Energija yra svarbus žmonių gamybos ir gyvenimo pagrindas, o didėjant pasaulinei energijos paklausai ir aštrėjant klimato kaitai, ekologiškesnių, tvaresnių energijos alternatyvų paieška tapo aktualia šiandienos visuomenėje. Šiame kontekste fotovoltinės energijos kaupimo integracija į nulinės anglies dioksido emisijos energijos sistemą, kaip naujo tipo energijos tiekimo galimybės, sulaukė didelio dėmesio ir buvo tiriama. Ypač pramonės parkuose, kur suvartojama daug energijos, integruotos fotovoltinės energijos kaupimo sistemos taikymas gali ne tik padidinti energijos savarankiškumo rodiklį, bet ir sumažinti anglies dioksido išmetimą, o tai turi didelį potencialą ir praktinę reikšmę. Todėl šiame straipsnyje nulinės anglies dioksido emisijos energijos sistema – integruota fotovoltinė energijos kaupimo sistema pramonės parke – nagrinėjama kaip tyrimo objektas, aptariamas jos taikymas ir plėtra, siekiant pateikti naudingą informaciją ir nuorodas, skatinant nulinės anglies dioksido emisijos energijos įgyvendinimą ir energijos valdymo optimizavimą pramonės parkuose.
Pirma, fotovoltinės ir energijos kaupimo technologijos principas ir vystymosi būsena
1. Fotovoltinės technologijos principas ir raida
Fotovoltinė technologija – tai technologija, kuri saulės energiją paverčia elektra, panaudojant puslaidininkinių medžiagų fotoelektrinį efektą, kad saulės šviesa būtų paversta nuolatine srove. Fotovoltiniame elemente, kurį sudaro du skirtingų medžiagų puslaidininkių sluoksniai, šviesai krintant ant šių dviejų sluoksnių sąsajos, fotonai gali stimuliuoti elektronus nuo žemo iki aukšto energijos lygio, dėl ko susidaro potencialų skirtumas ir susidaro elektros srovė.
2. Energijos kaupimo technologijos principas ir vystymosi būsena
Energijos kaupimo technologija – tai energijos pavertimas kaupimo forma ir, kai reikia, pakartotinis pavertimas energijos technologija. Pagrindinis jos principas – elektros, mechaninę, cheminę ir šiluminę energiją paversti kaupimo forma, pavyzdžiui, baterijomis, superkondensatoriais, suslėgtu oru, hidrauliniu ir šiluminiu kaupimu. Šiuo metu energijos kaupimo technologija tapo svarbia atsinaujinančios energijos pagalbine technologija, daugiausia naudojama energijos tiekimo ir paklausos balansavimui, energijos tiekimo kokybės gerinimui, efektyvaus energijos vartojimo didinimui ir didžiausios energijos paklausos patenkinimui. Tobulėjant technologijoms ir taikymo scenarijams, energijos kaupimo technologijos taikymo perspektyvos tampa vis platesnės.
Antra, nulinės anglies dioksido emisijos energijos sistemų statybos būtinybė ir svarba pramonės parkuose
Pramonės parkas yra regioninė ekonominė organizacijos forma, kurioje pramonė yra pirmaujanti, centralizuota, intensyvi ir koordinuota plėtra. Kadangi pramonės parkui būdingas didelis mastas, didelis energijos suvartojimas ir koncentruotas energijos suvartojimas, jo energijos poreikis yra labai didelis. Tradiciniai energijos tiekimo metodai, tokie kaip anglimi ir nafta kūrenamos elektros energijos gamyba, negali patenkinti didėjančios energijos paklausos ir turės didelį neigiamą poveikį aplinkai, paaštrindami pasaulinę klimato kaitos problemą. Siekiant tvaraus pramonės parkų vystymosi, aplinkos apsaugos, energijos suvartojimo mažinimo, būtinu pasirinkimu tapo nulinės anglies dioksido emisijos energijos sistemos statyba. Nulinės anglies dioksido emisijos energijos sistemos gali ne tik patenkinti pramonės parkų energijos poreikius, bet ir integruoti atsinaujinančiąją energiją, energijos kaupimą, energijos valdymą ir kitas technologijas, siekiant efektyvaus energijos vartojimo ir ekonomiško veikimo, taip pat sumažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą ir aplinkos taršą bei pasiekti tvarų vystymąsi.
Trečia, integruotos fotovoltinės energijos kaupimo sistemos su nulinės anglies dioksido emisijos mažinimu planavimas pramonės parke
1. Fotovoltinių energijos gamybos sistemų planavimas
Fotovoltinių sistemų įrengimui žemės įrengimas paprastai tinka pramonės parkuose, turinčiuose daugiau žemės, o stogo įrengimas gali efektyviai išnaudoti pramonės parko gamyklos stogo erdvę, taupant žemės išteklius. Be to, saulės energija, integruota į pastatą, gali būti naudojama saulės elementams integruoti į pastato išorines sienas arba stogo konstrukciją, taip integruojant fotovoltinę energiją ir pastatą, siekiant pagerinti erdvės efektyvumą. Priklausomai nuo pasirinktos energijos kaupimo sistemos, integruota fotovoltinė energijos kaupimo sistema pramonės parke gali naudoti įvairių tipų energijos kaupimo įrangą, tokią kaip akumuliatorių blokas, superkondensatorius. Akumuliatorių blokas pasižymi dideliu energijos tankiu ir ilgalaikiu kaupimo pajėgumu, o superkondensatorius pasižymi greitu įkrovimu, ilgu tarnavimo laiku ir paprasta priežiūra. Projektuojant energijos kaupimo sistemą, būtina atsižvelgti į fotovoltinės energijos gamybos sistemos išėjimo galios ir apkrovos poreikius, taip pat pasirinkti tinkamą energijos kaupimo įrangą ir energijos kaupimo pajėgumus, kad būtų pasiektas optimalus integruotos fotovoltinės energijos kaupimo sistemos veikimo režimas. Renkantis stebėjimo ir valdymo sistemą, būtina pasirinkti didelio patikimumo ir didelio tikslumo stebėjimo įrangą, tokią kaip bepilotis orlaivis, daiktų internetas, dideli duomenys ir kt. Tuo pačiu metu būtina sukurti pagrįstą eksploatavimo valdymo schemą, įskaitant įrangos priežiūrą, trikčių šalinimą, eksploatavimo planavimą ir kt., siekiant užtikrinti efektyvų sistemos veikimą.
2. Energijos kaupimo sistemos planavimas
Energijos kaupimo sistema planuojama taip, kad sistema galėtų kaupti ir išlaisvinti energiją, kai to reikia, ir subalansuoti fotovoltinės energijos gamybos nepastovumą, kad būtų patenkinti pramonės parkų poreikiai. Planuojant energijos kaupimo sistemą reikia atsižvelgti į daugelį veiksnių, įskaitant energijos kaupimo sistemos tipą, energijos kaupimo talpą, energijos kaupimo efektyvumą ir energijos kaupimo laiką. Energijos kaupimo sistemų tipus galima pasirinkti pagal parko galios apkrovą ir charakteristikas, pavyzdžiui, akumuliatorių kaupimas, ultrakondensatorių kaupimas, suslėgto oro kaupimas, hidraulinis kaupimas ir kt. Skirtingi energijos kaupimo sistemų tipai turi skirtingas charakteristikas, o taikomi scenarijai turėtų būti pagrįsti faktiniu poreikiu. Kaupimo talpa turėtų būti pakankama, kad būtų patenkinta maksimali parko apkrova, siekiant užtikrinti, kad kaupimo sistema galėtų tiekti pakankamai elektros energijos fotovoltinės energijos trūkumo atveju. Energijos kaupimo efektyvumas lemia energijos kaupimo ir išleidimo nuostolius, todėl būtina pasirinkti efektyvią energijos kaupimo įrangą ir valdymo sistemą, kad būtų pagerintas energijos kaupimo sistemos efektyvumas. Energijos kaupimo laikas turėtų būti nustatomas pagal galios apkrovos ir fotovoltinės energijos gamybos charakteristikas, siekiant užtikrinti, kad energijos kaupimo sistema galėtų patenkinti parko energijos poreikius. Be minėtų veiksnių, planuojant energijos kaupimo sistemą, taip pat reikia atsižvelgti į sistemos patikimumą, saugumą, sąnaudas ir priežiūrą. Siekiant užtikrinti ilgalaikį stabilų sistemos veikimą, turėtų būti parinkta energijos kaupimo sistemos įranga ir valdymo sistema, pasižyminti dideliu patikimumu, saugumu, mažomis sąnaudomis ir lengva priežiūra. Apibendrinant galima teigti, kad energijos kaupimo sistemos planavimas yra sudėtingas procesas, pagrįstas parko elektros energijos apkrova ir energijos poreikiu, tuo pačiu metu atsižvelgiant į energijos kaupimo sistemos tipą, pajėgumą, efektyvumą, laiką, patikimumą, saugumą, sąnaudas ir priežiūrą, siekiant užtikrinti ilgalaikį stabilų sistemos veikimą ir teikti efektyvias bei patikimas nulinio anglies dioksido kiekio energijos paslaugas pramonės parkams.
3. Energijos valdymo sistemos planavimas
Pažangi energijos valdymo sistema yra neatsiejama fotovoltinės energijos kaupimo integracijos nulinės anglies dioksido išmetimo energijos sistemos dalis. Ji gali optimaliai valdyti sistemą, stebėdama ir analizuodama fotovoltinę energijos gamybos ir energijos kaupimo sistemą realiuoju laiku, ir pagerinti sistemos veikimo efektyvumą bei energijos panaudojimo efektyvumą. Pagrindinės energijos valdymo sistemos funkcijos apima duomenų rinkimą, duomenų analizę, valdymą, reguliavimą, gedimų diagnostiką ir priežiūros valdymą. Duomenų rinkimo aspektu energijos valdymo sistema gali stebėti ir rinkti fotovoltinės energijos gamybos ir energijos kaupimo sistemos duomenis realiuoju laiku, gauti sistemos veikimo būsenos, energijos gamybos, energijos suvartojimo ir kt. duomenis. Duomenų analizės aspektu energijos valdymo sistema gali apdoroti ir analizuoti duomenis, atrasti sistemos problemas ir optimizuoti erdvę, taip pat suteikti sprendimų priėmimo pagrindą sistemos veikimui ir valdymui. Valdymo ir reguliavimo aspektu energijos valdymo sistema gali užtikrinti koordinuotą fotovoltinės energijos gamybos ir energijos kaupimo sistemos veikimą, valdyti ir paskirstyti energijos gamybą, kaupimą, paskirstymą ir naudojimą. Gedimų diagnostikos ir priežiūros valdymo aspektu energijos valdymo sistema gali įgyvendinti gedimų diagnostiką ir priežiūros valdymą, pagerinti sistemos patikimumą ir saugumą. Be aukščiau paminėtų pagrindinių funkcijų, energijos valdymo sistema taip pat gali įgyvendinti nuotolinį fotovoltinių energijos kaupimo sistemų stebėjimą ir valdymą visame pasaulyje, naudojant debesų kompiuteriją ir daiktų interneto technologijas. Tuo pačiu metu energijos valdymo sistema taip pat gali pagerinti sistemos našumą ir energijos vartojimo efektyvumą, pasitelkdama dirbtinį intelektą, didžiųjų duomenų analizę ir kitas pažangias technologijas.
Šiame straipsnyje nagrinėjamas integruotos nulinės anglies dioksido emisijos energijos sistemos, skirtos fotovoltinės energijos kaupimui, taikymas pramonės parke, sistemingai analizuojamos pagrindinės fotovoltinės energijos gamybos, energijos kaupimo sistemos ir energijos valdymo sistemos technologijos ir įgyvendinimo metodai, išsamiai aptariami techniniai įgyvendinimo, sistemos projektavimo ir optimizavimo metodai. Manome, kad šiame straipsnyje pateiktos planavimo ir projektavimo idėjos gali suteikti naujų idėjų ir metodų švarios energijos plėtrai panašiuose taikymo scenarijuose. Ateityje toliau tobulinsime fotovoltinės energijos kaupimo integracijos su nulinės anglies dioksido emisijos energijos sistemomis tyrimus, stiprinsime integraciją su praktiniais projektais ir skatinsime švarios energijos taikymą bei propagavimą, kad labiau prisidėtume prie tvaraus pasaulinės energetikos vystymosi.
