Енергія є важливою основою для виробництва та життя людини, і зі зростанням глобального попиту на енергію та загостренням зміни клімату, пошук більш екологічних, більш стійких енергетичних альтернатив став нагальним питанням у сучасному суспільстві. У цьому контексті інтеграція фотоелектричних систем зберігання енергії в безвуглецеву енергетичну систему як новий тип енергопостачання привертає велику увагу та дослідження. Особливо в промислових парках, де споживається велика кількість енергії, застосування інтегрованих фотоелектричних систем зберігання енергії може не тільки підвищити рівень енергетичної самозабезпеченості, але й зменшити викиди вуглецю, що має великий потенціал та практичне значення. Тому в цій статті як об'єкт дослідження розглядається безвуглецева енергетична система інтегрованих фотоелектричних систем зберігання енергії в промисловому парку, обговорюється її застосування та розвиток, метою є надання корисних довідкових матеріалів та орієнтирів для сприяння реалізації безвуглецевої енергетики та оптимізації управління енергією в промислових парках.
По-перше, принцип та стан розвитку фотоелектричних технологій та технологій накопичення енергії
1. Принцип та розвиток фотоелектричної технології
Фотоелектрична технологія — це технологія, яка перетворює сонячну енергію на електрику, використовуючи фотоелектричний ефект (Список напівпровідникових матеріалів) для перетворення сонячного світла на постійний струм. У фотоелектричному елементі, який складається з двох шарів напівпровідників з різних матеріалів, коли світло потрапляє на межу розділу між двома шарами, фотони можуть стимулювати електрони від низьких до високих енергетичних рівнів, що призводить до різниці потенціалів, що призводить до формування електричного струму.
2. Принцип та стан розвитку технології накопичення енергії
Технологія накопичення енергії стосується перетворення енергії у форму накопичення, а за необхідності – повторного перетворення в енергію. Її основний принцип полягає в перетворенні електричної, механічної, хімічної та теплової енергії в накопичувачі, такі як акумулятори, суперконденсатори, стиснене повітря, гідравлічне та теплове накопичення. Наразі технологія накопичення енергії стала важливою допоміжною технологією для відновлюваної енергетики, яка використовується переважно для балансування попиту та пропозиції енергії, покращення якості енергопостачання, підвищення ефективності використання енергії та подолання пікового попиту на енергію. З розвитком технологій та розробкою сценаріїв застосування, перспективи застосування технології накопичення енергії дедалі розширюються.
По-друге, необхідність та важливість будівництва безвуглецевої енергетичної системи в індустріальних парках
Індустріальний парк – це регіональна форма економічної організації, в якій промисловість є провідним, централізованим, інтенсивним та скоординованим розвитком. Оскільки індустріальний парк має характеристики великого масштабу, високого споживання енергії та концентрованого споживання енергії, його попит на енергію є дуже великим. Традиційні методи енергопостачання, такі як виробництво електроенергії на вугіллі та нафті, не можуть задовольнити зростаючий попит на енергію та матимуть значний негативний вплив на навколишнє середовище, загострюючи глобальну проблему зміни клімату. Для досягнення сталого розвитку індустріальних парків, захисту навколишнього середовища, зменшення споживання енергії, будівництво безвуглецевої енергетичної системи стало необхідним вибором. Безвуглецеві енергетичні системи можуть не лише задовольнити енергетичні потреби індустріальних парків, але й інтегрувати відновлювану енергію, накопичення енергії, управління енергією та інші технології для досягнення ефективного використання енергії та економічної експлуатації, а також можуть зменшити викиди парникових газів та забруднення навколишнього середовища, а також досягти сталого розвитку.
По-третє, планування безвуглецевої енергетичної системи інтегрованого фотоелектричного накопичення енергії в індустріальному парку
1. Планування фотоелектричних систем виробництва електроенергії
Для встановлення фотоелектричної системи наземна установка, як правило, підходить для промислових парків з більшою площею землі, а установка на даху може ефективно використовувати простір даху промислового парку, заощаджуючи земельні ресурси. Крім того, інтегровані в будівлю сонячні фотоелектричні елементи можуть бути використані для інтеграції сонячних елементів у зовнішні стіни будівлі або конструкцію даху, що дозволяє інтегрувати фотоелектричну енергію та будівлю для підвищення ефективності використання простору. Залежно від вибору системи накопичення енергії, інтегрована фотоелектрична система накопичення енергії в промисловому парку може використовувати різні типи обладнання для накопичення енергії, такі як акумуляторні батареї та суперконденсатори. Акумуляторні батареї мають високу щільність енергії та довготривалу ємність зберігання, тоді як суперконденсатори мають характеристики швидкого заряджання, тривалого терміну служби та простого обслуговування. Під час проектування системи накопичення енергії необхідно враховувати потреби у вихідній потужності та навантаження фотоелектричної системи генерації енергії, а також вибирати відповідне обладнання для накопичення енергії та ємність зберігання енергії, щоб досягти оптимального робочого стану інтегрованої фотоелектричної системи накопичення енергії. Для вибору системи моніторингу та управління необхідно обрати високонадійне та високоточне обладнання для моніторингу, таке як БПЛА, Інтернет речей, великі дані тощо. Водночас необхідно розробити розумну схему управління роботою, включаючи технічне обслуговування обладнання, усунення несправностей, планування роботи тощо, щоб забезпечити ефективну роботу системи.
2. Планування системи накопичення енергії
Система накопичення енергії планується таким чином, щоб забезпечити її можливість накопичувати та вивільняти енергію за потреби, а також збалансувати волатильність фотоелектричного виробництва енергії для задоволення потреб промислових парків. Планування системи накопичення енергії повинно враховувати багато факторів, включаючи тип системи накопичення енергії, ємність накопичення енергії, ефективність накопичення енергії та час накопичення енергії. Типи систем накопичення енергії можна вибирати залежно від енергетичного навантаження та характеристик парку, такі як акумуляторні накопичувачі, ультраконденсаторні накопичувачі, накопичувачі на стисненому повітрі, гідравлічні накопичувачі тощо. Різні типи систем накопичення енергії мають різні характеристики, і застосовні сценарії повинні вибиратися на основі фактичного попиту. Ємність накопичувача повинна бути достатньою для задоволення максимального навантаження парку, щоб система накопичення могла забезпечити достатню кількість електроенергії у разі дефіциту фотоелектричної енергії. Ефективність накопичення енергії визначає втрати накопичення та вивільнення енергії, тому необхідно вибрати ефективне обладнання для накопичення енергії та систему керування для підвищення ефективності системи накопичення енергії. Час накопичення енергії слід визначати залежно від характеристик енергетичного навантаження та фотоелектричного виробництва енергії, щоб система накопичення енергії могла задовольнити потреби парку в електроенергії. Окрім вищезазначених факторів, планування системи накопичення енергії також повинно враховувати її надійність, безпеку, вартість та обслуговування. Для забезпечення довгострокової стабільної роботи системи слід вибирати обладнання та систему керування системою накопичення енергії з високою надійністю, належним рівнем безпеки, низькою вартістю та легкістю обслуговування. Підсумовуючи, планування системи накопичення енергії – це складний процес, який має базуватися на навантаженні електромережі та потребах у енергії парку, щоб визначити водночас тип, потужність, ефективність, час, надійність, безпеку, вартість та обслуговування системи накопичення енергії, щоб забезпечити довгострокову стабільну роботу системи, забезпечити ефективні та надійні енергетичні послуги з нульовим викидом вуглецю для промислових парків.
3. Планування системи енергоменеджменту
Інтелектуальна система управління енергією є невід'ємною частиною інтеграції фотоелектричної системи накопичення енергії. Вона може реалізувати оптимальне керування системою шляхом моніторингу та аналізу фотоелектричної системи виробництва та накопичення енергії в режимі реального часу, а також підвищити ефективність роботи та ефективність використання енергії системи. Основні функції системи управління енергією включають збір даних, аналіз даних, регулювання керування, діагностику несправностей та управління технічним обслуговуванням. З точки зору збору даних, система управління енергією може здійснювати моніторинг та збір даних фотоелектричної системи виробництва та накопичення енергії в режимі реального часу, а також отримувати дані про стан роботи системи, вихід енергії, споживання енергії тощо. З точки зору аналізу даних, система управління енергією може обробляти та аналізувати дані, виявляти проблеми в системі та оптимізувати простір, а також забезпечувати основу для прийняття рішень щодо експлуатації та управління системою. З точки зору контролю та регулювання, система управління енергією може реалізувати скоординовану роботу між фотоелектричною системою виробництва та накопичення енергії, а також керувати та диспетчеризувати виробництво, зберігання, розподіл та використання енергії. З точки зору діагностики несправностей та управління технічним обслуговуванням, система управління енергією може реалізувати діагностику несправностей та управління технічним обслуговуванням, а також підвищити надійність та безпеку системи. Окрім основних функцій, згаданих вище, система управління енергією також може здійснювати дистанційний моніторинг та експлуатацію, а також здійснювати дистанційний моніторинг та керування фотоелектричними системами накопичення енергії по всьому світу за допомогою хмарних обчислень та технологій Інтернету речей. Водночас система управління енергією також може покращити продуктивність системи та енергоефективність за допомогою штучного інтелекту, аналізу великих даних та інших передових технологій.
У цій статті досліджується застосування інтегрованої системи фотоелектричного накопичення енергії з нульовим викидом вуглецю в індустріальному парку, а також систематично аналізуються ключові технології та методи впровадження фотоелектричної генерації, системи накопичення енергії та системи управління енергією, детально обговорюються методи технічної реалізації, проектування системи та оптимізації. Ми вважаємо, що ідеї планування та проектування, представлені в цій статті, можуть забезпечити нові ідеї та методи розвитку чистої енергетики за аналогічних сценаріїв застосування. У майбутньому ми будемо вдосконалювати дослідження інтеграції фотоелектричних накопичувачів енергії з системами безвуглецевої енергетики, посилювати інтеграцію з практичними проектами та сприяти застосуванню та просуванню чистої енергії, щоб зробити більший внесок у сталий розвиток світової енергетики.
