儲電單元在分布式光伏發電中的應用

白瑋佳，孫 昊

（河北農業大學 城鄉建設學院，河北 保定 071000）

0 引 言

隨著化石能源使用帶來的環境污染問題日益嚴重，人類已經意識到環境保護的重要性。同時，隨著時代的進步和科技的發展，新能源為人類開創了綠色節能的新時代，為可持續發展提供了新思路，開辟了新領域。

分布式光伏發電可以有效緩解我國電力短缺的現狀，低碳環保，獲得了國家的大力支持。隨著新能源的發展，綠色能源的利用越來越受到重視，其中分布式光伏發電的發展潛力不可估量。分布式光伏發電系統在快速發展的過程中暴露出許多亟待解決的問題，為此將重點闡述儲電單元和分布式光伏發電系統相結合的可行性。

1 分布式光伏發電的現狀

1.1 國家鼓勵發展分布式光伏發電

近年來，我國光伏發電產業發展迅速。統計顯示，2019年全國集中式光伏發電系統裝機容量增加1.791×107kW，分布式光伏發電系統裝機容量增加1.220×107kW，光伏發電累計裝機容量達到2.043×108kW。光伏發電產業受政策影響很大，對政策的調整比較敏感。2006年提出的“碳中和”概念，極大地鼓舞了光伏發電行業的信心。目前，政策強調要完善新能源消納和協調等具體措施。國家電網公布了最新一批可再生能源電力補貼項目清單，共涉及84個集中光伏項目，總裝機容量2.49 GW，覆蓋16個省份。在光伏發電產業的后期發展中，國家陸續出臺了一些光伏發電產業政策的配套文件，以大力發展光伏發電產業。同時，光伏發電產業的發展離不開電網公司的大力支持，國家電網和中國南方電網陸續發布了各種細則，以保障分布式光伏網絡的接入。

1.2 存在棄光限電與利用率低的問題

光伏發電在我國的廣泛推行，隨之出現了相關經濟問題。光伏發電成本高，但效益不容樂觀。根據2015年的數據，我國的廢棄光量為4×109kW時，廢棄光率約為10%。西北地區的棄光現象相當嚴重，廢棄光量為總發電量的20%～30%。2016年第一季度的數據統計顯示，在我國光伏發電裝機容量增加了7.14×1010kW，但全國棄光限電達到了1.9×109kW·h。由此可見，光伏發電產業快速發展的同時出現了棄光限電問題。

光伏發電作為一種新的發電方式，是一種利用半導體界面的光伏效應直接將光能轉化為電能的技術，可以利用太陽能直接在當地發電。目前，最常見的方法是在建筑物的屋頂安裝太陽能發電系統，并將其并入大型電網，然后將電力傳輸到附近的發電站。在分布式光伏發電系統的實際應用中，由于其設備占地面積大，同時發電情況受天氣、季節和地域的影響，導致光伏發電不穩定、不連續和不可控。一天內受光照影響明顯，波動性強，如果未經處理就并入電網，對電網影響很大，最終出現初期投資高但利用率低的問題。

分布式光伏發電為用戶提供了清潔能源，但對配電網的運行提出了挑戰。在目前的使用條件下，電能基本來自電網，通過電網輸送給用戶，由用戶直接使用，經過“源-網-荷”三個環節，需要發電和用電達到平衡。光伏發電受太陽能資源的影響，具有間歇性和波動性。分布式光伏發電系統直接并入電網會對配電網造成干擾，產生諧波和孤島效應。光伏發電存在周期性負荷安全和資源穩定的問題，影響電網的正常調度，威脅著電網的穩定和安全。

1.3 目前普遍應用的解決方法

1.3.1 抽水蓄能

鑒于光伏發電不穩定的特性，國家利用新能源所產生的電能大多以抽水蓄能的形式存在。抽水蓄能是利用新能源產生的電能將下池水庫的水抽到上池水庫，將產生的電能轉化為重力勢能儲存起來，從而在用電高峰期放出水，產生穩定安全的電能輸入電網。國家電網公司計劃在2020年將抽水蓄能的規模擴大到2 692 kW。抽水蓄能的缺點是浪費能源，當電能轉化為動力勢能時，會浪費25%～30%的能量。此外，在用電高峰期釋放電力勢能時會產生相應的能量損失，大大降低了分布式光伏發電的利用率。

1.3.2 壓縮空氣儲能

壓縮空氣儲能是另一種儲能形式，是指將產生的電能用于壓縮空氣，將壓縮空氣密封在報廢礦井、海底、儲氣罐以及儲能井中，從而在用電高峰期釋放壓縮的空氣來推動機輪車發電。這種儲能形式在近幾年發展較快，但是技術還需進一步提升，無法適用于各種條件下的儲能，且新型壓縮空氣儲能的最高效率為60%，資源浪費較為明顯，不能高效利用電能。

2 儲電單元在光伏發電中應用的可行性

隨著新能源的發展，我國多地陸續出現了棄光限電的現象。參考德國新能源在光伏發電系統的發展經驗，將分布式光伏發電系統和儲能技術結合，將有效緩解棄光限電的問題，同時提高了發電效率和電網發電的靈活性，為研究儲能技術提供了新思路。

儲電單元的能量密度高，適合大容量儲能。儲電單元的配置可以提高光伏發電系統的電能質量和穩定性。由于光伏發電穩定性較差且不可控，可以參考德國儲電技術在分布式光伏發電中的應用，將儲電單元和分布式光伏發電系統結合起來。

2.1 提高光伏發電系統的供電穩定性

天氣和地域因素會對光伏發電系統產生影響。例如：雨天的發電量只有正常天氣的10%；連續陰雨或霧天時，太陽輻射強度低，光伏發電系統達不到啟動電壓，甚至無法正常啟動工作。由于光伏發電的輸出功率受環境影響存在較高的隨機性和間歇性，電力系統會出現三相不平衡的情況，導致電路損耗，影響供電電機，從而影響整個電力系統的安全性。設置儲電單元是目前最可靠的措施，可以有效解決三相平衡問題。當外部自然環境發生變化導致光伏發電設備輸出的電能無法保持穩定時，儲電單元會釋放或吸收部分電能，從而提高了電網的供電穩定性，保證了電路的安全性。

2.2 調節電力負荷——削峰填谷

2019年7月，國家發改委發布《關于創新和完善促進綠色發展價格機制的意見》，提出擴大用電峰谷時段電價差和浮動幅度，引導用戶錯峰用電。住宅用戶實行三級電價是引導非高峰用電的有效途徑，但對于大城市的商業區無疑會增加工商企業的用電成本。以上海為例，根據2020年上海最新階梯電價標準，一檔峰期電價為0.617元/kW·h，谷期電價為0.307元/kW·h；二檔峰期電價為0.677元/kW·h，谷期電價為0.337元/kW·h；三檔峰期電價為0.977元/kW·h，谷期電價為0.487元/kW·h。因此，工商企業需要規劃自己的用電時段來降低用電成本。

利用峰谷電價引導用戶錯峰用電，是為了減小電網的壓力，為電網用電高峰期的高負荷減輕壓力。削峰填谷要求社會購電合理化，這對電網穩定意義重大。將儲電單元應用于分布式光伏發電系統來調節電力負荷，是一種削峰填谷的措施。根據不同用戶的用電量，將電能存儲在儲電單元中，通過能量轉移降低電網的峰期負荷，填補電網的谷期負荷，即在峰期負荷高時儲電單元及時放電，在谷期負荷低時及時充電，從而保證電網的平穩運行。儲電單元在分布式光伏發電系統中的應用，提高了分布式光伏發電的自發自用率和吸收能力，減緩了電網的能量損耗。

隨著建筑中分布式光伏發電效率和發電量的提高，建筑會逐漸變成“0”能耗建筑，最后變成負能耗建筑。負能耗建筑指在一年內產生的能源比建筑消耗的能源多的建筑。由于用電規律，“晨昏期”負能耗建筑將進一步增大峰谷差，嚴重影響電網的正常運營，而儲電單元在分布式光伏發電系統中的應用可以解決這個問題。

合理利用儲電單元可以有效解決峰谷差大的問題，減少負荷的大幅波動，提高設備利用率。對于電網來說，峰谷差減小，備用機組數量減少，可以更好地利用電能。對于用戶側來說，不需要過多的調整用電時間也可以節約用電成本，降低購電成本。

3 退役動力電池作為儲電單元在分布式光伏發電系統中的應用

分布式光伏發電系統的使用避免了對環境的危害，但對電網的影響和限制不容忽視。儲能技術的加入是目前解決光伏并網發電系統最有效的途徑，可以很好地解決并網帶來的波動性和隨機性。然而，市場上的儲能裝置價格昂貴，限制了分布式光伏發電系統的大規模推廣和使用。

新能源汽車動力電池的退役給解決儲電單元成本高提供了契機。動力電池是指為工具提供動力來源的電池，主要用于新能源汽車和電動火車等交通工具。由于新能源汽車對動力電池的要求較高，因此新能源汽車使用的動力電池壽命較短，5～8年后將無法滿足新能源汽車的能耗要求。然而，動力電池的自然衰減是電池的一個特性。退役的動力電池的容量衰減到新電池狀態的80%左右時，電池可以繼續進行梯次利用。

將退役動力電池作為儲電單元應用于分布式光伏發電系統，不僅可以緩解分布式光伏發電對電網的影響，還可以解決儲電單元成本高的問題。此外，我國的動力電池回收市場還處于起步階段，市場上積累了大量退役的動力電池。隨著新能源產業的發展，退役動力電池的數量還會增加。在分布式光伏發電系統中，使用退役動力電池作為儲電單元具有廣闊的市場發展空間。

4 結 論

隨著技術的進步，應該通過完善的能源轉化系統提高綠色能源的利用效率。儲電單元與分布式光伏發電系統的結合，相比傳統的分布式光伏發電系統對電網的貢獻更大，對電能的利用率更高，對波峰波谷電價所產生的費用更少。目前，國家給予分布式光伏發電系統的用戶發電補貼逐漸減少，最終變成“0”補貼。在這種背景下，并入電網將不再是用戶的第一選擇。儲電單元的結合給了用戶第二個選擇，自發自用多余電量并入電網。此外，隨著分布式光伏發電的發展，國家可能會出臺一系列對自發自用多余電量并入電網的補貼政策來助力新能源的發展，以更好地推廣結合儲電單元的分布式光伏發電系統。