Промышленные льдохранилища и фотоэлектричество – устойчивые энергетические решения для обрабатывающей промышленности

Введение: Эффективное, надежное и устойчивое промышленное охлаждение

В эпоху энергетического перехода перед производственным сектором стоят три стратегические задачи: энергоэффективность, сокращение выбросов CO₂ и безопасность поставок.

Перспективным решением, отвечающим всем трем требованиям, является сочетание промышленных систем хранения льда и фотоэлектрической (PV) генерации.

Такая синергия позволяет компаниям накапливать избыточную солнечную энергию в качестве охлаждающей мощности, смещать электрические нагрузки и увеличивать потребление возобновляемой энергии на объекте.

Промышленные льдохранилища в сочетании с фотоэлектрическими установками позволяют производителям накапливать избыточную солнечную энергию в качестве охлаждающей, балансировать пики нагрузки и устойчиво сокращать выбросы CO₂.

Роль промышленных систем хранения льда в современных энергетических системах

Функционирование и проектирование систем хранения льда

Промышленные системы хранения льда - это накопители тепловой энергии, которые аккумулируют энергию в виде холода. Их работа основана на аккумулировании скрытого тепла, используя фазовый переход воды в лед.

В резервуаре с водой вертикальные пластины испарителя образуют слой льда. При необходимости теплая возвратная вода циркулирует по этим пластинам, растапливая лед и высвобождая накопленную энергию охлаждения для использования в технологических процессах или системах климат-контроля.

Примечание инженера: Фазовый переход при 0 °C обеспечивает высокую плотность энергии и практически полное отсутствие потерь при хранении.

Промышленные преимущества

Системы хранения льда действуют как тепловые буферы, стабилизирующие потребление электроэнергии и отделяющие потребность в охлаждении от выработки энергии.

Такая гибкость позволяет использовать более компактные холодильные установки, снижать пиковые нагрузки и эксплуатационные расходы - ключевые преимущества для отраслей с непрерывным охлаждением.

Преимущества по сравнению с аккумуляторными батареями

В отличие от литий-ионных аккумуляторов, системы хранения льда нетоксичны, подлежат переработке и удобны в обслуживании.

Они не требуют редких материалов и демонстрируют стабильную работу на протяжении десятилетий. Их выбросы CO₂ значительно ниже, что делает их экологически безопасным долгосрочным решением для промышленного хранения энергии и управления нагрузкой.

Фотовольтаика – чистая энергия для промышленных энергосистем

Принцип и применение

Фотоэлектрические системы (ФЭС) преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество. Эта децентрализованная технология без выбросов обеспечивает низкие эксплуатационные расходы и предсказуемую отдачу энергии на протяжении десятилетий. В настоящее время фотоэлектрические системы являются краеугольным камнем корпоративных стратегий устойчивого развития и энергетической независимости.

Проблема доступности энергии

Поскольку выработка солнечной энергии колеблется в течение дня, хранение энергии необходимо для достижения максимальной эффективности. В полдень, когда солнечная выработка достигает максимума, системы хранения льда поглощают избыток электроэнергии в виде энергии охлаждения, готовые к использованию при снижении выработки солнечной энергии.

Синергия хранения льда и фотоэлектричества

Интеллектуальное управление нагрузкой и оптимизация энергопотребления

Интеграция фотоэлектрической энергии и системы хранения льда создает интеллектуальную систему управления нагрузкой. Избыток фотоэлектрической энергии используется для зарядки льдохранилища - то есть для замораживания воды.

В дальнейшем накопленная энергия охлаждения поддерживает технологическое охлаждение, кондиционирование воздуха или производственные операции без электросети. Такой подход позволяет сгладить пики спроса, снизить зависимость от сети и повысить надежность поставок.

Технологическая интеграция

Система может быть легко подключена к существующим системам управления энергопотреблением (EMS) и поддерживает динамическое управление циклами нагрузки и разрядки.

В солнечные часы холодильная установка работает на фотоэлектрической энергии, а ночью запасенный лед обеспечивает охлаждение без дополнительной электроэнергии. Это способствует стабильности сети, энергоавтономности и оптимизации энергоэффективности.

Экономические и экологические преимущества для компаний

Интеграция фотоэлектрической энергии и ледохранилища дает ощутимые преимущества:

Выгода	Описание
До 40 % экономии энергии	За счет самопотребления и перераспределения нагрузки
Снижение эксплуатационных расходов	Более компактные чиллеры и сокращение объема технического обслуживания
Оптимизация тарифов	Использование внепиковой электроэнергии
Возможность финансирования	Квалификация для национальных программ и программ ЕС по декарбонизации
Сокращение выбросов CO₂ и соответствие требованиям ESG	Поддержка отчетности по устойчивому развитию
Энергетическая автономия	Повышает надежность поставок и надежность производства

Отрасли с высоким спросом на охлаждение - такие как пищевая промышленность, логистика и химическое производство - получают наибольшую выгоду от такой интеграции, сокращая внешние затраты на энергию и повышая репутацию в области устойчивого развития.

Вклад в энергетический переход и устойчивое развитие промышленности

Интеграция фотоэлектрических систем с промышленными льдохранилищами способствует декарбонизации и созданию децентрализованных и устойчивых энергетических инфраструктур. Она снижает потери при передаче энергии и поддерживает климатически нейтральное производство.

Благодаря модульной конструкции системы хранения льда могут быть реализованы как в новых установках, так и при модернизации существующих систем. Эта технология повышает конкурентоспособность, обеспечивая энергоэффективность, надежность энергоснабжения и экологическую ответственность.

План действий для лиц, принимающих решения в промышленности

Компании, стремящиеся сократить выбросы CO₂, повысить энергоэффективность и снизить затраты на электроэнергию, должны оценить целесообразность интеграции фотоэлектрических систем и систем хранения льда в свои процессы.

Инженерные партнеры, такие как HTT AG, разрабатывают и внедряют индивидуальные энергетические системы, отвечающие конкретным промышленным потребностям - от проектирования и моделирования до полной интеграции в существующие архитектуры EMS.

Запросите энергоаудит прямо сейчас, чтобы определить потенциал интеграции фотоэлектрических и тепловых накопителей. Узнайте, как превратить охлаждение вашего производства в ключевой элемент энергетического перехода.

Технический обзор: Компоненты и преимущества

Компонент	Функция	Технические характеристики	Преимущества
Накопитель льда	Накопление тепловой энергии на основе фазового перехода вода-лед	Использует скрытое тепло при 0 °C для высокой плотности энергии	Длительный срок службы, низкая стоимость обслуживания, минимальные потери
Фотовольтаика	Преобразование солнечного света в электричество	Кремниевые элементы (КПД 14-22 %)	Без выбросов, экономически эффективная самогенерация
Комбинированная система	Интегрированная система управления энергопотреблением	Интеллектуальное управление нагрузкой для циклов заряда/разряда	Экономия пиковой нагрузки, независимость от сети, оптимизированная эффективность

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Что такое промышленная система хранения льда и как она работает?

Промышленная система хранения льда накапливает энергию для охлаждения, замораживая воду в непиковое время (например, ночью или при избытке солнечной энергии), а затем растапливая этот лед, чтобы обеспечить холод для охлаждения процессов или кондиционирования воздуха при высоком спросе. Эта технология основана на аккумулировании скрытого тепла (фазовый переход вода → лед → вода), что обеспечивает высокую плотность энергии и эффективное перераспределение нагрузки.

Зачем сочетать фотовольтаику (PV) с системой хранения льда в промышленности?

Потому что фотоэлектрические системы вырабатывают электроэнергию преимущественно в солнечные часы, но потребность в охлаждении (или технологическая потребность) может достигать пика позже или ночью. Используя избыток солнечной энергии для замораживания льда (т.е. заряжая хранилище), вы смещаете нагрузку на охлаждение на время низких тарифов на электроэнергию или низкого производства солнечной энергии. Это повышает самопотребление фотоэлектрической системы, снижает пиковые нагрузки на сеть и повышает энергоавтономность.

Каковы основные преимущества по сравнению с аккумуляторными накопителями энергии?

• В ледяных накопителях используются более простые материалы (вода/лед), а не редкое/дорогое сырье, необходимое для аккумуляторов.
• Техническое обслуживание и деградация ниже: Многие ледяные системы могут работать более 15 лет со стабильной производительностью.
• Они напрямую удовлетворяют потребность в охлаждении (тепловые аккумуляторы), а не преобразуют электроэнергию в электричество, что может быть более эффективным, когда основной потребностью является охлаждение.

Какие типичные области применения и отрасли подходят для этой технологии?

Больше всего выигрывают отрасли с высокими требованиями к охлаждению или процессу охлаждения: например, пищевая промышленность и производство напитков, холодильные склады в логистике, химическое/фармацевтическое производство, центры обработки данных. Кроме того, в инфраструктурах, где пиковый спрос на электроэнергию или ее стоимость вызывают серьезные опасения, смещение нагрузки дает экономический эффект.

Каковы основные аспекты проектирования и реализации?

• Определение размера хранилища: Необходимо оценить потребность в охлаждении, пиковые нагрузки, продолжительность хранения, время замораживания и цикл оттаивания.
• Интеграция с фотоэлектрическими системами и системой управления энергопотреблением: Убедитесь, что система управления (EMS) может управлять зарядкой при избытке фотоэлектричества и разрядкой при пиковой нагрузке.
• Пространство и установка: Резервуары для льда требуют места; условия площадки (изоляция, контуры охлаждения, геометрия резервуара) имеют значение.
• Экономический анализ и анализ жизненного цикла: Сравните с альтернативами (например, батареями или обычными охладителями), чтобы оценить окупаемость, стоимость обслуживания и жизненного цикла.

Что касается ограничений или проблем?

• Первоначальные инвестиции: Несмотря на экономическую эффективность в эксплуатации, первоначальные затраты могут быть значительными.
• Соответствие избытка фотоэлектрической энергии и использования хранилища: Если избыток фотоэлектрической генерации невелик или спрос на охлаждение не соответствует времени использования хранилища, преимущества снижаются.
• Сложность системы: Требуется интеграция холодильной установки, резервуара для хранения, системы управления и, возможно, управления мощностью фотоэлектрической энергии.
• Физическое пространство: Резервуары и трубопроводы для хранения большого объема могут занимать значительную площадь.

Какую экономию энергии или затрат можно ожидать?

Хотя точные цифры зависят от специфики объекта, многие системы сообщают о значительной экономии за счет переноса выработки холода на непиковые периоды или периоды избытка фотоэлектрической энергии, уменьшения размера чиллера, снижения пикового спроса на электроэнергию и улучшения самопотребления. В некоторых промышленных случаях экономия энергии на охлаждение достигает ~30-40 %.

Как это способствует устойчивому развитию и энергетическому переходу?

За счет более широкого использования возобновляемых источников энергии (PV) для охлаждения, снижения пикового спроса на электроэнергию, уменьшения выбросов CO₂, повышения энергоавтономности и поддержки декарбонизации промышленных процессов. Тепловые аккумуляторы, такие как лед, помогают заполнить пробел, когда аккумуляторные батареи или другие решения могут оказаться неоптимальными или экономически эффективными.

Каковы аспекты технического обслуживания и долговечности?

Системы хранения льда, как правило, имеют меньше движущихся частей по сравнению с аккумуляторными системами, а материалы (вода, лед, металлические пластины) отличаются долговечностью. Многие производители заявляют о длительном сроке службы, низкой потребности в обслуживании и стабильной работе на протяжении десятилетий.

Как определить, стоит ли компании инвестировать в это решение?

Ключевые критерии для оценки:

• Профиль спроса на охлаждение/охлаждение (пиковое время, уровень нагрузки).
• Доступная площадь крыши или земельного участка и потенциал солнечных фотоэлектрических батарей
• Структура тарифов на электроэнергию (внепиковые и пиковые, плата за спрос)
• Существующая инфраструктура охлаждения и потенциал для модернизации
• Цели по декарбонизации, энергоавтономности и снижению затрат.

Если анализ показывает значительное несоответствие между фотоэлектрической генерацией и спросом на охлаждение, или значительные пиковые нагрузки и плата за спрос - тогда промышленное льдохранилище + фотоэлектрическое решение, вероятно, будет выгодным.