太陽(yáng)能光伏發(fā)電與儲(chǔ)能技術(shù)研究

姜楠

摘? 要：要實(shí)現(xiàn)中國(guó)政府提出的“2030碳達(dá)峰，2060碳中和”的目標(biāo)，就必須大力發(fā)展清潔能源，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電作為清潔能源的重要來(lái)源，是我國(guó)未來(lái)能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分。清潔能源發(fā)展伴隨著儲(chǔ)能技術(shù)的進(jìn)步，國(guó)家電投擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“容和一號(hào)”鐵-鉻液流電池堆量產(chǎn)線投產(chǎn)，標(biāo)志著中國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)的創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展達(dá)到了新的高度，在儲(chǔ)能技術(shù)的持續(xù)助力下，中國(guó)作為世界光伏裝機(jī)量世界第一的國(guó)家，必將大大加快中國(guó)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化，清潔能源發(fā)展，綜合智慧能源建設(shè)的步伐。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電;儲(chǔ)能技術(shù);鐵鉻液流電池;綜合智慧能源

引言：隨著全球工業(yè)化的推進(jìn)，現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)很難支撐人類(lèi)持續(xù)發(fā)展，并且?guī)?lái)了日益嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題。“雙碳”的目標(biāo)提出之后，國(guó)家對(duì)風(fēng)電、光伏等產(chǎn)業(yè)的重視程度達(dá)到了前所未有的高度，加快非石化能源的進(jìn)程將成為我國(guó)未來(lái)能源領(lǐng)域發(fā)展的主航道。我國(guó)2021年新增光伏發(fā)電并網(wǎng)裝機(jī)容量約5300萬(wàn)千瓦，連續(xù)9年穩(wěn)居世界首位。截至2021年底，光伏發(fā)電并網(wǎng)裝機(jī)容量達(dá)到3.06億千瓦，突破3億千瓦大關(guān)，連續(xù)7年穩(wěn)居全球首位。光伏發(fā)電受到環(huán)境、氣候等條件影響較大，因此加快儲(chǔ)能控制技術(shù)的發(fā)展迫在眉睫。儲(chǔ)能技術(shù)與光伏發(fā)電的同步發(fā)展將對(duì)推動(dòng)我國(guó)實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、保障能源安全、推動(dòng)清潔能源高質(zhì)量發(fā)展、應(yīng)對(duì)氣候變化等目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。

一、光伏發(fā)電儲(chǔ)能控制存在的問(wèn)題

1、傳統(tǒng)儲(chǔ)能電池技術(shù)在超出報(bào)廢年限后帶來(lái)的環(huán)境污染不可逆轉(zhuǎn)。數(shù)據(jù)表明，一節(jié)5號(hào)廢電池就可以使一平方米土地荒廢，目前電池技術(shù)領(lǐng)域，如果沒(méi)有新的顛覆性技術(shù)大范圍應(yīng)用，就無(wú)法從根本上解決問(wèn)題。傳統(tǒng)意義上解決太陽(yáng)能光伏發(fā)電能源存儲(chǔ)，就需要用到大量的存儲(chǔ)介質(zhì)，而目前用的最多的存儲(chǔ)介質(zhì)就是鋰電池。鋰電池技術(shù)成熟，但是充放電次數(shù)有限，使用壽命并不高，大范圍應(yīng)用于工業(yè)儲(chǔ)能會(huì)加速老化影響性能指標(biāo)，而且現(xiàn)階段很多的發(fā)電企業(yè)對(duì)于電池的回收處理工作是做的很不到位，這就造成了大量的化學(xué)電池流失到了環(huán)境當(dāng)中，這將給自然環(huán)境帶來(lái)不可逆轉(zhuǎn)的破壞。

2、光伏電站的各項(xiàng)成本居高不下，尤其是建設(shè)成本的問(wèn)題和使用期限問(wèn)題。光伏電站建設(shè)是一個(gè)系統(tǒng)工程，除了組件和設(shè)備、升壓站等固定投入逐年增高，還牽涉到土地租金、補(bǔ)貼金額、上網(wǎng)電價(jià)、運(yùn)維和技改費(fèi)用等也隨市場(chǎng)環(huán)境波動(dòng)上漲。舉例來(lái)說(shuō)，在過(guò)去的近兩年時(shí)間，光伏組件價(jià)格經(jīng)歷了大幅度上漲，造成許多光伏電站建設(shè)進(jìn)程滯后，嚴(yán)重超概。再者光伏組件設(shè)計(jì)使用壽命普遍為25年，實(shí)際情況很可能達(dá)不到設(shè)計(jì)壽命預(yù)期，反而需要逐年增加維修技改投入，這些不可控因素都使得光伏電站的建設(shè)維護(hù)成本居高不下。涉及到傳統(tǒng)意義上儲(chǔ)能技術(shù)更是成本巨大。隨著電動(dòng)車(chē)的發(fā)展使傳統(tǒng)三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池價(jià)格節(jié)節(jié)攀升，光伏電站的儲(chǔ)能需要巨量的電池，這相當(dāng)于在與傳統(tǒng)消費(fèi)品爭(zhēng)奪有限的供應(yīng)商資源，這種消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，對(duì)工業(yè)用儲(chǔ)能來(lái)說(shuō)非常不經(jīng)濟(jì)，且穩(wěn)定性和壽命對(duì)大規(guī)模光伏儲(chǔ)能應(yīng)用來(lái)說(shuō)也都不夠突出。

二、太陽(yáng)能光伏發(fā)電儲(chǔ)能控制策略

1、創(chuàng)新技術(shù)引領(lǐng)儲(chǔ)能發(fā)展。在近些年政策和技術(shù)的支持下，中國(guó)的新能源總裝機(jī)世界第一，每年新增也穩(wěn)居第一，同樣在儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域也有相應(yīng)的技術(shù)突破。鐵-鉻液流電池儲(chǔ)能技術(shù)被稱為儲(chǔ)能時(shí)間最長(zhǎng)、最安全的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)之一，該技術(shù)的電解質(zhì)溶液為水系溶液，不會(huì)發(fā)生爆炸，可實(shí)現(xiàn)功率和容量按需靈活定制，且具有循環(huán)壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性好、易回收、運(yùn)行溫度范圍廣、成本低廉等優(yōu)勢(shì)，完全符合我國(guó)大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能需求的新型電力系統(tǒng)。國(guó)家電投擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“容和一號(hào)”鐵-鉻液流電池堆量產(chǎn)線投產(chǎn)后，每條產(chǎn)線每年可生產(chǎn)5000臺(tái)30kW“容和一號(hào)”電池堆。根據(jù)測(cè)算，每投運(yùn)1GW、儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)6小時(shí)的鐵-鉻液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)能系統(tǒng)，年可增加優(yōu)質(zhì)清潔能源上網(wǎng)電量1980GWh，直接減少碳排放量約196萬(wàn)噸，減少粉塵排放約54萬(wàn)噸，相當(dāng)于替代標(biāo)準(zhǔn)燃煤約75萬(wàn)噸。按照新能源配儲(chǔ)能政策要求，每新建1GW儲(chǔ)能系統(tǒng)可以支持5GW新能源新建并網(wǎng)，按照年利用小時(shí)數(shù)1500小時(shí)計(jì)算，間接減少二氧化碳排放量748萬(wàn)噸，減少粉塵排放204萬(wàn)噸，節(jié)約標(biāo)煤286萬(wàn)噸。

2、持續(xù)改進(jìn)和優(yōu)化儲(chǔ)能管理系統(tǒng)。現(xiàn)有能源儲(chǔ)存技術(shù)的分類(lèi)包括五種主要的物理儲(chǔ)備能源、電化學(xué)儲(chǔ)備能源、電能儲(chǔ)存、化學(xué)儲(chǔ)備能源和熱能儲(chǔ)存。這些能源儲(chǔ)存技術(shù)與能源消耗、儲(chǔ)能消耗和轉(zhuǎn)換系數(shù)低有關(guān)。因此，持續(xù)對(duì)能源存儲(chǔ)技術(shù)管理系統(tǒng)的改進(jìn)和優(yōu)化，是新技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用前要解決的問(wèn)題。

目前，能源儲(chǔ)存技術(shù)的短期目標(biāo)首先應(yīng)解決以下問(wèn)題：其一，要能夠使得儲(chǔ)能技術(shù)改進(jìn)光伏發(fā)電過(guò)程中產(chǎn)生的不穩(wěn)定輸出，也是就是說(shuō)調(diào)節(jié)儲(chǔ)存與發(fā)電之間的數(shù)據(jù)平衡，使得發(fā)電誤差的降低來(lái)減少對(duì)于存儲(chǔ)電網(wǎng)的沖擊，最終提升光伏發(fā)電存儲(chǔ)過(guò)程的并網(wǎng)友好性能。其二，能源儲(chǔ)存技術(shù)應(yīng)減少光電發(fā)電可能產(chǎn)生的預(yù)測(cè)誤差，從而降低能源儲(chǔ)存系統(tǒng)的備用功率，并最終提高光電發(fā)電機(jī)的可接受性能。第三，能源儲(chǔ)存技術(shù)中，充分利用大量太陽(yáng)能儲(chǔ)量時(shí)的“削峰填谷”，減少能量傳輸過(guò)程中不穩(wěn)定的特性，提高太陽(yáng)能利用率，提高能源儲(chǔ)存效率。

3、綜合智慧能源是指以數(shù)字化、智慧化能源生產(chǎn)、儲(chǔ)存、供應(yīng)、消費(fèi)和服務(wù)等為主線，追求橫向“電、熱、冷、氣、水、氫”等多品種能源協(xié)同供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)縱向“源 - 網(wǎng) - 荷 - 儲(chǔ) - 用”等環(huán)節(jié)之間互動(dòng)優(yōu)化，構(gòu)建“物聯(lián)網(wǎng)”與“互聯(lián)網(wǎng)”無(wú)縫銜接的能源網(wǎng)絡(luò)，面向終端用戶提供能源一體化服務(wù)的產(chǎn)業(yè)。在這個(gè)鏈條中儲(chǔ)能技術(shù)一直是不可或缺的一環(huán)，畢竟具體到實(shí)際應(yīng)用中沒(méi)有儲(chǔ)能部分的參與提供足夠的冗余，那么僅僅依靠外部受天氣影響較明顯的光伏發(fā)電存在一定的穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)，真正能讓綜合智慧能源項(xiàng)目大面積落地并且穩(wěn)定運(yùn)行的核心之一一定是新型儲(chǔ)能技術(shù)的大范圍應(yīng)用和儲(chǔ)能管理的提升。

三、結(jié)語(yǔ)

總之，在我國(guó)政府提出“2030碳達(dá)峰，2060碳中和”的大背景下，太陽(yáng)能光伏發(fā)電和儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展的前景良好，并且隨著中國(guó)光伏裝機(jī)量逐年屢創(chuàng)新高，以及各種儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新的落地和大規(guī)模應(yīng)用，必將對(duì)推動(dòng)我國(guó)能源綠色轉(zhuǎn)型、保障能源安全、推動(dòng)清潔能源高質(zhì)量發(fā)展、應(yīng)對(duì)氣候變化等目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要意義，進(jìn)而為我國(guó)新型電力系統(tǒng)建設(shè)和“3060”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)注入科技強(qiáng)勁動(dòng)力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 朱春穎.太陽(yáng)能光伏發(fā)電微電網(wǎng)中控制技術(shù)的研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2019，14（33）：09.

[2] 汪春生.太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與控制策略研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（18）：14.