光伏發(fā)電在儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用探究

張帥 馮欣 馬君功 李瀟瀟

摘 要：光伏儲(chǔ)能與并網(wǎng)發(fā)電不一樣，需要增加蓄電池，以及蓄電池充放電裝置，雖然成本要增加20%～40%，但是應(yīng)用范圍要寬廣很多。本文詳細(xì)介紹了4種類型光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的組成，并對其工作過程進(jìn)行了說明，不同類型的光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用于不同的場合。以并離網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)為例進(jìn)行了系統(tǒng)配置計(jì)算；并對儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)展的幾種商業(yè)模式進(jìn)行剖析，最后對光伏儲(chǔ)能技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景進(jìn)行了說明，開放電力市場傳導(dǎo)出的電價(jià)機(jī)制和光伏資金政策扶持的減弱刺激著市場關(guān)注度的轉(zhuǎn)移，也刺激著光伏與儲(chǔ)能協(xié)同應(yīng)用的可能。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)能系統(tǒng) 應(yīng)用分析 削峰填谷

中圖分類號：TM62 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）08（b）-0105-02

儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，打破了光伏發(fā)電接入和消納瓶頸問題。在電力系統(tǒng)中具有削峰填谷、提高電網(wǎng)穩(wěn)定性、改善電能質(zhì)量、提高電網(wǎng)利用率、提高可再生能源利用率等重要作用。儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)成為我國綜合能源示范項(xiàng)目中不可或缺的重要技術(shù)支撐。

1 光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)分類及應(yīng)用分析

根據(jù)不同的應(yīng)用場合，光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)分為離網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)、并離網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)、并網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)和多能源混合微網(wǎng)系統(tǒng)4種。

1.1 離網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)

離網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)，不依賴電網(wǎng)而獨(dú)立運(yùn)行，應(yīng)用于偏僻山區(qū)、無電區(qū)、海島、通訊基站和路燈等[1]。系統(tǒng)由光伏方陣、太陽能控制器、逆變器、蓄電池組、負(fù)載等構(gòu)成。光伏方陣在有光照的情況下將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，通過太陽能控制逆變一體機(jī)給負(fù)載供電，同時(shí)給蓄電池組充電；在無光照時(shí)，由蓄電池通過逆變器給交流負(fù)載供電。離網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)是專門針對無電網(wǎng)地區(qū)或經(jīng)常停電地區(qū)場所使用的，是剛性需求，該系統(tǒng)不依賴于電網(wǎng)，靠的是“邊儲(chǔ)邊用”或者“先儲(chǔ)后用”的工作模式，干的是“雪中送炭”的事情。對于無電網(wǎng)地區(qū)或經(jīng)常停電地區(qū)家庭來說，離網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

1.2 并離網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)

并離網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于經(jīng)常停電，或者光伏自發(fā)自用不能余量上網(wǎng)、自用電價(jià)比上網(wǎng)電價(jià)貴很多、波峰電價(jià)比波谷電價(jià)貴很多等應(yīng)用場所。系統(tǒng)由太陽電池組件組成的光伏方陣、太陽能并離網(wǎng)一體機(jī)、蓄電池組、負(fù)載等構(gòu)成。光伏方陣在有光照的情況下將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，通過太陽能控制逆變一體機(jī)給負(fù)載供電，同時(shí)給蓄電池組充電；在無光照時(shí)，由蓄電池給太陽能控制逆變一體機(jī)供電，再給交流負(fù)載供電。相對于并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，并離網(wǎng)系統(tǒng)增加了充放電控制器和蓄電池，系統(tǒng)成本增加了30%左右，但是應(yīng)用范圍更寬。

1.3 光伏并網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)

并網(wǎng)儲(chǔ)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，能夠存儲(chǔ)多余的發(fā)電量，提高自發(fā)自用比例，應(yīng)用于光伏自發(fā)自用不能余量上網(wǎng)、自用電價(jià)比上網(wǎng)電價(jià)價(jià)格貴很多、波峰電價(jià)比波平電價(jià)貴很多等應(yīng)用場所[2]。系統(tǒng)由太陽電池組件組成的光伏方陣、太陽能控制器、電池組、并網(wǎng)逆變器、電流檢測裝置、負(fù)載等構(gòu)成。當(dāng)太陽能功率小于負(fù)載功率時(shí)，系統(tǒng)由太陽能和電網(wǎng)一起供電，當(dāng)太陽能功率大于負(fù)載功率時(shí)，太陽能一部分給負(fù)載供電，一部分通過控制器儲(chǔ)存起來。當(dāng)電流傳感器檢測到有電流流向電網(wǎng)時(shí)，并網(wǎng)儲(chǔ)能機(jī)開始工作，把多余的電能儲(chǔ)存到蓄電池中，如果蓄電池也充滿了，還可以打開電熱水器。家庭負(fù)載增加時(shí)，可以控制蓄電池通過逆變器向負(fù)載送電。

1.4 微網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)

微網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)由太陽能電池方陣、并網(wǎng)逆變器、PCS雙向變流器、智能切換開關(guān)、蓄電池組、發(fā)電機(jī)、負(fù)載等構(gòu)成。光伏方陣在有光照的情況下將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，通過逆變器給負(fù)載供電，同時(shí)通過PCS雙向變流器給蓄電池組充電；在無光照時(shí)，由蓄電池通過PCS雙向變流器給負(fù)載供電。微電網(wǎng)可充分有效地發(fā)揮分布式清潔能源潛力，解決了發(fā)電功率不穩(wěn)定、獨(dú)立供電可靠性低等不利因素，確保電網(wǎng)安全運(yùn)行，是大電網(wǎng)的有益補(bǔ)充。其應(yīng)用大到廠礦企業(yè)、醫(yī)院學(xué)校，小到一座建筑都可以發(fā)展微電網(wǎng)。

2 儲(chǔ)能發(fā)展的幾種商業(yè)模式

2.1 動(dòng)態(tài)擴(kuò)容

變壓器的額定容量在出廠的那一刻起就是固定的，而當(dāng)電力用戶由于后期某些需求的影響，造成變壓器滿額運(yùn)行，就要進(jìn)行擴(kuò)容，據(jù)了解，一般地區(qū)的擴(kuò)容費(fèi)用都非常高，這個(gè)時(shí)候安裝儲(chǔ)能就可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)擴(kuò)容，避免花費(fèi)大量金錢。

2.2 需求響應(yīng)

需求響應(yīng)，說簡單點(diǎn)，就是用戶根據(jù)電網(wǎng)發(fā)出的信號，改變負(fù)荷曲線的行為。我國的電力負(fù)荷曲線有個(gè)非常明顯的高峰，實(shí)行需求側(cè)響應(yīng)能有效的改善這一現(xiàn)象。

2.3 需量電費(fèi)管理

要想知道儲(chǔ)能如何參與需量電費(fèi)管理，首先一定要了解什么是需量電費(fèi)，簡單點(diǎn)說，就是大工業(yè)客戶針對變壓器收取的電費(fèi)，而無論是按變壓器的容量收取，還是按最大負(fù)荷收費(fèi)，都無法滿足用戶的峰谷用電負(fù)荷特性，而儲(chǔ)能可以進(jìn)行削峰填谷，改善這一狀況，減少需量電費(fèi)。

2.4 配套工商業(yè)光伏

隨著光伏補(bǔ)貼的退坡，光伏企業(yè)必須尋找新的模式提高收益。工商業(yè)光伏+儲(chǔ)能，可以提高自發(fā)自用率，從而減輕用戶的電費(fèi)壓力，同時(shí)也可以白天對儲(chǔ)能電池充電，晚上放電，從而賺取價(jià)差。

2.5 峰谷價(jià)差

相信很多人對這個(gè)盈利模式一點(diǎn)也不陌生，目前大部分企業(yè)的盈利來源就是峰谷價(jià)差。峰谷價(jià)差是指根據(jù)電網(wǎng)的負(fù)荷變化情況，將每天24h劃分為高峰、平段、低谷等多個(gè)時(shí)段，對各時(shí)段分別制定不同的電價(jià)水平，以鼓勵(lì)用電客戶合理安排用電時(shí)間，削峰填谷，提高電力資源的利用效率[3]。

3 儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)和配置

3.1 如何去設(shè)計(jì)一個(gè)并離網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)

可以看到，并離網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)最主要的設(shè)備是并離網(wǎng)儲(chǔ)能一體機(jī)，其作用是對光伏組件所發(fā)的電能進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，對蓄電池進(jìn)行充電，并對蓄電池起到過充電保護(hù)、過放電保護(hù)的作用。同時(shí)把組件和蓄電池的直流電逆變成交流電，給交流負(fù)載使用，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，電網(wǎng)也可以向蓄電池充電。

3.2 如何為儲(chǔ)能系統(tǒng)選配蓄電池

由于設(shè)計(jì)的是并離網(wǎng)一體儲(chǔ)能系統(tǒng)，負(fù)載用電可以由電網(wǎng)作為后備。那么蓄電池的選擇可以根據(jù)計(jì)劃儲(chǔ)存的能量來確定[4]。例如，計(jì)劃配置可以儲(chǔ)存10度電的蓄電池，該如何選擇呢？10度電，即10kWh，也就是10000Vah。電池額定電壓48V，電池放電效率取94%，考慮到電池壽命和性能，計(jì)算時(shí)采用鋰電池的放電深度（80%），鉛酸電池的放電深度一般在50%～70%。

3.2.1 選用鋰電池

鋰電電池常規(guī)規(guī)格48V、50Ah，可以選用6并聯(lián)，總?cè)萘?00Ah。

3.2.2 選用鉛酸電池

放電深度取50%，需要12V，100Ah鉛酸電池20節(jié)，進(jìn)行4串5并連接，總?cè)萘?00Ah。

為什么鉛酸電池放電深度只有50%？從循環(huán)次數(shù)與放電深度的關(guān)系曲線中可見，放電深度越大，電池使用壽命越短。適當(dāng)增大電池容量，減小放電深度，可以延長電池的使用壽命。

3.2.3 儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用前景

中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟（CNESA）今年4月提供的行業(yè)研究白皮書顯示，中國的儲(chǔ)能市場未來3年主要場景分布中，商用節(jié)能占到27.8%，調(diào)峰調(diào)頻占到24.1%，戶用光伏占到18.5%[5]。在政策上，峰谷電價(jià)差未來是否能夠擴(kuò)大，在較長的投資回收周期中，電力價(jià)格的變化將對儲(chǔ)能項(xiàng)目的收益產(chǎn)生重大的影響。

參考文獻(xiàn)

[1] 湯秀芬.獨(dú)立光伏系統(tǒng)的儲(chǔ)能技術(shù)研究[J].通信電源技術(shù)，2014（1），31（1）：12-14.

[2] 劉建濤，張建成，馬杰，等.儲(chǔ)能技術(shù)在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J].電網(wǎng)與清潔能源，2011（7）：1-3.

[3] 陳剛，袁越，傅質(zhì)馨.儲(chǔ)能電池平抑光伏發(fā)電波動(dòng)的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2014（2）：200-202.

[4] 馬玲.光伏發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置優(yōu)化及運(yùn)行研究[D].沈陽工業(yè)大學(xué)，2018.

[5] 葉季蕾，薛金花，王偉，等.儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景[J].中國電力，2014（3）：89-92.