno o odabiru sustava za pohranu energije, integrirani fotonaponski sustav za pohranu energije u industrijskom parku može koristiti različite vrste opreme za pohranu energije, kao što su baterijski paket i superkondenzator. Baterijski paket ima visoku gustoću energije i dugoročni kapacitet pohrane, dok superkondenzator ima karakteristike brzog punjenja, dugog vijeka trajanja i jednostavnog održavanja. Prilikom projektiranja sustava za pohranu energije potrebno je uzeti u obzir potražnju za izlaznom snagom i opterećenje fotonaponskog sustava za proizvodnju energije te odabrati odgovarajuću opremu za pohranu energije i kapacitet pohrane energije kako bi se postiglo optimalno radno stanje integriranog fotonaponskog sustava za pohranu energije. Za odabir sustava za nadzor i upravljanje potrebno je odabrati visokopouzdanu i visokopreciznu opremu za nadzor, kao što su bespilotne letjelice, internet stvari, veliki podaci itd. Istovremeno, potrebno je osmisliti razumnu shemu upravljanja radom, uključujući održavanje opreme, rješavanje problema, raspoređivanje rada itd., kako bi se osigurao učinkovit rad sustava.
2. Planiranje sustava za pohranu energije
Sustav za pohranu energije planiran je kako bi se osiguralo da sustav može pohranjivati i otpuštati energiju kada je to potrebno te kako bi se uravnotežila volatilnost proizvodnje fotonaponske energije kako bi se zadovoljile potrebe industrijskih parkova. Planiranje sustava za pohranu energije mora uzeti u obzir mnoge čimbenike, uključujući vrstu sustava za pohranu energije, kapacitet pohrane energije, učinkovitost pohrane energije i vrijeme pohrane energije. Vrste sustava za pohranu energije mogu se odabrati prema opterećenju snage i karakteristikama parka, kao što su pohrana u baterijama, ultrakondenzatorska pohrana, pohrana komprimiranim zrakom, hidraulična pohrana itd. Različite vrste sustava za pohranu energije imaju različite karakteristike i primjenjivi scenariji trebali bi se temeljiti na stvarnoj potražnji. Kapacitet pohrane trebao bi biti dovoljan da zadovolji maksimalno opterećenje parka, kako bi se osiguralo da sustav za pohranu može osigurati dovoljno električne energije u slučaju nedostatka fotonaponske energije. Učinkovitost pohrane energije određuje gubitak pohrane i oslobađanja energije, stoga je potrebno odabrati učinkovitu opremu za pohranu energije i sustav upravljanja kako bi se poboljšala učinkovitost sustava za pohranu energije. Vrijeme pohrane energije treba odrediti prema karakteristikama opterećenja snage i proizvodnje fotonaponske energije kako bi se osiguralo da sustav za pohranu energije može zadovoljiti potražnju za energijom parka. Uz gore navedene čimbenike, planiranje sustava za pohranu energije također mora uzeti u obzir pouzdanost, sigurnost, troškove i održavanje sustava. Treba odabrati opremu i upravljački sustav sustava za pohranu energije s visokom pouzdanošću, dobrom sigurnošću, niskim troškovima i jednostavnim održavanjem kako bi se osigurao dugoročan stabilan rad sustava. Ukratko, planiranje sustava za pohranu energije složen je proces koji se mora temeljiti na električnom opterećenju parka i potražnji za energijom kako bi se odredilo, a istovremeno se uzimaju u obzir vrsta, kapacitet, učinkovitost, vrijeme, pouzdanost, sigurnost, troškovi i održavanje sustava za pohranu energije kako bi se osigurao dugoročan stabilan rad sustava te osigurale učinkovite i pouzdane energetske usluge s nultom emisijom ugljika za industrijske parkove.
3. Planiranje sustava upravljanja energijom
Inteligentni sustav upravljanja energijom neizostavan je dio energetskog sustava s nultom emisijom ugljika za integraciju fotonaponske energije. Može ostvariti optimalno upravljanje sustavom praćenjem i analizom fotonaponskog sustava za proizvodnju energije i skladištenje energije u stvarnom vremenu te poboljšati učinkovitost rada i iskorištavanje energije sustava. Glavne funkcije sustava upravljanja energijom uključuju prikupljanje podataka, analizu podataka, regulaciju upravljanja, dijagnozu kvarova i upravljanje održavanjem. U aspektu prikupljanja podataka, sustav upravljanja energijom može ostvariti praćenje i prikupljanje podataka fotonaponskog sustava za proizvodnju energije i sustava za skladištenje energije u stvarnom vremenu te dobiti podatke o statusu rada sustava, izlaznoj energiji, potrošnji energije i tako dalje. U aspektu analize podataka, sustav upravljanja energijom može obrađivati i analizirati podatke, otkrivati probleme u sustavu i optimizirati prostor te pružiti osnovu za donošenje odluka za rad i upravljanje sustavom. U aspektu upravljanja i regulacije, sustav upravljanja energijom može ostvariti koordinirani rad između fotonaponskog sustava za proizvodnju energije i sustava za skladištenje energije te upravljati i raspoređivati proizvodnju, skladištenje, distribuciju i korištenje energije. U aspektu dijagnoze kvarova i upravljanja održavanjem, sustav upravljanja energijom može ostvariti dijagnozu kvarova i upravljanje održavanjem te poboljšati pouzdanost i sigurnost sustava. Uz gore navedene osnovne funkcije, sustav upravljanja energijom može ostvariti i daljinsko praćenje i rad te ostvariti daljinsko praćenje i upravljanje fotonaponskim sustavima za pohranu energije diljem svijeta putem računarstva u oblaku i tehnologije Interneta stvari. Istovremeno, sustav upravljanja energijom može poboljšati performanse sustava i energetsku učinkovitost putem umjetne inteligencije, analize velikih podataka i drugih naprednih tehnologija.
U ovom radu proučava se primjena integriranog sustava fotonaponskog skladištenja energije s nultom emisijom ugljika u industrijskom parku, a sustavno se analiziraju ključne tehnologije i metode implementacije fotonaponske proizvodnje energije, sustava za skladištenje energije i sustava upravljanja energijom. Detaljno se raspravlja o tehničkoj realizaciji, dizajnu sustava i metodama 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 poboljšati istraživanje integracije fotonaponskog skladištenja energije s energetskim sustavima s nultom emisijom ugljika, ojačati integraciju s praktičnim projektima te promovirati primjenu i promociju čiste energije kako bismo dali veći doprinos održivom razvoju globalne energije.
