Компания Huawei провела конференцию «10 главных трендов в сфере интеллектуальных фотоэлектрических систем» (Smart PV) на тему «Придание импульса солнечной энергетике как основному источнику энергии». В рамках конференции Чэнь Гогуань (Chen Guoguang), президент Huawei Smart PV+ESS Business, поделился мыслями компании Huawei о 10 тенденциях в сфере интеллектуальных фотоэлектрических систем с точки зрения многосценарного сотрудничества, цифровой трансформации и повышения безопасности.

По мере увеличения доли возобновляемых источников энергии в фотоэлектрической отрасли наблюдается бурный рост, однако перед ней по-прежнему стоит множество вызовов. Речь, среди прочего, идет о поиске способов дальнейшего снижения нормированной стоимости энергии (LCOE), повышения эффективности эксплуатации и технического обслуживания, поддержания стабильности энергосистем по мере увеличения использования возобновляемых источников энергии и обеспечения сквозной безопасности системы.

«На фоне стремительного развития солнечной энергетики эти проблемы также создают возможности», — заявил Чэнь Гогуань. Будучи прогрессивной компанией, Huawei стремится делиться своими идеями и думать вместе со своими партнерами, а также с организациями и отдельными лицами, заинтересованными в экологически безопасном и устойчивом развитии.

Тренд 1: генератор PV+ESS

По мере того как к энергосети подключается все больше возобновляемых источников энергии, возникают различные сложные технические проблемы с точки зрения устойчивости системы, баланса мощности и качества электропитания.

Поэтому для повышения эффективности управления активной/реактивной мощностью и способности реагировать, а также для активного смягчения последствий колебаний частоты и напряжения необходим новый режим управления. Благодаря интеграции фотоэлектрических элементов и систем накопления энергии (ESS), а также технологии формования энергосети мы можем создать «интеллектуальные генераторы PV+ESS», в которых используется управление источником напряжения, а не управление источником тока, и которые обеспечивают мощную инерционную поддержку, стабилизацию переходного напряжения и возможности преодоления неисправностей. За счет этого фотоэлектрические элементы будут формировать энергосеть, нежели просто следовать ее конфигурации, что позволит увеличить долю фотоэлектрических элементов в сети.

Важной вехой в применении этих технологий стал проект Red Sea в Саудовской Аравии, в рамках которого компания Huawei представила полный комплекс решений, включая интеллектуальный контроллер солнечных элементов и аккумуляторную систему накопления энергии (BESS) в качестве одного из основных партнеров. В этом проекте используются фотоэлектрические элементы мощностью 400 МВт и ESS мощностью 1,3 ГВт·ч для поддержки энергосети, которая заменяет традиционные дизельные генераторы и обеспечивает экологически чистое и стабильное электропитание для 1 миллиона человек, создавая первый в мире город, питающийся от полностью возобновляемых источников энергии.

Тренд 2: высокая плотность и надежность

Обеспечение высокой мощности и надежности оборудования на солнечных электростанциях будет объектом повышенного внимания. Приведем в качестве примера фотоэлектрические инверторы. Напряжение постоянного тока инверторов к настоящему времени повысилось с 1100 В до 1500 В. За счет применения новых материалов, таких как карбид кремния (SiC) и нитрид галлия (GaN), а также полной интеграции цифровых технологий, технологий силовой электроники и терморегулирующих технологий, удельная мощность инверторов в течение следующих пяти лет, по имеющимся оценкам, увеличится примерно на 50%, при этом будет сохранена высокая надежность.

Солнечная электростанция мощностью 2,2 ГВт в Цинхае, Китай, находится на высоте 3100 м над уровнем моря и насчитывает 9216 интеллектуальных фотоэлектрических контроллеров (инверторов) Huawei, стабильно работающих в этих суровых условиях. Совокупная доступность в часах инверторов Huawei превышает 20 миллионов часов, а их коэффициент доступности достигает 99,999%.

Trend 3: силовая электроника на уровне модулей (MLPE)

Благодаря отраслевой политике и технологическому прогрессу в области распределенной фотоэлектрической генерации в последние годы наблюдается динамичное развитие. Перед нами стоят такие задачи, как повышение эффективности использования ресурсов крыши, обеспечение высокой выработки энергии и обеспечение безопасности системы PV+ESS. Поэтому необходимо обеспечить усовершенствованное управление.

В фотоэлектрической системе силовая электроника на уровне модулей (MLPE) относится к силовому электронному оборудованию, способному выполнять усовершенствованное управление одним или несколькими фотоэлектрическими модулями, включая микроинверторы, оптимизаторы мощности и разъединители. MLPE обладает уникальными характеристиками, такими как генерация электроэнергии на уровне модулей, контроль и безопасное отключение. По мере повышения безопасности и интеллектуальности фотоэлектрических систем ожидается, что к 2027 году уровень проникновения MLPE на рынке распределенной фотоэлектрической генерации достигнет 20–30%.

Тренд 4: системы накопления энергии типа Smart String 

По сравнению с традиционными централизованными решениями ESS, в системе Smart String ESS используется распределенная архитектура и модульная конструкция. В этой системе применены инновационные технологии и цифровое интеллектуальное управление для оптимизации энергии на уровне блоков аккумуляторных батарей и управления энергией на уровне шкафов. Они обеспечивают повышение энергии разряда, оптимизацию инвестиций, простоту эксплуатации и технического обслуживания, а также безопасность и надежность на протяжении всего жизненного цикла ESS.

В 2022 году в рамках проекта ESS мощностью 200 МВт/200 МВт·ч в Сингапуре (крупнейший проект BESS в Юго-Восточной Азии) в целях регулирования частоты и создания вращающегося резерва была задействована система Smart String ESS для усовершенствованного управления зарядом и разрядом для достижения постоянной выходной мощности в течение длительного времени и обеспечения преимуществ регулирования частоты. Кроме того, функция автоматической калибровки SOC (состояние заряда) на уровне аккумуляторного блока снижает затраты на рабочую силу и значительно повышает эффективность эксплуатации и технического обслуживания.

Тренд 5: усовершенствованное управление на уровне ячеек

Подобно переходу фотоэлектрических систем на MLPE, литиевые системы BESS тоже перейдут на управление нижнего уровня. Только усовершенствованное управление на уровне аккумуляторных ячеек может лучше справляться с проблемами в плане эффективности и безопасности. В настоящее время традиционные системы управления аккумуляторными батареями (BMS) могут лишь обобщать и анализировать ограниченные данные и почти не позволяют обнаруживать неисправности и генерировать предупреждения на ранней стадии. Поэтому BMS должны стать более чувствительными, интеллектуальными и даже прогностическими. Это зависит от сбора, вычислений и обработки большого количества данных, а также технологий искусственного интеллекта, используемых для поиска оптимального режима работы и составления прогнозов.

Тренд 6: интеграция PV+ESS+сеть 

Что касается выработки электроэнергии, сочетание фотоэлектрических элементов и ESS все чаще используется в новых экологически чистых энергетических базах, с которых электроэнергия поставляется в энергоузлы через линии электропередачи сверхвысокого напряжения. Что касается энергопотребления, то во многих странах все большую популярность приобретают виртуальные электростанции (VPP). VPP станции сочетают в себе обширные системы распределенной фотоэлектрической генерации, системы ESS и контролируемые нагрузки. Кроме того, в них используется гибкое планирование для энергоблоков и систем накопления для достижения максимальной экономии и пр.

Таким образом, создание устойчивой энергетической системы, объединяющей в себе фотоэлектрические элементы, ESS и сеть для генерации солнечной энергии и передачи ее по энергосети станет ключевым элементом обеспечения энергетической безопасности. Мы можем интегрировать цифровые технологии, технологии силовой электроники и накопления энергии для достижения многоуровневого энергетического взаимодействия. Виртуальные электростанции могут рационально управлять, эксплуатировать и торговать мощностями крупных распределенных систем PV+ESS с использованием множества технологий, включая 5G, искусственный интеллект и облачные технологии, которые будут внедряться во всех новых странах.

Тренд 7: повышение безопасности

Безопасность является краеугольным камнем развития отрасли фотоэлектрических элементов и систем накопления энергии. Для ее обеспечения мы должны рассматривать все сценарии и связи, а также обеспечивать полную интеграцию технологий силовой электроники, электрохимических, терморегулирующих и цифровых технологий для повышения безопасности системы. На солнечной электростанции более 70% всех неисправностей приходится на отказы со стороны постоянного тока. Поэтому важно, чтобы инвертер поддерживал интеллектуальное разъединение цепи и автоматическое распознавание подключения. В сценарии распределенных фотоэлектрических элементов функция AFCI (Arc Fault Circuit Breaker) станет стандартной конфигурацией, а функция быстрого отключения на уровне модулей обеспечит безопасность технического персонала и пожарных. В сценарии ESS для внедрения усовершенствованного управления начиная с аккумуляторных элементов и заканчивая всей системой необходимо задействовать множество технологий, таких как силовая электроника, облачные вычисления и искусственный интеллект. Традиционный режим защиты, основанный на пассивном реагировании и физической изоляции, уступил место активной автоматической защите, которая нашла воплощение в многомерной конструкции безопасности, охватывающей все составляющие — от аппаратного до программного обеспечения и от структуры до алгоритма.

Тренд 8: безопасность и надежность

Помимо преимуществ, фотоэлектрические системы также несут в себе различные риски, в том числе с точки зрения безопасности оборудования и информации. К рискам, связанным с безопасностью оборудования, относится главным образом отключение систем, вызванное неисправностями. К рискам, связанным с информационной безопасностью, относятся внешние сетевые атаки. Чтобы справиться с этими вызовами и угрозами, предприятиям и организациям необходимо создать полный набор механизмов управления «безопасностью и надежностью», включая надежность, доступность, безопасность и устойчивость систем и устройств. Кроме того, нам необходимо обеспечить защиту личной и экологической безопасности, а также конфиденциальности данных.

Тренд 9: цифровизация

Традиционные солнечные электростанции имеют большое количество оборудования и не имеют достаточно каналов сбора информации и ведения отчетности. Большая часть оборудования не может «общаться» между собой, что сильно осложняет внедрение усовершенствованного управления.

С внедрением передовых цифровых технологий, таких как 5G, Интернет вещей (IoT), облачные вычисления, сенсоры и большие данные, солнечные электростанции могут отправлять и получать информацию, используя «биты» (информационные потоки) для управления «ваттами» (энергетическими потоками). Это позволяет обеспечить прозрачность, управляемость и контролируемость всей цепочки генерация-передача-хранение-распределение-потребление.

Тренд 10: применение ИИ

По мере перехода энергетической отрасли к эпохе данных вопрос о том, как лучше собирать, использовать и максимизировать ценность данных, стал одной из главных тем отрасли.

Технологии искусственного интеллекта могут широко применяться в сфере возобновляемой энергетики и играть незаменимую роль на протяжении всего жизненного цикла системы PV+ESS, включая производство, строительство, эксплуатацию и техническое обслуживание, оптимизацию и пользование. Конвергенция технологий искусственного интеллекта и таких технологий, как облачные вычисления и обработка больших данных, углубляется, а цепочка инструментов, ориентированная на обработку данных, обучение моделей, развертывание и эксплуатацию, а также мониторинг безопасности, будет расширена. В сфере возобновляемой энергетики искусственный интеллект, как и силовая электроника и цифровые технологии, будет способствовать глубокой трансформации отрасли.

В конце своего выступления Чэнь Гогуань отметил, что конвергентные сферы применения 5G, облачных вычислений и ИИ формируют мир, в котором все системы обладают сенсорными способностями, взяимосвязаны и интеллектуальны. Это происходит быстрее, чем мы думаем. Компания Huawei назвала 10 основных тенденций в сфере солнечной энергетики и описала экологичный и интеллектуальный мир ближайшего будущего. Мы надеемся, что люди, представляющие все слои общества, смогут объединить свои усилия для достижения углеродной нейтральности и построения более экологичного и светлого будущего.