Нещодавно компанія Huawei провела конференцію на тему «Прискорення темпів розвитку сонячної енергетики на шляху до основного джерела енергії». Під час заходу Чень Ґоґуан (Chen Guoguang), президент Huawei Smart PV+ESS Business, поділився десятьма головними трендами розумних фотоелектричних рішень Huawei. Експерт розповів, як ці технології поліпшують цифрову трансформацію та роботу різних сценаріїв використання, а також сприяють підвищенню безпеки.
Зокрема, фахівець зазначив, що частка відновлюваних джерел енергії у загальній енергосистемі продовжує зростати. Галузь фотовольтаїки бурхливо розвивається, але перед нею все ще стоїть чимало викликів. Йдеться насамперед про подальше зниження нормованої собівартості енергії (LCOE), підвищення ефективності експлуатації та обслуговування, підтримку стабільності енергосистеми з надходженням до неї усе більшої кількості відновлюваної енергії, забезпечення комплексної безпеки системи.
На погляд пана Ґоґуана, всі ці виклики також відкривають нові можливості. Саме тому Huawei визначила 10 головних трендів фотовольтаїки, завдяки яким пришвидшиться розвиток екологічного та розумного світу.
Тренд №1: Фотовальтаїчні панелі й системи накопичення енергії
Зі збільшенням обсягів генерації електроенергії із відновлюваних джерел до енергосистеми можуть виникати технічні складнощі. Це пов’язано зі стабільністю роботи системи, балансом потужності та якості електроенергії.
Тому потрібні нові можливості контролю. Вони дозволять покращити управління активною/реактивною потужністю, підвищити потенціал реагування, а також мінімізувати коливання частоти і напруги.
Інтеграція фотовольтаїки (PV) і систем накопичення енергії (ESS), а також технології формування електромережі дають змогу створювати PV+ESS-електростанції. У них використовується керування джерелом напруги замість керування джерелом струму. PV+ESS-електростанції забезпечують надійну підтримку інерції, стабілізацію напруги перехідних процесів та підтримку енергосистеми під час аварій.
Показовим у застосуванні цих технологій став проєкт Red Sea New City в Саудівській Аравії. Як один з основних партнерів у його реалізації Huawei надала повний комплекс рішень. Так, компанія запропонувала інтелектуальні сонячні інвертори і систему накопичення енергії з літій-залізо-фосфатними акумуляторами (BESS).
У цьому проєкті використана сонячна електростанція потужністю 400 МВт і система накопичення енергії ємністю 1,3 ГВт·год. Ця система допомагає замінити традиційні дизельні генератори і забезпечує чисте та стабільне електропостачання для 1 мільйона людей. Усе це і допомогло побудувати перше у світі місто, яке використовує винятково відновлювані джерела енергії.
Тренд №2: Висока питома потужність і надійність
Потужність і надійність обладнання для сонячних електростанцій дедалі зростатиме. До прикладу, візьмемо сонячні інвертори. На сьогодні напруга постійного струму інверторів збільшилася з 1 100 до 1 500 В. Очікується, що завдяки застосуванню нових матеріалів — карбіду кремнію (SiC) і нітриду галію (GaN), — а також повній інтеграції цифрових технологій (силової електроніки і терморегуляційних технологій) питома потужність інверторів збільшиться приблизно на 50% протягом наступних п’яти років. При цьому висока надійність інверторів залишиться такою ж.
Тренд №3: Силова електроніка на рівні сонячної батареї (MLPE)
Завдяки галузевій політиці й технічному прогресу розподілена генерація сонячних електростанцій останніми роками ставала все більш популярною. Постало питання, як ефективніше використовувати площу дахів, забезпечити високу генерацію електроенергії та ефективне управління.
У сонячній електростанції силова електроніка рівня панелі (MLPE) — це електронне обладнання (мікроінвертори, оптимізатори потужності, роз’єднувачі), що може точно керувати однією або декількома сонячними панелями. MLPE дає унікальні переваги: генерація енергії на рівні панелі, якісний моніторинг і безпечне відключення. Оскільки сонячні електростанції стають безпечнішими й інтелектуальнішими, очікується, що до 2027 року рівень поширення MLPE на ринку розподіленої фотовольтаїчної генерації досягне 20-30%.
Тренд №4: Стрингові системи накопичення енергії
Порівняно з традиційними централізованими системами накопичення енергії (СНЕ), розумні стрингові накопичувачі (Smart String ESS) відрізняються розподіленою архітектурою і модульною конструкцією. Тут використовуються інноваційні технології та інтелектуальне цифрове керування для оптимізації заряду та розряду на рівні модулів акумуляторних батарей і контролю процесів на рівні стійки. Це збільшує доступну енергію розряду, оптимізує інвестиції, спрощує експлуатацію, а також поліпшує безпеку та надійність накопичувача.
У 2022 році у Сінгапурі була збудована найбільша в Південно-Східній Азії система накопичення енергії потужністю 200 МВт та ємністю 200 МВт·год, призначена для регулювання частоти й обертового резерву. Аби досягти тривалішої постійної генерації потужності та забезпечити регулювання частоти, Smart String ESS здатна з високою точністю керувати зарядом і розрядом. Окрім того, функція автоматичного калібрування SOC на рівні акумуляторного модуля знижує витрати на робочу силу та значно підвищує ефективність експлуатації і технічного обслуговування.
Тренд №5: Поліпшене керування на рівні комірок
Подібно до фотоелектричних систем, що переходять на використання MLPE, літієві BESS розвиватимуться у бік пониження рівня управління. Тільки вдосконалене керування на рівні акумуляторних комірок може підвищити ефективність і безпеку.
Сьогодні традиційні системи керування батареями (BMS) можуть лише узагальнювати й аналізувати обмежені дані. Вони практично не дозволяють виявляти несправності та видавати попередження на ранній стадії. Отже, BMS мають стати більш чутливими, інтелектуальними і навіть прогностичними. Це залежить від збирання, обчислення та обробки великої кількості даних, а також технологій штучного інтелекту для пошуку оптимального режиму роботи і прогнозування.
Тренд №6: Інтеграція сонячних електростанцій, систем накопичення енергії і мереж
Щодо генерації електроенергії, спостерігається все більше прикладів поєднання сонячних електростанцій і систем накопичення енергії для побудови вузлів чистої енергетики. Вони постачають електроенергію до центрів навантажень через лінії електропередачі надвисокої напруги.
У свою чергу, електроспоживання, віртуальні електростанції (VPP) набувають популярності у багатьох країнах. Такі станції поєднують безліч розподілених сонячних електростанцій, систем накопичення енергії та контрольованих навантажень і уможливлюють гнучке планування для обмеження пікових навантажень тощо.
Отже, побудова стабільної енергосистеми, що інтегрує сонячні електростанції, системи накопичення енергії і мережу для підтримки постачання сонячної енергії і генерації до мережі, матиме важливе значення для забезпечення енергетичної безпеки. Ми можемо поєднати цифрові технології, силову електроніку та системи накопичення для досягнення «енергетичного міксу».
VPP можуть інтелектуально керувати, експлуатувати і торгувати потужністю масивних розподілених систем сонячних електростанцій та систем накопичення енергії. Це відбувається завдяки технологіям 5G, а також технологіями на основі штучного інтелекту і хмарними технологіями, що застосовуватимуться дедалі ширше.
Тренд №7: Безпека
Безпека є основою розвитку галузі сонячної енергетики та систем накопичення енергії. Це вимагає систематичного вивчення всіх сценаріїв і зв’язків, а також повної інтеграції силової електроніки, електрохімії, терморегулювання і цифрових технологій для покращення безпеки систем. Для сонячної станції несправності, спричинені постійним струмом, становлять понад 70% від усіх збоїв. Саме тому інвертор має підтримувати інтелектуальне відключення стрингів та автоматично виявляти підключення конекторів.
У сценаріях для розподіленої фотовольтаїки функція автоматичного захисту від дуги (AFCI) стане стандартною конфігурацією, а функція швидкого відключення на рівні модуля гарантуватиме безпеку персоналу і пожежників. У сценаріях для систем накопичення енергії різні технології — силова електроніка, хмарні обчислення та штучний інтелект — мають застосовуватися для впровадження вдосконаленого керування системою накопичення енергії від рівня комірок акумуляторних батарей до всієї системи.
Традиційний режим захисту, заснований на пасивній реакції і фізичній ізоляції, змінено на активний автоматичний захист. Тут впроваджено мультирівневу конструкцію безпеки від апаратного до програмного забезпечення та від структури до алгоритму.
Тренд №8: Безпека і надійність
Викликом в експлуатації фотовольтаїчних систем є забезпечення безпеки обладнання та інформації. У першу чергу, це допоможе подолати ризики відключень через несправності.
Для цього підприємства та організації мають запровадити низку механізмів керування «безпекою і надійністю». Це гарантуватиме надійність, доступність, безпеку і стійкість систем та пристроїв. Окрім того, необхідно гарантувати безпеку персоналу та довкілля, а також конфіденційність даних.
Тренд №9: Цифровізація
Звичайні сонячні електростанції оснащені великою кількістю обладнання та не мають достатньої кількості каналів збирання інформації і звітування. Переважна частина обладнання не може «комунікувати» між собою, що погіршує впровадження вдосконаленого керування.
Завдяки впровадженню передових цифрових технологій, включно з 5G, інтернетом речей (IoT), хмарними обчисленнями, сенсорними технологіями і великими даними, сонячні станції можуть відправляти й отримувати дані, застосовуючи «біти» (інформаційні потоки) для керування енергетичними потоками. Це забезпечує прозорість, керованість і контрольованість на всьому ланцюзі «генерація-накопичення-передача-розподілення-споживання».
Тренд №10: Застосування технологій на основі штучного інтелекту
Оскільки енергетична галузь рухається у бік ери даних, способи найефективнішого збору, використання і максимізації цінності даних стали основною темою обговорень.
Технології на основі штучного інтелекту можуть широко застосовуватися у сфері відновлюваної енергетики, а також відігравати незмінну роль протягом усього життєвого циклу сонячних електростанцій і систем накопичення енергії.
Конвергенція технологій штучного інтелекту, хмарних обчислень і великих даних поглиблюється, тому розшириться набір інструментів, що зосереджуються на обробці даних, навчанні моделей, розгортанні та експлуатації, а також безпечному моніторингу. Для сфери відновлюваної енергетики штучний інтелект спільно з силовою електронікою та цифровими технологіями сприятиме глибинній трансформації галузі.
Наприкінці виступу Чень Ґоґуан зауважив, що конвергентні сфери застосування 5G, хмарних обчислень і штучного інтелекту формують світ, в якому всі системи взаємопов’язані та інтелектуальні. І це відбувається швидше, ніж ми уявляємо. Сподіваємося, що завдяки цим 10 головним трендам розвитку фотовольтаїки людство зможе об’єднати зусилля для досягнення вуглецевої нейтральності та побудови більш екологічного і кращого майбутнього.
