Energija je pomemben temelj za človeško proizvodnjo in življenje, zaradi naraščajočega svetovnega povpraševanja po energiji in poslabšanja podnebnih sprememb pa je iskanje bolj zelenih in trajnostnih energetskih alternativ postalo pereče vprašanje v današnji družbi. V tem kontekstu je integracija fotovoltaičnih sistemov za shranjevanje energije v sisteme z ničelnimi emisijami ogljika kot nova vrsta možnosti oskrbe z energijo deležna velike pozornosti in raziskovanja. Zlasti v industrijskih parkih, kjer se porabi velika količina energije, lahko uporaba integriranih fotovoltaičnih sistemov za shranjevanje energije ne le poveča stopnjo energetske samozadostnosti, temveč tudi zmanjša emisije ogljika, kar ima velik potencial in praktičen pomen. Zato ta članek kot raziskovalni predmet obravnava sistem z ničelnimi emisijami ogljika za integrirano fotovoltaično shranjevanje energije v industrijskih parkih, obravnava njegovo uporabo in razvoj, namen pa je zagotoviti koristne reference in vire za spodbujanje uresničevanja sistemov z ničelnimi emisijami ogljika in optimizacijo upravljanja z energijo v industrijskih parkih.
Prvič, načelo in razvojno stanje fotovoltaike in tehnologije shranjevanja energije
1. Načelo in razvoj fotovoltaične tehnologije
Fotovoltaična tehnologija je tehnologija, ki pretvarja sončno energijo v električno energijo z uporabo fotoelektričnega učinka Seznam polprevodniških materialov za pretvorbo sončne svetlobe v enosmerni tok. V fotovoltaični celici, ki je sestavljena iz dveh plasti polprevodnikov različnih materialov, lahko fotoni, ko svetloba zadene vmesnik med obema plastema, spodbudijo elektrone od nizkih do visokih energijskih nivojev, kar povzroči potencialno razliko in tvori električni tok.
2. Načelo in razvojni status tehnologije shranjevanja energije
Tehnologija shranjevanja energije se nanaša na pretvorbo energije v obliko za shranjevanje in po potrebi njeno ponovno pretvorbo v energijo. Njeno glavno načelo je pretvorba električne, mehanske, kemične in toplotne energije v shranjevanje, kot so baterije, superkondenzatorji, stisnjen zrak, hidravlično in toplotno shranjevanje. Trenutno je tehnologija shranjevanja energije postala pomembna podporna tehnologija za obnovljive vire energije, ki se uporablja predvsem za uravnoteženje ponudbe in povpraševanja po energiji, izboljšanje kakovosti oskrbe z energijo, izboljšanje učinkovite rabe energije in obvladovanje konic povpraševanja po energiji. Z razvojem tehnologije in razvojem scenarijev uporabe se možnosti uporabe tehnologije shranjevanja energije vse bolj širijo.
Drugič, nujnost in pomen izgradnje energetskih sistemov z ničelnimi emisijami ogljika v industrijskih parkih
Industrijski park je regionalna oblika gospodarske organizacije, v kateri je industrija vodilni, centraliziran, intenziven in usklajen razvoj. Ker ima industrijski park značilnosti velikega obsega, visoke porabe energije in koncentrirane porabe energije, je njegovo povpraševanje po energiji zelo veliko. Tradicionalne metode oskrbe z energijo, kot sta proizvodnja električne energije iz premoga in nafte, ne morejo zadostiti naraščajočemu povpraševanju po energiji in imajo velik negativen vpliv na okolje ter poslabšujejo problem globalnih podnebnih sprememb. Da bi dosegli trajnostni razvoj industrijskih parkov, zaščitili okolje in zmanjšali porabo energije, je gradnja energetskega sistema z ničelnimi emisijami ogljika postala nujna izbira. Energetski sistemi z ničelnimi emisijami ogljika ne morejo le zadovoljiti energetskih potreb industrijskih parkov, temveč tudi integrirati obnovljive vire energije, shranjevanje energije, upravljanje z energijo in druge tehnologije za doseganje učinkovite rabe energije in ekonomičnega delovanja, lahko pa tudi zmanjšajo emisije toplogrednih plinov in onesnaževanje okolja ter dosežejo trajnostni razvoj.
Tretjič, načrtovanje sistema brezogljične energije z integriranim fotovoltaičnim shranjevanjem energije v industrijskem parku
1. Načrtovanje fotovoltaičnih sistemov za proizvodnjo električne energije
Za namestitev fotonapetostnega sistema je talna namestitev običajno primerna za industrijske parke z večjim zemljiščem, strešna namestitev pa lahko učinkovito izkoristi strešni prostor industrijskega parka in prihrani zemljiške vire. Poleg tega se lahko v zunanje stene ali strešno konstrukcijo stavbe integrirajo fotonapetostni sistemi, kar omogoča integracijo fotonapetostne energije in izboljšanje prostorske učinkovitosti stavbe. Glede na izbiro sistema za shranjevanje energije lahko integrirani fotonapetostni sistem za shranjevanje energije v industrijskem parku uporablja različne vrste opreme za shranjevanje energije, kot so baterijski sklopi in superkondenzatorji. Baterijski sklopi imajo visoko energijsko gostoto in dolgoročno zmogljivost shranjevanja, superkondenzatorji pa imajo značilnosti hitrega polnjenja, dolge življenjske dobe in enostavnega vzdrževanja. Pri načrtovanju sistema za shranjevanje energije je treba upoštevati povpraševanje po izhodni moči in obremenitev fotonapetostnega sistema za proizvodnjo energije ter izbrati ustrezno opremo za shranjevanje energije in zmogljivost shranjevanja energije, da se doseže optimalno delovanje integriranega fotonapetostnega sistema za shranjevanje energije. Za izbiro sistema za spremljanje in upravljanje je treba izbrati visoko zanesljivo in visoko natančno opremo za spremljanje, kot so brezpilotni letalniki (UAV), internet stvari (IoT), veliki podatki itd. Hkrati je treba zasnovati razumen načrt upravljanja delovanja, vključno z vzdrževanjem opreme, odpravljanjem težav, načrtovanjem delovanja itd., da se zagotovi učinkovito delovanje sistema.
2. Načrtovanje sistema za shranjevanje energije
Sistem za shranjevanje energije je načrtovan tako, da zagotavlja shranjevanje in sproščanje energije po potrebi ter uravnava nestanovitnost proizvodnje fotovoltaične energije za potrebe industrijskih parkov. Pri načrtovanju sistema za shranjevanje energije je treba upoštevati številne dejavnike, vključno z vrsto sistema za shranjevanje energije, zmogljivostjo shranjevanja energije, učinkovitostjo shranjevanja energije in časom shranjevanja energije. Vrste sistemov za shranjevanje energije je mogoče izbrati glede na obremenitev in značilnosti parka, kot so shranjevanje v baterijah, shranjevanje v ultrakondenzatorjih, shranjevanje na stisnjen zrak, hidravlično shranjevanje itd. Različne vrste sistemov za shranjevanje energije imajo različne značilnosti in ustrezne scenarije, ki jih je treba izbrati na podlagi dejanskega povpraševanja. Zmogljivost shranjevanja mora biti zadostna za največjo obremenitev parka, da se zagotovi, da lahko sistem za shranjevanje zagotovi dovolj električne energije v primeru pomanjkanja fotovoltaične energije. Učinkovitost shranjevanja energije določa izgubo shranjene in sproščane energije, zato je treba izbrati učinkovito opremo za shranjevanje energije in krmilni sistem za izboljšanje učinkovitosti sistema za shranjevanje energije. Čas shranjevanja energije je treba določiti glede na značilnosti obremenitve in proizvodnje fotovoltaične energije, da se zagotovi, da sistem za shranjevanje energije lahko zadosti potrebam parka po energiji. Poleg zgoraj navedenih dejavnikov je treba pri načrtovanju sistema za shranjevanje energije upoštevati tudi zanesljivost, varnost, stroške in vzdrževanje sistema. Za zagotovitev dolgoročno stabilnega delovanja sistema je treba izbrati opremo in krmilni sistem sistema za shranjevanje energije z visoko zanesljivostjo, dobro varnostjo, nizkimi stroški in enostavnim vzdrževanjem. Če povzamemo, je načrtovanje sistema za shranjevanje energije zapleten proces, ki mora temeljiti na električni obremenitvi parka in povpraševanju po energiji, hkrati pa se upoštevajo vrsta, zmogljivost, učinkovitost, čas, zanesljivost, varnost, stroški in vzdrževanje sistema za shranjevanje energije, da se zagotovi dolgoročno stabilno delovanje sistema ter zagotovijo učinkovite in zanesljive energetske storitve brez ogljika za industrijske parke.
3. Načrtovanje sistema za upravljanje z energijo
Inteligentni sistem za upravljanje z energijo je nepogrešljiv del sistema za integracijo fotovoltaične energije in shranjevanje energije z ničelnimi emisijami ogljika. Z nadzorom in analizo fotovoltaičnega sistema za proizvodnjo energije in shranjevanje energije v realnem času lahko doseže optimalno krmiljenje sistema ter izboljša učinkovitost delovanja in izrabe energije sistema. Glavne funkcije sistema za upravljanje z energijo vključujejo zbiranje podatkov, analizo podatkov, regulacijo krmiljenja, diagnosticiranje napak in upravljanje vzdrževanja. Pri zbiranju podatkov lahko sistem za upravljanje z energijo izvaja nadzor in zbiranje podatkov fotovoltaičnega sistema za proizvodnjo energije in sistema za shranjevanje energije v realnem času ter pridobiva podatke o stanju delovanja sistema, izhodni energiji, porabi energije itd. Pri analizi podatkov lahko sistem za upravljanje z energijo obdeluje in analizira podatke, odkriva težave v sistemu in optimizira prostor ter zagotavlja osnovo za odločanje o delovanju in upravljanju sistema. Pri nadzoru in regulaciji lahko sistem za upravljanje z energijo doseže usklajeno delovanje med fotovoltaičnim sistemom za proizvodnjo energije in sistemom za shranjevanje energije ter upravlja in razporeja proizvodnjo, shranjevanje, distribucijo in porabo energije. Pri diagnosticiranju napak in upravljanju vzdrževanja lahko sistem za upravljanje z energijo doseže diagnosticiranje napak in upravljanje vzdrževanja ter izboljša zanesljivost in varnost sistema. Poleg zgoraj omenjenih osnovnih funkcij lahko sistem za upravljanje energije izvaja tudi oddaljeno spremljanje in upravljanje ter oddaljeno spremljanje in upravljanje fotovoltaičnih sistemov za shranjevanje energije po vsem svetu prek računalništva v oblaku in tehnologije interneta stvari. Hkrati lahko sistem za upravljanje energije izboljša tudi delovanje sistema in energetsko učinkovitost z umetno inteligenco, analizo velikih količin podatkov in drugimi naprednimi tehnologijami.
V tem članku je preučena uporaba integriranega sistema za shranjevanje fotovoltaične energije z ničelnimi emisijami ogljika v industrijskem parku, pri čemer so sistematično analizirane ključne tehnologije in metode izvedbe fotovoltaične proizvodnje energije, sistema za shranjevanje energije in sistema za upravljanje energije, podrobno pa so obravnavane tehnična izvedba, zasnova sistema in metode optimizacije. Menimo, da lahko ideje za načrtovanje in oblikovanje, predstavljene v tem članku, zagotovijo nove ideje in metode za razvoj čiste energije v podobnih scenarijih uporabe. V prihodnosti bomo še izboljšali raziskave o integraciji fotovoltaičnih sistemov za shranjevanje energije z energetskimi sistemi z ničelnimi emisijami ogljika, okrepili integracijo s praktičnimi projekti ter spodbujali uporabo in promocijo čiste energije, da bi bolj prispevali k trajnostnemu razvoju svetovne energije.
