光伏發(fā)電儲能技術(shù)及其進(jìn)展

韓景伊

摘 要：當(dāng)前狀況下我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，各行各業(yè)都取得了較大程度的發(fā)展，極大地促進(jìn)了國家的發(fā)展以及人民生活水平的提高。但經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時也帶來了資源消耗問題。就發(fā)電領(lǐng)域而言，我國仍以火力發(fā)電為主，每年都會消耗大量的煤炭資源。隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高以及國家對于新能源的重視，光伏發(fā)電儲能技術(shù)的應(yīng)用逐漸興起。本文就針對光伏發(fā)電儲能技術(shù)及其進(jìn)展進(jìn)行研究與分析。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電系統(tǒng)；儲能技術(shù)；發(fā)展

中圖分類號：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）11-0171-02

0 引言

對于光伏發(fā)電儲能技術(shù)而言，它是一種新型的資源節(jié)約型、清潔型發(fā)電技術(shù)，其主要原理是對太陽能進(jìn)行一定程度的轉(zhuǎn)換，使其成為電能。光伏發(fā)電儲能技術(shù)的應(yīng)用一方面保證了能源開發(fā)過程中的清潔性，另一方面還可以對能源的循環(huán)利用進(jìn)行有效的實(shí)現(xiàn)。從理論上來說，只要是太陽光能夠照射到的地方，都可以利用光伏發(fā)電將天陽能轉(zhuǎn)化為電能，因此光伏發(fā)電技術(shù)能夠有效減少對于不可再生資源的利用。在光伏發(fā)電儲能技術(shù)環(huán)境之下，即使是在一些電力建設(shè)較為落后的山區(qū)，都可以實(shí)現(xiàn)通電。在光伏發(fā)電系統(tǒng)之中，儲能單元是一個十分重要的模塊，它可以對轉(zhuǎn)化成的電能進(jìn)行有效的存儲，同時也在一定程度上對光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性進(jìn)行了提高。

1 光伏發(fā)電系統(tǒng)

對于光伏發(fā)電而言，它是一種將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的新型技術(shù)，這種轉(zhuǎn)化主要是通過半導(dǎo)體界面的光伏特效應(yīng)有效實(shí)現(xiàn)的。光伏發(fā)電系統(tǒng)是由三個部分共同組成的，分別是太陽能電池板、控制器以及逆變器。相比于傳統(tǒng)的火力發(fā)電方式，光伏發(fā)電技術(shù)表現(xiàn)出了很大的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在如下幾個方面：（1）光伏發(fā)電技術(shù)所利用的來源為太陽能，太陽能取之不盡，具有無枯竭性，不用擔(dān)心資源的過渡消耗而帶來的其它一系列問題；（2）從理論上來說，只要有太陽照射到的地方，都具備實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的條件，因此光伏發(fā)電技術(shù)不會受到區(qū)域限制；（3）光伏發(fā)電具有便捷性特點(diǎn)，不同于活力發(fā)電，它的操作環(huán)境并不需要燃燒煤炭等資源，同時也不需要對復(fù)雜的電線進(jìn)行架設(shè)。當(dāng)然，光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展不就，還有一些不完善的地方，難免會存在一些弊端，主要表現(xiàn)在如下幾個方面：（1）太陽光照射的分布密度相對較小，為了滿足發(fā)電需求，必須大面積地對太陽能電池板進(jìn)行建設(shè)；（2）光伏發(fā)電技術(shù)會在很大程度上收到天氣因素的影響，只有再晴朗的天氣環(huán)境下，才能對太陽能進(jìn)行有效的收集，并在此基礎(chǔ)之上將其轉(zhuǎn)化為電能；（3）雖然太陽能本身沒有污染，且資源具有無枯竭性的特點(diǎn)，但是在對光伏板進(jìn)行制造時，會存在高污染、高能耗的弊端。

2 儲能技術(shù)研究現(xiàn)狀

2.1 蓄電池儲能技術(shù)

對于蓄電池儲能系統(tǒng)而言，其運(yùn)作原理如下：蓄電池正負(fù)極會發(fā)生一定程度的氧化還原反應(yīng)，在這種反應(yīng)之下，正負(fù)極活性物質(zhì)會在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化。就目前狀況而言，在電力系統(tǒng)之中較常使用的蓄電池儲能技術(shù)主要有鎳鎘蓄電池、鈉硫蓄電池鉛酸蓄電池等，不同類型的蓄電池有著不同的特性，所表現(xiàn)出的優(yōu)劣勢也有一定程度的差異。鉛酸蓄電池雖然價格低廉，但是這種類型的蓄電池重量大，使用年限相對較短，且在充電速度上也存在較大的劣勢，當(dāng)前狀況下，鉛酸蓄電池在電力系統(tǒng)中的運(yùn)用主要體現(xiàn)在電力調(diào)峰、穩(wěn)定電力系統(tǒng)以及對電能質(zhì)量進(jìn)行一定程度提高等方面。對于鎳鎘蓄電池而言，它同樣存在著高污染的特性，但不同于鉛酸蓄電池，鎳鎘蓄電池有著較高的充電效率，除此之外，鎳鎘蓄電池在放電的過程之中電壓的變化并不是很大，切內(nèi)阻相對較小，因此它受到充電環(huán)境的限制較小。鋰離子電池是目前切綜合性能較好的的蓄電池，然而由于此類型電池的技術(shù)含量較高，受到這一方面的限制難以全面推廣使用。而對于鈉硫電池而言，它是當(dāng)前狀況下較為熱門的電池儲能方式，其優(yōu)勢主要表現(xiàn)為較高的儲能密度，正是因?yàn)檫@一特性，再配合以串聯(lián)或者并聯(lián)的聯(lián)結(jié)方式，使其能夠發(fā)揮出良好的儲能效果。

2.2 飛輪儲能技術(shù)

飛輪儲能技術(shù)的構(gòu)成具有較高的復(fù)雜性，是由多個子模塊共同組成的一個綜合性儲能系統(tǒng)，主要包含有飛輪、磁懸浮軸支撐系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)和電機(jī)、功能轉(zhuǎn)換器、電子控制系統(tǒng)、真空泵、應(yīng)急備用軸承等。對于飛輪儲能技術(shù)而言，其運(yùn)作原理主要如下：首先，飛輪系統(tǒng)會對動能進(jìn)行一定程度上的吸收，在這一過程之中外部的電網(wǎng)會給予電力提供支持，在受到外部電網(wǎng)電力的作用之下，飛輪會以很高的速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)中不斷產(chǎn)生動能并將之有效存儲。這樣一來，會促使電力進(jìn)入機(jī)械能源，然后在飛輪儲能系統(tǒng)之中對電能進(jìn)行有效的釋放，當(dāng)飛輪形式的高速旋轉(zhuǎn)到原動機(jī)驅(qū)動電機(jī)發(fā)電時，通過功率轉(zhuǎn)換器對電流和電壓進(jìn)行一定程度上的輸出，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械能向著電能的有效轉(zhuǎn)變。對于飛輪儲能技術(shù)而言，優(yōu)勢主要表現(xiàn)在兩個方面：一方面，飛輪儲能技術(shù)的電能轉(zhuǎn)化效率高，在特定的條件之下可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，其轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到百分之九十以上；另一方面，飛輪儲能技術(shù)具有高使用年限、無污染、無噪音等方面的優(yōu)勢。目前狀況下，飛輪儲能技術(shù)在混合動力電動車中有著廣泛的使用。車輛通過一個無限可變的錐和變速箱驅(qū)動飛輪系統(tǒng)而獲得動力。車輛通過使用齒輪變速箱驅(qū)動飛輪的方式進(jìn)行減速，因此可以把車輛的動能轉(zhuǎn)化到飛輪中，這是回收制動力的一種有效方式。

2.3 超導(dǎo)磁儲能技術(shù)

對于超導(dǎo)磁能系統(tǒng)而言，其運(yùn)作原理是對電力系統(tǒng)的相關(guān)需求進(jìn)行一定程度的結(jié)合，然后在此基礎(chǔ)之上對儲能線圈進(jìn)行充電控制。其優(yōu)勢主要表現(xiàn)在如下幾個方面：首先，這一系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率較高，且在響應(yīng)速度上具備較大的優(yōu)勢；其次，通過超導(dǎo)磁儲能技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)與電力系統(tǒng)的實(shí)施大容量交換和功率補(bǔ)償。就目前狀況而言，已經(jīng)存在100MJ的超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)應(yīng)用于高壓輸電網(wǎng)中，并發(fā)揮出十分重要的作用。我國于20世紀(jì)60年代起開展低溫超導(dǎo)研究工作，隨著科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展以及研究的日益深入，目前超導(dǎo)磁儲能技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了多種功能的集成，研究成果已經(jīng)安裝在門頭溝變電站，并進(jìn)行改善電能質(zhì)量的試驗(yàn)運(yùn)行，成為我國首座超導(dǎo)變電站。

3 光伏發(fā)電儲能技術(shù)的發(fā)展與改進(jìn)

3.1 超級電容器儲能技術(shù)

當(dāng)前狀況下，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，超級電容器儲能技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中。超級電容器儲能技術(shù)又被稱作為電化學(xué)電容器，它是一種新型的儲能原件，出現(xiàn)用于上世紀(jì)六十年代，并隨著時代的發(fā)展不斷完善。超級電容器最為突出的一個優(yōu)勢為超大的電容量。這主要是因?yàn)槌夒娙萜魇墙㈦p電層原理基礎(chǔ)之上的；除此之外，超級電容器還同時具有使用年限長功率密度高、充電時間短、溫度特性好、節(jié)約能源和綠色環(huán)保的優(yōu)勢，正是因?yàn)槌夒娙萜鞯倪@些優(yōu)勢，使其在各行各業(yè)之中都得到了較為廣泛的應(yīng)用。在進(jìn)行不同的工作時，超級電容器能夠運(yùn)行差異性的模式，具有很強(qiáng)的適用性。例如當(dāng)當(dāng)儲能裝置進(jìn)行放電時，前級變換器工作于Boost升壓模式，后級全橋變換器工作于逆變模式；而當(dāng)儲能裝置進(jìn)行充電時，前級變換器工作于Buck降壓模式，后級全橋變換器工作于PWM整流模式。但是，目前超級電容器的成本很高，價格十分昂貴，因此在它在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用受到了一定程度的限制。目前狀況下，它在電力系統(tǒng)中多用于短時間、大功率輸出場合，可以對電力系統(tǒng)控制起到一定程度的穩(wěn)定效果。通過將超級電容器儲能技術(shù)應(yīng)用到光伏發(fā)電系統(tǒng)中，能夠?qū)夥l(fā)電系統(tǒng)的儲能穩(wěn)定性進(jìn)行較大程度的提升。除此之外，它還可以對伏發(fā)電系統(tǒng)波動問題起到一定程度的限制作用，對并網(wǎng)的特點(diǎn)進(jìn)行有效的改善。

3.2 儲能變流器

儲能變流器是一種針對電池儲能系統(tǒng)應(yīng)用的大功率并網(wǎng)雙向變流器，它可以對蓄電池的充電與放電過程進(jìn)行一定程度上的控制，并在此基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)交直流的變化。在無電網(wǎng)的情況之下，能夠直接為交流負(fù)荷進(jìn)行有效供電。對于儲能變流器而言，它主要是由兩個部分組成的，分別是雙向變流器與相應(yīng)的控制單元。其運(yùn)作原理如下：控制器接收到后臺的控制指令，并依據(jù)功率指令的符號與大小對變流器進(jìn)行看控制，并由此實(shí)現(xiàn)對電池的充電或者放電，進(jìn)而調(diào)節(jié)電網(wǎng)的有功功率與無功功率。除此之外，儲能變流器的控制系統(tǒng)還能夠通過CAN接口與BMS通訊對電池組的狀態(tài)信息進(jìn)行有效的獲取，進(jìn)而對電池的安全運(yùn)行進(jìn)行科學(xué)而有效的保證。當(dāng)前狀況下較為先進(jìn)的儲能變流器為ES系列產(chǎn)品，它具有十分強(qiáng)大的功能，主要表現(xiàn)在兩個方面：一方面，ES系列儲能變流器能夠?qū)崿F(xiàn)削峰填谷；另一方面，ES系列儲能變流器還可以平抑新能源發(fā)電出力波動。因此，將ES儲能變流器與光伏發(fā)電儲能技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，不僅可以對供電成本進(jìn)行一定程度上的降低，同時也對可再生資源的應(yīng)用起到有效的促進(jìn)作用。對于雙向儲能變流器而言，它可以實(shí)現(xiàn)自動同步并網(wǎng)，因此不會對電網(wǎng)造成沖擊，在對其進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，往往會注重其一體化的特點(diǎn)，安裝起來較為便利，且能夠?qū)崿F(xiàn)觸摸屏顯示。例如某公司提供的1MW儲能變流器及監(jiān)控系統(tǒng)，一方面對電力儲能設(shè)備的穩(wěn)定與可靠運(yùn)行進(jìn)行了有效的保證，另一方面也在很大程度上提高了供電效率與供電的有效性。在這一基礎(chǔ)之上，將雙向儲能變流器運(yùn)用到光伏發(fā)電系統(tǒng)之中，能夠?qū)夥l(fā)電的穩(wěn)定與可靠性進(jìn)行有效的提升。

4 結(jié)語

本文主要對光伏發(fā)電儲能技術(shù)及其進(jìn)展進(jìn)行研究與分析。首先對光伏發(fā)電技術(shù)與儲能技術(shù)進(jìn)行了一定程度的闡述，介紹了當(dāng)前狀況下較常使用的蓄電池儲能技術(shù)、飛輪儲能技術(shù)以及超導(dǎo)磁儲能技術(shù)。然后在此基礎(chǔ)之上從超級電容器儲能技術(shù)以及儲能變流器兩個方面對光伏發(fā)電儲能技術(shù)的發(fā)展與改進(jìn)進(jìn)行了分析?？偠灾?，光伏發(fā)電儲能技術(shù)具有很大的優(yōu)勢，相比于傳統(tǒng)的發(fā)電方式更為便捷、高效且無污染，在電力系統(tǒng)之中能夠發(fā)揮出很大的優(yōu)勢，適合應(yīng)用與推廣。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳永翀.儲能未來的技術(shù)發(fā)展路徑[J].能源，2019（01）：84-85.

[2] 李岱昕，張靜.《關(guān)于促進(jìn)儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》印發(fā)[J].中國電力教育，2017（10）：8.

[3] 首個產(chǎn)業(yè)政策發(fā)布助推中國儲能邁向商業(yè)化[J].電器工業(yè)，2017（11）：l50-52.

[4] 胡澤春.淺析儲能對推進(jìn)電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的作用——《關(guān)于促進(jìn)儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》解讀[J].電器工業(yè)，2017（11）：53-56.