מחקר על תכנון מערכת אנרגיה אפס פחמן של אחסון אנרגיה פוטו-וולטאית משולבת בפארק תעשייתי

1. תכנון מערכות ייצור חשמל פוטו-וולטאיות
להתקנת מערכת פוטו-וולטאית, התקנה קרקעית מתאימה בדרך כלל לפארק תעשייה עם שטח גדול יותר, והתקנת הגג יכולה לנצל ביעילות את שטח הגג של מפעל הפארק התעשייתי, ובכך לחסוך במשאבי קרקע. בנוסף, ניתן להשתמש במערכות פוטו-וולטאיות משולבות במבנה כדי לשלב תאים סולאריים בקירות החיצוניים של הבניין או במבנה הגג, מה שמאפשר שילוב של אנרגיה פוטו-וולטאית ושיפור יעילות החלל בבניין. בהתאם לבחירת מערכת אחסון האנרגיה, מערכת אחסון אנרגיה פוטו-וולטאית משולבת בפארק תעשייה יכולה להשתמש בסוגים שונים של ציוד אחסון אנרגיה, כגון חבילת סוללות וקבל-על. חבילת הסוללות בעלת צפיפות אנרגיה גבוהה וקיבולת אחסון לטווח ארוך, בעוד שלקבל-על יש מאפיינים של טעינה מהירה, אורך חיים ארוך ותחזוקה פשוטה. בתכנון מערכת אחסון אנרגיה, יש צורך לקחת בחשבון את דרישת הספק המוצא והעומס של מערכת ייצור החשמל הפוטו-וולטאית, ולבחור ציוד אחסון אנרגיה וקיבולת אחסון אנרגיה מתאימים על מנת להשיג את מצב הפעולה האופטימלי של מערכת אחסון אנרגיה פוטו-וולטאית משולבת. בבחירת מערכת ניטור וניהול, יש צורך לבחור ציוד ניטור בעל אמינות גבוהה ודיוק גבוה, כגון רחפנים, האינטרנט של הדברים, ביג דאטה וכו'. במקביל, יש צורך לתכנן תוכנית ניהול תפעול סבירה, הכוללת תחזוקת ציוד, פתרון בעיות, תזמון תפעול וכו', כדי להבטיח את פעולת המערכת היעילה.

2. תכנון מערכת אחסון אנרגיה
מערכת אחסון האנרגיה מתוכננת כך שתבטיח שהמערכת תוכל לאגור ולשחרר אנרגיה בעת הצורך, ולאזן את התנודתיות של ייצור חשמל פוטו-וולטאי כדי לענות על צרכי פארקי התעשייה. תכנון מערכת אחסון האנרגיה צריך לקחת בחשבון גורמים רבים, כולל סוג מערכת אחסון האנרגיה, קיבולת אחסון האנרגיה, יעילות אחסון האנרגיה וזמן אחסון האנרגיה. ניתן לבחור את סוגי מערכות אחסון האנרגיה בהתאם לעומס החשמל ולמאפייני הפארק, כגון אחסון סוללות, אחסון אולטרה-קבלים, אחסון אוויר דחוס, אחסון הידראולי וכו'. לסוגים שונים של מערכות אחסון אנרגיה יש מאפיינים שונים ותרחישים רלוונטיים, ויש לבחור אותם בהתאם לביקוש בפועל. קיבולת האחסון צריכה להיות מספקת כדי לענות על העומס המרבי של הפארק, על מנת להבטיח שמערכת האחסון תוכל לספק מספיק חשמל במקרה של מחסור באנרגיה פוטו-וולטאי. יעילות אחסון האנרגיה קובעת את אובדן אחסון האנרגיה ושחרורו, לכן יש צורך לבחור ציוד אחסון אנרגיה יעיל ומערכת בקרה כדי לשפר את יעילות מערכת אחסון האנרגיה. יש לקבוע את זמן אחסון האנרגיה בהתאם למאפייני עומס החשמל וייצור החשמל הפוטו-וולטאי כדי להבטיח שמערכת אחסון האנרגיה תוכל לענות על ביקוש החשמל של הפארק. בנוסף לגורמים הנ"ל, תכנון מערכת אגירת אנרגיה צריך לקחת בחשבון גם את אמינות המערכת, בטיחותה, עלותה ותחזוקתה. יש לבחור את הציוד ומערכת הבקרה של מערכת אגירת אנרגיה בעלי אמינות גבוהה, בטיחות טובה, עלות נמוכה ותחזוקה קלה כדי להבטיח פעולה יציבה לטווח ארוך של המערכת. לסיכום, תכנון מערכת אגירת אנרגיה הוא תהליך מורכב, שצריך להתבסס על עומס החשמל וביקוש האנרגיה של הפארק כדי לקבוע, ובמקביל, את הסוג, הקיבולת, היעילות, הזמן, האמינות, הבטיחות, העלות והתחזוקה של מערכת אגירת האנרגיה כדי להבטיח פעולה יציבה לטווח ארוך של המערכת, ולספק שירותי אנרגיה אפס-פחמן יעילים ואמינים עבור פארקים תעשייתיים.

3. תכנון מערכת ניהול אנרגיה
מערכת ניהול אנרגיה חכמה היא חלק הכרחי ממערכת אגירת אנרגיה פוטו-וולטאית אפס-פחמן. היא יכולה לממש את הבקרה האופטימלית של המערכת על ידי ניטור וניתוח בזמן אמת של מערכת ייצור החשמל ואגירת האנרגיה הפוטו-וולטאית, ולשפר את יעילות התפעול וניצול האנרגיה של המערכת. הפונקציות העיקריות של מערכת ניהול האנרגיה כוללות רכישת נתונים, ניתוח נתונים, בקרת בקרה, אבחון תקלות וניהול תחזוקה. בהיבט של רכישת נתונים, מערכת ניהול אנרגיה יכולה לממש ניטור ורכישת נתונים בזמן אמת של מערכת ייצור חשמל פוטו-וולטאית ומערכת אגירת אנרגיה, ולקבל נתונים על מצב פעולת המערכת, תפוקת אנרגיה, צריכת אנרגיה וכן הלאה. בהיבט של ניתוח נתונים, מערכת ניהול האנרגיה יכולה לעבד ולנתח את הנתונים, לגלות את הבעיות במערכת ולמטב את השטח, ולספק בסיס לקבלת החלטות לתפעול וניהול המערכת. בהיבט של בקרה וויסות, מערכת ניהול אנרגיה יכולה לממש את הפעולה המתואמת בין ייצור חשמל פוטו-וולטאית למערכת אגירת אנרגיה, ולנהל ולשלוח את הייצור, האחסון, ההפצה והשימוש באנרגיה. בהיבט של אבחון תקלות וניהול תחזוקה, מערכת ניהול אנרגיה יכולה לממש אבחון תקלות וניהול תחזוקה, ולשפר את האמינות והאבטחה של המערכת. בנוסף לפונקציות הבסיסיות שהוזכרו לעיל, מערכת ניהול האנרגיה יכולה גם לממש ניטור ותפעול מרחוק, ולממש ניטור וניהול מרחוק של מערכות אחסון אנרגיה פוטו-וולטאיות ברחבי העולם באמצעות מחשוב ענן וטכנולוגיית האינטרנט של הדברים. במקביל, מערכת ניהול אנרגיה יכולה גם לשפר את ביצועי המערכת ואת יעילות האנרגיה באמצעות בינה מלאכותית, ניתוח ביג דאטה וטכנולוגיות מתקדמות אחרות.

במאמר זה, נחקר היישום של מערכת אנרגיה משולבת ללא פליטות פחמן של אגירת אנרגיה פוטו-וולטאית בפארק תעשייה, ומנותחות באופן שיטתי הטכנולוגיות המרכזיות ושיטות היישום של ייצור חשמל פוטו-וולטאית, מערכת אגירת אנרגיה ומערכת ניהול אנרגיה. נדונות בפירוט המימוש הטכני, תכנון המערכת ושיטות האופטימיזציה. אנו מאמינים כי רעיונות התכנון והעיצוב המוצגים במאמר זה יכולים לספק רעיונות ושיטות חדשים לפיתוח אנרגיה נקייה תחת תרחישי יישום דומים. בעתיד, נשפר עוד יותר את המחקר על שילוב אגירת אנרגיה פוטו-וולטאית עם מערכות אנרגיה ללא פליטות פחמן, נחזק את השילוב עם פרויקטים מעשיים ונקדם את היישום והקידום של אנרגיה נקייה, כדי לתרום תרומה גדולה יותר לפיתוח בר-קיימא של אנרגיה עולמית.