基于相變儲能的建筑光伏系統(tǒng)儲能優(yōu)化配置研究

程偉

摘要：我國城市化步伐加快，增加了建筑的能耗，不僅會帶來能源方面的危機(jī)，還會造成對環(huán)境的污染，通過建筑微網(wǎng)的構(gòu)建，對可再生資源進(jìn)行消納，能夠使電網(wǎng)的壓力得到緩解，而且具有低碳、清潔的特點(diǎn)。由于目前建筑光伏系統(tǒng)存在一些問題，所以，就需要在建筑光伏系統(tǒng)中考慮相變儲能的加入。對于建筑物內(nèi)溫控負(fù)荷使用相變儲能聯(lián)合空調(diào)來滿足其要求。本文主要介紹了基于相變儲能的建筑光伏系統(tǒng)儲能的優(yōu)化，需求響應(yīng)模型及優(yōu)化調(diào)度策略。

關(guān)鍵詞：相變儲能? ?建筑光伏系統(tǒng)? 儲能優(yōu)化配置? ?研究

建筑能耗是各行業(yè)中的耗能大戶，在我國已經(jīng)接近占總能耗的30%，如何有效的降低建筑能耗是目前人們關(guān)注的焦點(diǎn)之一。在節(jié)能的基礎(chǔ)上如何使用可再生能源，降低建筑物傳統(tǒng)能源消耗量是近幾年人們的努力方向。城市化進(jìn)程的加快，造成了建筑能耗的增長，也帶來了能源危機(jī)，造成了環(huán)境的污染，為了解決這一問題，就需要借助建筑光伏系統(tǒng)，但是，建筑光伏系統(tǒng)存在一些問題，比如光伏出力值和用電系統(tǒng)的負(fù)荷不夠匹配，棄光等。所以，建筑微網(wǎng)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建有重要的意義和價(jià)值。

一、加入PCM的建筑光伏系統(tǒng)種類

建筑光伏微網(wǎng)的建立要以原有的用電系統(tǒng)為中心，該網(wǎng)比傳統(tǒng)的光伏微網(wǎng)有優(yōu)勢的地方在于，除了有蓄電池，還使用了相變儲能技術(shù)，其中，建筑照明和電器的電能由光伏系統(tǒng)提供，生活用水和采暖的熱能由相變儲能系統(tǒng)提供[1]。

1.1分布式光伏微網(wǎng)

建筑中的分布式光伏微網(wǎng)，除了有光伏電池板和蓄電池，還包括配電器等設(shè)備，工作方式靈活，不僅可以孤島運(yùn)行，還可以發(fā)電上網(wǎng)，控制和管理自身系統(tǒng)。在本文的研究中，對于建筑內(nèi)的負(fù)荷要求是優(yōu)先滿足的，對于相變儲能系統(tǒng)和蓄電池的充電是利用剩余電量進(jìn)行，如果剩余電量仍然用不完，就可以進(jìn)行發(fā)電上網(wǎng)，不僅能創(chuàng)造收益，還可以在系統(tǒng)發(fā)電量減少時，進(jìn)行回購，使建筑內(nèi)整個時間段的用電需求得到滿足。

1. 1. 1 光伏系統(tǒng)的出力特點(diǎn)

因?yàn)楣夥某隽θ菀资艿降乩砦恢煤吞鞖馇闆r的影響，所以，它的特點(diǎn)就是不確定、會產(chǎn)生波動。系統(tǒng)可以實(shí)時監(jiān)測到發(fā)電量，能夠以此為依據(jù)繪制該系統(tǒng)的日處理曲線，該曲線像一條拋物線，主要還是因?yàn)樵撓到y(tǒng)具有容易產(chǎn)生波動的特點(diǎn)，云層的遮擋也會對系統(tǒng)造成影響。一般情況下，早上日出后，光伏系統(tǒng)開始工作，出力程度隨著時間的推移，光照強(qiáng)度加大而上升，一般在午后達(dá)到出力值的頂峰，之后開始下降，傍晚日落后出力值為零，在沒有光照的夜晚，也是沒有出力值的。如果光伏的出力和負(fù)荷曲線不匹配，就會發(fā)生棄光，而且是大量的。

1. 1. 2 蓄電池的充放電

光伏發(fā)電系統(tǒng)中，必須有蓄電池，主要作用是儲蓄電能，可以對太陽能發(fā)電方式的不足進(jìn)行彌補(bǔ)。但目前由于投資成本和政策等問題，限制了儲能的廣泛應(yīng)用，為解決這一問題，有研究提出了儲能共享模式。將儲能裝置應(yīng)用到微電網(wǎng)中，采用下垂控制和功率分配是解決系統(tǒng)功率不平衡的常見策略。在本文的研究中，蓄電池主要是對光伏發(fā)電中產(chǎn)生的多余電量進(jìn)行儲存。蓄電池的荷電狀態(tài)直接影響著它的充放電功能。

1.2相變儲能模型

相變儲能模型是通過相變材料的相變來儲存或釋放其中的熱量。該模型的特點(diǎn)是，體積變化小、能量密度高、化學(xué)性能穩(wěn)定、無毒安全、可以循環(huán)利用、對環(huán)境友好。

建筑光伏系統(tǒng)中加入PCM，可以在用電低谷或者光伏發(fā)電出現(xiàn)富余的時候，對電能進(jìn)行儲存;當(dāng)光伏發(fā)電量不夠、用電高峰時，相變儲能系統(tǒng)可以對建筑的室內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。在本文的研究中，使用的相變材料是月桂酸和癸酸這兩種材料，復(fù)合比例是0.5比0.3，相變溫度是18攝氏度，能夠保證冬季室內(nèi)的溫度在11到17度之間，夏季溫度在17到22度之間。

二、需求響應(yīng)及優(yōu)化

電力用戶的電力消費(fèi)習(xí)慣、模式的改變可以通過需求響應(yīng)來實(shí)現(xiàn)，對于用電量供需不平衡能夠很好地進(jìn)行解決，降低供電系統(tǒng)的成本，電網(wǎng)的運(yùn)行效率獲得提高，對系統(tǒng)的資源進(jìn)行優(yōu)化，還可以對電網(wǎng)的運(yùn)行和投資收益進(jìn)行協(xié)調(diào)。需求響應(yīng)主要是基于價(jià)格和基于激勵這兩種。需求響應(yīng)如果是基于價(jià)格，主要是用戶以電價(jià)的價(jià)格對自己用電的時間進(jìn)行調(diào)整，降低自己的用電費(fèi)用?；诩顒t不同，主要是通過激勵政策的制定，對用戶進(jìn)行激勵，一旦供電系統(tǒng)出現(xiàn)問題，用戶自主自覺地減少系統(tǒng)的用電負(fù)荷。

2.1分時電價(jià)的需求響應(yīng)

分時電價(jià)主要是在一天的不同用電階段實(shí)行不同的電價(jià)。需求響應(yīng)引用的措施之一就是分時電價(jià)的使用，分時電價(jià)能夠使電能在負(fù)荷高峰時的價(jià)值得以體現(xiàn)，通過分時電價(jià)，可以改變和調(diào)整用戶的用電方式和時間，從而達(dá)到負(fù)荷曲線的改變。電價(jià)的合理定制是采用分

時電價(jià)需求響應(yīng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，用電高峰期，如果電價(jià)定得太高，會造成用戶出現(xiàn)過度的響應(yīng)，從而造成用電高峰時間負(fù)荷下降過快，用電低谷期負(fù)荷增加速度過快的情況，甚至?xí)瓜到y(tǒng)出現(xiàn)峰谷倒置的問題。與此同理，如果用電高峰期，電價(jià)定得太低，又會出現(xiàn)用戶響應(yīng)過低的情況，不能實(shí)現(xiàn)削峰填谷。所以，用戶的用電量取決于電價(jià)的制定和變化。電價(jià)彈性系數(shù)可以對電價(jià)和電量的變化量進(jìn)行表達(dá)，主要分兩種類型，一種是交叉彈性系數(shù)，另一種是自彈性系數(shù)。在本文的研究中，相變儲能系統(tǒng)、空調(diào)可以以光伏系統(tǒng)的出力情況、用電時段對建筑的室內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.2需求響應(yīng)的兩種情況

2.2.1負(fù)荷值小于光伏系統(tǒng)出力值

不管是哪個用電時段，都要對室內(nèi)溫度使用空調(diào)來進(jìn)行調(diào)節(jié)，此時的光伏系統(tǒng)供電為負(fù)荷，蓄電池需要使用富余的電量進(jìn)行充電，蓄電池充滿電時，可以給相變儲能系統(tǒng)進(jìn)行充電，蓄電池和相變儲能系統(tǒng)都充滿電了，就可以將富余的電量發(fā)電上網(wǎng)。

2.2.2負(fù)荷值大于光伏系統(tǒng)出力值

在用電高峰和用電平穩(wěn)時段，主要有兩種情況：第一，如果相變儲能系統(tǒng)沒有儲存電量，對室內(nèi)的溫度就需要使用空調(diào)進(jìn)行調(diào)節(jié);如果是使用蓄電池供電，電量不夠的情況下，就可以從系統(tǒng)回購。第二，如果相變儲能系統(tǒng)儲存有電量，對室內(nèi)溫度就應(yīng)該使用相變儲能系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

結(jié)語：相變儲能技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用，引起各方的關(guān)注，尤其是在建筑光伏系統(tǒng)儲能中的應(yīng)用，提高了供電的效率。本文主要研究了在建筑光伏系統(tǒng)中加入相變儲能系統(tǒng)，通過需求響應(yīng)模型的建立，降低了光伏系統(tǒng)的成本，優(yōu)化了光伏系統(tǒng)的儲能容量。

參考文獻(xiàn)：

[1]李艷，胡志豪，隨權(quán)，等.考慮風(fēng)光熱不確定性和相變儲能系統(tǒng)的城市建筑微網(wǎng)電–熱聯(lián)合調(diào)度[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2019，43（10）：3687-3697.

[2]楊天蒙，韓震燾，史喆，等.能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中復(fù)合儲能協(xié)調(diào)優(yōu)化配置方法研究[J].電測與儀表，2021，58（5）：8-13.