Energie vormt een belangrijke basis voor menselijke productie en het leven. Met de toenemende wereldwijde energievraag en de verergering van de klimaatverandering is de zoektocht naar groenere, duurzamere energiealternatieven een urgente kwestie geworden in de huidige maatschappij. In deze context krijgt de integratie van fotovoltaïsche energieopslag in een koolstofneutraal energiesysteem als een nieuwe energievoorzieningsoptie veel aandacht en wordt er veel onderzoek naar gedaan. Vooral in industrieparken, waar veel energie wordt verbruikt, kan de toepassing van een geïntegreerd fotovoltaïsch energieopslagsysteem niet alleen de energie-zelfvoorziening verhogen, maar ook de CO2-uitstoot verminderen. Dit biedt een groot potentieel en praktische betekenis. Daarom neemt dit artikel het koolstofneutrale energiesysteem met geïntegreerde fotovoltaïsche energieopslag in een industriepark als onderzoeksobject, bespreekt de toepassing en ontwikkeling ervan en wil het nuttige referentiemateriaal bieden voor de bevordering van koolstofneutrale energie en de optimalisatie van energiebeheer in industrieparken.
Ten eerste, het principe en de ontwikkelingsstatus van fotovoltaïsche en energieopslagtechnologie.
1. Het principe en de ontwikkeling van fotovoltaïsche technologie
Fotovoltaïsche technologie is een technologie die zonne-energie omzet in elektriciteit door gebruik te maken van het foto-elektrisch effect van halfgeleidermaterialen om zonlicht om te zetten in gelijkstroom. In een fotovoltaïsche cel, die bestaat uit twee lagen halfgeleiders van verschillende materialen, kunnen fotonen, wanneer licht op het grensvlak tussen de twee lagen valt, elektronen van een laag naar een hoog energieniveau stimuleren, wat resulteert in een potentiaalverschil en de vorming van een elektrische stroom.
2. Het principe en de ontwikkelingsstatus van energieopslagtechnologie
Energieopslagtechnologie verwijst naar het opslaan van energie en, indien nodig, het terugzetten ervan in energie. Het belangrijkste principe is het omzetten van elektrische, mechanische, chemische en thermische energie in opslag, bijvoorbeeld in batterijen, supercondensatoren, perslucht, hydraulische en thermische opslag. Energieopslagtechnologie is momenteel een belangrijke ondersteunende technologie voor hernieuwbare energie, die voornamelijk wordt gebruikt om vraag en aanbod van energie in evenwicht te brengen, de kwaliteit van de energievoorziening te verbeteren, het energiegebruik efficiënter te maken en pieken in de energievraag op te vangen. Met de ontwikkeling van technologie en de uitbreiding van toepassingsscenario's worden de toepassingsmogelijkheden van energieopslagtechnologie steeds breder.
Ten tweede, de noodzaak en het belang van de aanleg van CO2-neutrale energiesystemen in industrieparken.
Een industriepark is een regionale economische organisatievorm met de industrie als leidende, gecentraliseerde, intensieve en gecoördineerde ontwikkelingscomponent. Vanwege de grote schaal, het hoge energieverbruik en de concentratie van energie in een industriepark, is de energievraag er zeer groot. Traditionele energiebronnen, zoals kolen- en oliegestookte elektriciteitscentrales, kunnen niet voldoen aan de toenemende vraag en hebben bovendien een grote negatieve impact op het milieu, waardoor het wereldwijde klimaatprobleem verergert. Om de duurzame ontwikkeling van industrieparken te realiseren, het milieu te beschermen en het energieverbruik te verminderen, is de bouw van een CO2-neutraal energiesysteem een noodzakelijke keuze geworden. CO2-neutrale energiesystemen kunnen niet alleen voorzien in de energiebehoeften van industrieparken, maar integreren ook hernieuwbare energie, energieopslag, energiebeheer en andere technologieën om efficiënt energiegebruik en een economische bedrijfsvoering te realiseren. Dit draagt bij aan de vermindering van broeikasgasemissies en milieuvervuiling en draagt bij aan duurzame ontwikkeling.
Ten derde, de planning van een CO2-neutraal energiesysteem met geïntegreerde fotovoltaïsche energieopslag in een industriepark.
1. Planning van fotovoltaïsche energieopwekkingssystemen
Voor de installatie van een PV-systeem is grondmontage over het algemeen geschikt voor industrieparken met een groter grondoppervlak, terwijl dakmontage de dakruimte van de fabriek effectief benut en zo grond bespaart. Daarnaast kunnen geïntegreerde zonnecellen in gebouwen worden geïntegreerd, waarbij zonnecellen in de buitenmuren of dakconstructie van een gebouw worden verwerkt. Dit maakt de integratie van zonne-energie en het gebouw mogelijk en verbetert de ruimte-efficiëntie. Afhankelijk van de keuze van het energieopslagsysteem kan een geïntegreerd fotovoltaïsch energieopslagsysteem in een industriepark gebruikmaken van verschillende soorten energieopslagapparatuur, zoals accupakketten en supercondensatoren. Accupakketten hebben een hoge energiedichtheid en een lange opslagcapaciteit, terwijl supercondensatoren snel opladen, een lange levensduur hebben en eenvoudig onderhoud vereisen. Bij het ontwerp van een energieopslagsysteem is het noodzakelijk rekening te houden met de vermogensbehoefte en de belasting van het fotovoltaïsche systeem. De juiste energieopslagapparatuur en -capaciteit moeten worden geselecteerd om een optimale werking van het geïntegreerde fotovoltaïsche energieopslagsysteem te garanderen. Bij de keuze van een monitorings- en beheersysteem is het noodzakelijk om te kiezen voor zeer betrouwbare en nauwkeurige monitoringapparatuur, zoals drones, IoT-systemen, big data-systemen, enzovoort. Tegelijkertijd is het nodig om een redelijk operationeel beheersplan te ontwerpen, inclusief onderhoud van de apparatuur, probleemoplossing, operationele planning, enzovoort, om de efficiënte werking van het systeem te garanderen.
2. Planning van energieopslagsystemen
Het energieopslagsysteem is ontworpen om ervoor te zorgen dat het systeem energie kan opslaan en vrijgeven wanneer dat nodig is, en om de volatiliteit van de zonne-energieproductie te compenseren en zo te voldoen aan de behoeften van industrieparken. Bij de planning van een energieopslagsysteem moet rekening worden gehouden met vele factoren, waaronder het type energieopslagsysteem, de opslagcapaciteit, het rendement en de opslagduur. De keuze voor een energieopslagsysteem kan worden afgestemd op de energiebehoefte en de kenmerken van het park, zoals batterijopslag, ultracondensatoropslag, persluchtopslag, hydraulische opslag, enzovoort. Verschillende typen energieopslagsystemen hebben verschillende eigenschappen en toepassingsscenario's; de keuze moet gebaseerd zijn op de daadwerkelijke vraag. De opslagcapaciteit moet voldoende zijn om aan de maximale belasting van het park te voldoen, zodat het opslagsysteem voldoende elektriciteit kan leveren in geval van een tekort aan zonne-energie. Het rendement bepaalt het energieverlies tijdens opslag en vrijgave; daarom is het noodzakelijk om efficiënte energieopslagapparatuur en een efficiënt besturingssysteem te selecteren om de efficiëntie van het energieopslagsysteem te verbeteren. De energieopslagtijd moet worden bepaald aan de hand van de kenmerken van de stroombelasting en de zonne-energieopwekking om ervoor te zorgen dat het energieopslagsysteem aan de energiebehoefte van het park kan voldoen. Naast de bovengenoemde factoren moet bij de planning van een energieopslagsysteem ook rekening worden gehouden met de betrouwbaarheid, veiligheid, kosten en het onderhoud van het systeem. Er moet worden gekozen voor apparatuur en een besturingssysteem met een hoge betrouwbaarheid, goede veiligheid, lage kosten en eenvoudig onderhoud om een stabiele werking van het systeem op lange termijn te garanderen. Kortom, de planning van een energieopslagsysteem is een complex proces dat gebaseerd moet zijn op de elektriciteitsbelasting en de energiebehoefte van het park. Tegelijkertijd moet rekening worden gehouden met het type, de capaciteit, het rendement, de tijd, de betrouwbaarheid, de veiligheid, de kosten en het onderhoud van het energieopslagsysteem om een stabiele werking op lange termijn te garanderen en efficiënte en betrouwbare CO2-neutrale energievoorziening voor industrieparken te bieden.
3. Planning voor een energiebeheersysteem
Een intelligent energiebeheersysteem is een onmisbaar onderdeel van een geïntegreerd, CO2-neutraal energiesysteem met zonne-energie en energieopslag. Het systeem maakt optimale aansturing mogelijk door middel van realtime monitoring en analyse van de zonne-energieopwekking en het energieopslagsysteem, waardoor de operationele efficiëntie en het energiegebruiksrendement van het systeem worden verbeterd. De belangrijkste functies van een energiebeheersysteem omvatten data-acquisitie, data-analyse, aansturing, foutdiagnose en onderhoudsbeheer. Op het gebied van data-acquisitie kan een energiebeheersysteem realtime monitoring en data-acquisitie van het zonne-energieopwekkingssysteem en het energieopslagsysteem realiseren, en gegevens verkrijgen over de operationele status, energieopbrengst, energieverbruik, enzovoort. Op het gebied van data-analyse kan het energiebeheersysteem de gegevens verwerken en analyseren, problemen in het systeem opsporen en optimaliseren, en een basis bieden voor besluitvorming met betrekking tot de werking en het beheer van het systeem. Op het gebied van aansturing en regeling kan een energiebeheersysteem de gecoördineerde werking tussen het zonne-energieopwekkings- en energieopslagsysteem realiseren en de opwekking, opslag, distributie en het gebruik van energie beheren en coördineren. Op het gebied van foutdiagnose en onderhoudsbeheer kan een energiemanagementsysteem foutdiagnose en onderhoudsbeheer uitvoeren en de betrouwbaarheid en veiligheid van het systeem verbeteren. Naast de bovengenoemde basisfuncties kan een energiemanagementsysteem ook monitoring en bediening op afstand mogelijk maken, en via cloudcomputing en Internet of Things-technologie wereldwijd fotovoltaïsche energieopslagsystemen op afstand monitoren en beheren. Tegelijkertijd kan een energiemanagementsysteem de systeemprestaties en energie-efficiëntie verbeteren door middel van kunstmatige intelligentie, big data-analyse en andere geavanceerde technologieën.
In dit artikel wordt de toepassing van een geïntegreerd koolstofneutraal energiesysteem met fotovoltaïsche energieopslag in een industriepark onderzocht. De belangrijkste technologieën en implementatiemethoden van fotovoltaïsche energieopwekking, energieopslagsystemen en energiebeheersystemen worden systematisch geanalyseerd. De technische realisatie, het systeemontwerp en de optimalisatiemethoden worden in detail besproken. Wij zijn van mening dat de in dit artikel gepresenteerde plannings- en ontwerpideeën nieuwe ideeën en methoden kunnen bieden voor de ontwikkeling van schone energie in vergelijkbare toepassingsscenario's. In de toekomst zullen we het onderzoek naar de integratie van fotovoltaïsche energieopslag met koolstofneutrale energiesystemen verder verbeteren, de integratie met praktijkprojecten versterken en de toepassing en promotie van schone energie bevorderen, om zo een grotere bijdrage te leveren aan de duurzame ontwikkeling van de wereldwijde energievoorziening.
