太陽能光伏發(fā)電與儲能技術(shù)研究

姜楠

摘? 要：要實現(xiàn)中國政府提出的“2030碳達峰，2060碳中和”的目標，就必須大力發(fā)展清潔能源，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，太陽能光伏發(fā)電作為清潔能源的重要來源，是我國未來能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分。清潔能源發(fā)展伴隨著儲能技術(shù)的進步，國家電投擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的“容和一號”鐵-鉻液流電池堆量產(chǎn)線投產(chǎn)，標志著中國儲能技術(shù)的創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展達到了新的高度，在儲能技術(shù)的持續(xù)助力下，中國作為世界光伏裝機量世界第一的國家，必將大大加快中國能源結(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，現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)很難支撐人類持續(xù)發(fā)展，并且?guī)砹巳找鎳谰沫h(huán)境問題?！半p碳”的目標提出之后，國家對風電、光伏等產(chǎn)業(yè)的重視程度達到了前所未有的高度，加快非石化能源的進程將成為我國未來能源領(lǐng)域發(fā)展的主航道。我國2021年新增光伏發(fā)電并網(wǎng)裝機容量約5300萬千瓦，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)裝機容量達到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，因此加快儲能控制技術(shù)的發(fā)展迫在眉睫。儲能技術(shù)與光伏發(fā)電的同步發(fā)展將對推動我國實現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、保障能源安全、推動清潔能源高質(zhì)量發(fā)展、應對氣候變化等目標的實現(xiàn)具有重要意義。

一、光伏發(fā)電儲能控制存在的問題

1、傳統(tǒng)儲能電池技術(shù)在超出報廢年限后帶來的環(huán)境污染不可逆轉(zhuǎn)。數(shù)據(jù)表明，一節(jié)5號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，如果沒有新的顛覆性技術(shù)大范圍應用，就無法從根本上解決問題。傳統(tǒng)意義上解決太陽能光伏發(fā)電能源存儲，就需要用到大量的存儲介質(zhì)，而目前用的最多的存儲介質(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，大范圍應用于工業(yè)儲能會加速老化影響性能指標，而且現(xiàn)階段很多的發(fā)電企業(yè)對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電池流失到了環(huán)境當中，這將給自然環(huán)境帶來不可逆轉(zhuǎn)的破壞。

2、光伏電站的各項成本居高不下，尤其是建設(shè)成本的問題和使用期限問題。光伏電站建設(shè)是一個系統(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、補貼金額、上網(wǎng)電價、運維和技改費用等也隨市場環(huán)境波動上漲。舉例來說，在過去的近兩年時間，光伏組件價格經(jīng)歷了大幅度上漲，造成許多光伏電站建設(shè)進程滯后，嚴重超概。再者光伏組件設(shè)計使用壽命普遍為25年，實際情況很可能達不到設(shè)計壽命預期，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)維護成本居高不下。涉及到傳統(tǒng)意義上儲能技術(shù)更是成本巨大。隨著電動車的發(fā)展使傳統(tǒng)三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池價格節(jié)節(jié)攀升，光伏電站的儲能需要巨量的電池，這相當于在與傳統(tǒng)消費品爭奪有限的供應商資源，這種消費級產(chǎn)品應用于工業(yè)領(lǐng)域，對工業(yè)用儲能來說非常不經(jīng)濟，且穩(wěn)定性和壽命對大規(guī)模光伏儲能應用來說也都不夠突出。

二、太陽能光伏發(fā)電儲能控制策略

1、創(chuàng)新技術(shù)引領(lǐng)儲能發(fā)展。在近些年政策和技術(shù)的支持下，中國的新能源總裝機世界第一，每年新增也穩(wěn)居第一，同樣在儲能技術(shù)領(lǐng)域也有相應的技術(shù)突破。鐵-鉻液流電池儲能技術(shù)被稱為儲能時間最長、最安全的電化學儲能技術(shù)之一，該技術(shù)的電解質(zhì)溶液為水系溶液，不會發(fā)生爆炸，可實現(xiàn)功率和容量按需靈活定制，且具有循環(huán)壽命長、穩(wěn)定性好、易回收、運行溫度范圍廣、成本低廉等優(yōu)勢，完全符合我國大規(guī)模、長時間儲能需求的新型電力系統(tǒng)。國家電投擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的“容和一號”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30kW“容和一號”電池堆。根據(jù)測算，每投運1GW、儲能時長6小時的鐵-鉻液流電池儲能系統(tǒng)儲能系統(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196萬噸，減少粉塵排放約54萬噸，相當于替代標準燃煤約75萬噸。按照新能源配儲能政策要求，每新建1GW儲能系統(tǒng)可以支持5GW新能源新建并網(wǎng)，按照年利用小時數(shù)1500小時計算，間接減少二氧化碳排放量748萬噸，減少粉塵排放204萬噸，節(jié)約標煤286萬噸。

2、持續(xù)改進和優(yōu)化儲能管理系統(tǒng)?，F(xiàn)有能源儲存技術(shù)的分類包括五種主要的物理儲備能源、電化學儲備能源、電能儲存、化學儲備能源和熱能儲存。這些能源儲存技術(shù)與能源消耗、儲能消耗和轉(zhuǎn)換系數(shù)低有關(guān)。因此，持續(xù)對能源存儲技術(shù)管理系統(tǒng)的改進和優(yōu)化，是新技術(shù)大規(guī)模應用前要解決的問題。

目前，能源儲存技術(shù)的短期目標首先應解決以下問題：其一，要能夠使得儲能技術(shù)改進光伏發(fā)電過程中產(chǎn)生的不穩(wěn)定輸出，也是就是說調(diào)節(jié)儲存與發(fā)電之間的數(shù)據(jù)平衡，使得發(fā)電誤差的降低來減少對于存儲電網(wǎng)的沖擊，最終提升光伏發(fā)電存儲過程的并網(wǎng)友好性能。其二，能源儲存技術(shù)應減少光電發(fā)電可能產(chǎn)生的預測誤差，從而降低能源儲存系統(tǒng)的備用功率，并最終提高光電發(fā)電機的可接受性能。第三，能源儲存技術(shù)中，充分利用大量太陽能儲量時的“削峰填谷”，減少能量傳輸過程中不穩(wěn)定的特性，提高太陽能利用率，提高能源儲存效率。

3、綜合智慧能源是指以數(shù)字化、智慧化能源生產(chǎn)、儲存、供應、消費和服務等為主線，追求橫向“電、熱、冷、氣、水、氫”等多品種能源協(xié)同供應，實現(xiàn)縱向“源 - 網(wǎng) - 荷 - 儲 - 用”等環(huán)節(jié)之間互動優(yōu)化，構(gòu)建“物聯(lián)網(wǎng)”與“互聯(lián)網(wǎng)”無縫銜接的能源網(wǎng)絡，面向終端用戶提供能源一體化服務的產(chǎn)業(yè)。在這個鏈條中儲能技術(shù)一直是不可或缺的一環(huán)，畢竟具體到實際應用中沒有儲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)定性風險，真正能讓綜合智慧能源項目大面積落地并且穩(wěn)定運行的核心之一一定是新型儲能技術(shù)的大范圍應用和儲能管理的提升。

三、結(jié)語

總之，在我國政府提出“2030碳達峰，2060碳中和”的大背景下，太陽能光伏發(fā)電和儲能技術(shù)的發(fā)展的前景良好，并且隨著中國光伏裝機量逐年屢創(chuàng)新高，以及各種儲能技術(shù)創(chuàng)新的落地和大規(guī)模應用，必將對推動我國能源綠色轉(zhuǎn)型、保障能源安全、推動清潔能源高質(zhì)量發(fā)展、應對氣候變化等目標的實現(xiàn)具有重要意義，進而為我國新型電力系統(tǒng)建設(shè)和“3060”目標實現(xiàn)注入科技強勁動力。

參考文獻：

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