Энергия является важной основой для производства и жизни человека, и с ростом мирового спроса на энергию и обострением изменения климата поиск более экологичных и устойчивых энергетических альтернатив стал актуальной проблемой в современном обществе. В этом контексте интеграция фотоэлектрических систем хранения энергии в безуглеродные энергетические системы как новый тип энергоснабжения привлекает большое внимание и активно исследуется. Особенно в промышленных парках, где потребляется большое количество энергии, применение интегрированных фотоэлектрических систем хранения энергии может не только повысить уровень энергетической самодостаточности, но и сократить выбросы углерода, что имеет большой потенциал и практическое значение. Поэтому в данной статье в качестве объекта исследования рассматривается безуглеродная энергетическая система с интегрированными фотоэлектрическими системами хранения энергии в промышленном парке, обсуждаются ее применение и развитие, с целью предоставления полезной информации и рекомендаций для содействия реализации безуглеродной энергетики и оптимизации управления энергопотреблением в промышленных парках.
Во-первых, принципы и состояние развития фотоэлектрических технологий и технологий хранения энергии.
1. Принципы и развитие фотоэлектрических технологий
Фотоэлектрическая технология — это технология, которая преобразует солнечную энергию в электричество, используя фотоэлектрический эффект полупроводниковых материалов для преобразования солнечного света в постоянный ток. В фотоэлектрической ячейке, состоящей из двух слоев полупроводников из разных материалов, когда свет попадает на границу раздела между двумя слоями, фотоны могут стимулировать электроны с низких энергетических уровней на высокие, что приводит к разности потенциалов и образованию электрического тока.
2. Принципы и состояние развития технологий хранения энергии.
Технология хранения энергии подразумевает преобразование энергии в форму хранения и, при необходимости, обратное преобразование в энергию. Ее основной принцип заключается в преобразовании электрической, механической, химической и тепловой энергии в энергию для хранения, например, в аккумуляторах, суперконденсаторах, системах сжатого воздуха, гидравлических и тепловых аккумуляторах. В настоящее время технология хранения энергии стала важной вспомогательной технологией для возобновляемой энергетики, в основном используемой для балансировки спроса и предложения энергии, повышения качества энергоснабжения, повышения эффективности использования энергии и решения проблем пикового спроса на энергию. С развитием технологий и расширением сценариев применения перспективы использования технологии хранения энергии становятся все шире.
Во-вторых, необходимость и важность строительства энергосистем с нулевым выбросом углерода в промышленных парках.
Индустриальный парк — это региональная экономическая структура, в которой промышленность играет ведущую роль, обеспечивая централизованное, интенсивное и скоординированное развитие. Поскольку индустриальный парк характеризуется крупными масштабами, высоким энергопотреблением и концентрированным потреблением энергии, его потребность в энергии очень велика. Традиционные методы энергоснабжения, такие как угольные и нефтяные электростанции, не могут удовлетворить растущий спрос на энергию и оказывают значительное негативное воздействие на окружающую среду, усугубляя глобальную проблему изменения климата. Для достижения устойчивого развития индустриальных парков, защиты окружающей среды и снижения энергопотребления, создание безуглеродных энергетических систем стало необходимым решением. Безуглеродные энергетические системы не только удовлетворяют энергетические потребности индустриальных парков, но и интегрируют возобновляемые источники энергии, системы хранения энергии, управления энергией и другие технологии для достижения эффективного использования энергии и экономичной работы, а также позволяют сократить выбросы парниковых газов и загрязнение окружающей среды и обеспечить устойчивое развитие.
В-третьих, планирование системы энергоснабжения с нулевым выбросом углерода на основе интегрированных фотоэлектрических накопителей энергии в индустриальном парке.
1. Планирование систем фотоэлектрической генерации электроэнергии
Для установки фотоэлектрических систем, как правило, наземная установка предпочтительнее для промышленных парков с большими земельными участками, а установка на крыше позволяет эффективно использовать пространство под крышей, экономя земельные ресурсы. Кроме того, в зданиях можно использовать интегрированные солнечные фотоэлектрические системы, интегрируя солнечные элементы во внешние стены или конструкцию крыши здания, что позволяет интегрировать фотоэлектрическую энергию и повысить эффективность использования пространства. В зависимости от выбора системы хранения энергии, в промышленных парках можно использовать различные типы оборудования для хранения энергии, такие как аккумуляторные батареи и суперконденсаторы. Аккумуляторные батареи обладают высокой плотностью энергии и длительной емкостью хранения, в то время как суперконденсаторы отличаются быстрой зарядкой, длительным сроком службы и простотой обслуживания. При проектировании системы хранения энергии необходимо учитывать требуемую выходную мощность и нагрузку фотоэлектрической системы выработки электроэнергии, а также выбирать подходящее оборудование и емкость для хранения энергии, чтобы достичь оптимального режима работы интегрированной фотоэлектрической системы хранения энергии. При выборе системы мониторинга и управления необходимо отдать предпочтение высоконадежному и высокоточному оборудованию для мониторинга, такому как БПЛА, устройствам Интернета вещей, системам обработки больших данных и т. д. Одновременно необходимо разработать рациональную схему управления эксплуатацией, включающую техническое обслуживание оборудования, поиск и устранение неисправностей, планирование работы и т. д., чтобы обеспечить эффективную работу системы.
2. Планирование системы хранения энергии
Система хранения энергии проектируется таким образом, чтобы обеспечить возможность хранения и высвобождения энергии по мере необходимости, а также сбалансировать нестабильность выработки электроэнергии фотоэлектрическими системами для удовлетворения потребностей промышленных парков. При планировании системы хранения энергии необходимо учитывать множество факторов, включая тип системы, емкость, эффективность и время хранения энергии. Типы систем хранения энергии могут быть выбраны в зависимости от нагрузки и характеристик парка, например, аккумуляторные батареи, суперконденсаторы, системы хранения сжатого воздуха, гидравлические системы и т. д. Различные типы систем хранения энергии имеют разные характеристики и сценарии применения, поэтому выбор должен основываться на фактическом спросе. Емкость хранилища должна быть достаточной для удовлетворения максимальной нагрузки парка, чтобы гарантировать, что система хранения сможет обеспечить достаточное количество электроэнергии в случае дефицита электроэнергии от фотоэлектрических систем. Эффективность хранения энергии определяет потери при хранении и высвобождении энергии, поэтому необходимо выбрать эффективное оборудование для хранения энергии и систему управления для повышения эффективности системы хранения энергии. Время работы системы хранения энергии должно определяться в соответствии с характеристиками нагрузки и выработки электроэнергии фотоэлектрическими системами, чтобы гарантировать, что система хранения энергии сможет удовлетворить потребности парка в электроэнергии. Помимо вышеуказанных факторов, при планировании системы хранения энергии необходимо также учитывать надежность, безопасность, стоимость и техническое обслуживание системы. Для обеспечения долгосрочной стабильной работы системы следует выбирать оборудование и систему управления, обладающие высокой надежностью, хорошей безопасностью, низкой стоимостью и простотой обслуживания. В целом, планирование системы хранения энергии — это сложный процесс, требующий определения на основе электрической нагрузки и потребности парка в энергии, а также учета типа, емкости, эффективности, времени работы, надежности, безопасности, стоимости и технического обслуживания системы хранения энергии, чтобы обеспечить долгосрочную стабильную работу системы и предоставить эффективные и надежные услуги по энергоснабжению с нулевым выбросом углерода для промышленных парков.
3. Планирование системы управления энергопотреблением
Интеллектуальная система управления энергией является неотъемлемой частью интегрированной системы безуглеродной энергетики на основе фотоэлектрических накопителей энергии. Она позволяет осуществлять оптимальное управление системой посредством мониторинга и анализа в реальном времени фотоэлектрической генерации и системы хранения энергии, а также повышать эффективность работы и эффективность использования энергии системы. Основные функции системы управления энергией включают сбор данных, анализ данных, регулирование управления, диагностику неисправностей и управление техническим обслуживанием. В части сбора данных система управления энергией может осуществлять мониторинг и сбор данных в реальном времени фотоэлектрической системы генерации и системы хранения энергии, получая данные о состоянии системы, выходной энергии, потреблении энергии и т. д. В части анализа данных система управления энергией может обрабатывать и анализировать данные, выявлять проблемы в системе и оптимизировать пространство, а также предоставлять основу для принятия решений по эксплуатации и управлению системой. В части управления и регулирования система управления энергией может обеспечивать скоординированную работу между фотоэлектрической системой генерации и системой хранения энергии, а также управлять и распределять генерацию, хранение, распределение и использование энергии. В аспекте диагностики неисправностей и управления техническим обслуживанием система управления энергопотреблением может осуществлять диагностику неисправностей и управление техническим обслуживанием, а также повышать надежность и безопасность системы. В дополнение к указанным выше основным функциям, система управления энергопотреблением также может осуществлять удаленный мониторинг и управление, а также удаленный мониторинг и управление фотоэлектрическими системами хранения энергии по всему миру с помощью облачных вычислений и технологий Интернета вещей. Одновременно с этим, система управления энергопотреблением может повышать производительность системы и энергоэффективность за счет искусственного интеллекта, анализа больших данных и других передовых технологий.
В данной работе исследуется применение интегрированной системы безуглеродной энергетики на основе фотоэлектрических накопителей энергии в индустриальном парке, систематически анализируются ключевые технологии и методы реализации фотоэлектрической генерации электроэнергии, системы хранения энергии и системы управления энергией, подробно обсуждаются техническая реализация, проектирование системы и методы оптимизации. Мы считаем, что представленные в данной работе идеи планирования и проектирования могут дать новые идеи и методы для развития чистой энергетики в аналогичных сценариях применения. В будущем мы будем и дальше совершенствовать исследования по интеграции фотоэлектрических накопителей энергии с системами безуглеродной энергетики, усиливать интеграцию с практическими проектами и продвигать применение и продвижение чистой энергетики, чтобы внести больший вклад в устойчивое развитие мировой энергетики.
