太阳能光伏发电与储能技术研究

姜楠

摘  要：要实现中国政府提出的“2030碳达峰，2060碳中和”的目标，就必须大力发展清洁能源，优化能源结构，太阳能光伏发电作为清洁能源的重要来源，是我国未来能源结构的重要组成部分。清潔能源发展伴随着储能技术的进步，国家电投拥有自主知识产权的“容和一号”铁-铬液流电池堆量产线投产，标志着中国储能技术的创新技术发展达到了新的高度，在储能技术的持续助力下，中国作为世界光伏装机量世界第一的国家，必将大大加快中国能源结构优化，清洁能源发展，综合智慧能源建设的步伐。

关键词：光伏发电;储能技术;铁铬液流电池;综合智慧能源

引言：随着全球工业化的推进，现有的能源结构很难支撑人类持续发展，并且带来了日益严峻的环境问题。“双碳”的目标提出之后，国家对风电、光伏等产业的重视程度达到了前所未有的高度，加快非石化能源的进程将成为我国未来能源领域发展的主航道。我国2021年新增光伏发电并网装机容量约5300万千瓦，连续9年稳居世界首位。截至2021年底，光伏发电并网装机容量达到3.06亿千瓦，突破3亿千瓦大关，连续7年稳居全球首位。光伏发电受到环境、气候等条件影响较大，因此加快储能控制技术的发展迫在眉睫。储能技术与光伏发电的同步发展将对推动我国实现能源结构调整、保障能源安全、推动清洁能源高质量发展、应对气候变化等目标的实现具有重要意义。

一、光伏发电储能控制存在的问题

1、传统储能电池技术在超出报废年限后带来的环境污染不可逆转。数据表明，一节5号废电池就可以使一平方米土地荒废，目前电池技术领域，如果没有新的颠覆性技术大范围应用，就无法从根本上解决问题。传统意义上解决太阳能光伏发电能源存储，就需要用到大量的存储介质，而目前用的最多的存储介质就是锂电池。锂电池技术成熟，但是充放电次数有限，使用寿命并不高，大范围应用于工业储能会加速老化影响性能指标，而且现阶段很多的发电企业对于电池的回收处理工作是做的很不到位，这就造成了大量的化学电池流失到了环境当中，这将给自然环境带来不可逆转的破坏。

2、光伏电站的各项成本居高不下，尤其是建设成本的问题和使用期限问题。光伏电站建设是一个系统工程，除了组件和设备、升压站等固定投入逐年增高，还牵涉到土地租金、补贴金额、上网电价、运维和技改费用等也随市场环境波动上涨。举例来说，在过去的近两年时间，光伏组件价格经历了大幅度上涨，造成许多光伏电站建设进程滞后，严重超概。再者光伏组件设计使用寿命普遍为25年，实际情况很可能达不到设计寿命预期，反而需要逐年增加维修技改投入，这些不可控因素都使得光伏电站的建设维护成本居高不下。涉及到传统意义上储能技术更是成本巨大。随着电动车的发展使传统三元锂电池和磷酸铁锂电池价格节节攀升，光伏电站的储能需要巨量的电池，这相当于在与传统消费品争夺有限的供应商资源，这种消费级产品应用于工业领域，对工业用储能来说非常不经济，且稳定性和寿命对大规模光伏储能应用来说也都不够突出。

二、太阳能光伏发电储能控制策略

1、创新技术引领储能发展。在近些年政策和技术的支持下，中国的新能源总装机世界第一，每年新增也稳居第一，同样在储能技术领域也有相应的技术突破。铁-铬液流电池储能技术被称为储能时间最长、最安全的电化学储能技术之一，该技术的电解质溶液为水系溶液，不会发生爆炸，可实现功率和容量按需灵活定制，且具有循环寿命长、稳定性好、易回收、运行温度范围广、成本低廉等优势，完全符合我国大规模、长时间储能需求的新型电力系统。国家电投拥有自主知识产权的“容和一号”铁-铬液流电池堆量产线投产后，每条产线每年可生产5000台30kW“容和一号”电池堆。根据测算，每投运1GW、储能时长6小时的铁-铬液流电池储能系统储能系统，年可增加优质清洁能源上网电量1980GWh，直接减少碳排放量约196万吨，减少粉尘排放约54万吨，相当于替代标准燃煤约75万吨。按照新能源配储能政策要求，每新建1GW储能系统可以支持5GW新能源新建并网，按照年利用小时数1500小时计算，间接减少二氧化碳排放量748万吨，减少粉尘排放204万吨，节约标煤286万吨。

2、持续改进和优化储能管理系统。现有能源储存技术的分类包括五种主要的物理储备能源、电化学储备能源、电能储存、化学储备能源和热能储存。这些能源储存技术与能源消耗、储能消耗和转换系数低有关。因此，持续对能源存储技术管理系统的改进和优化，是新技术大规模应用前要解决的问题。

目前，能源储存技术的短期目标首先应解决以下问题：其一，要能够使得储能技术改进光伏发电过程中产生的不稳定输出，也是就是说调节储存与发电之间的数据平衡，使得发电误差的降低来减少对于存储电网的冲击，最终提升光伏发电存储过程的并网友好性能。其二，能源储存技术应减少光电发电可能产生的预测误差，从而降低能源储存系统的备用功率，并最终提高光电发电机的可接受性能。第三，能源储存技术中，充分利用大量太阳能储量时的“削峰填谷”，减少能量传输过程中不稳定的特性，提高太阳能利用率，提高能源储存效率。

3、综合智慧能源是指以数字化、智慧化能源生产、储存、供应、消费和服务等为主线，追求横向“电、热、冷、气、水、氢”等多品种能源协同供应，实现纵向“源 - 网 - 荷 - 储 - 用”等环节之间互动优化，构建“物联网”与“互联网”无缝衔接的能源网络，面向终端用户提供能源一体化服务的产业。在这个链条中储能技术一直是不可或缺的一环，毕竟具体到实际应用中没有储能部分的参与提供足够的冗余，那么仅仅依靠外部受天气影响较明显的光伏发电存在一定的稳定性风险，真正能让综合智慧能源项目大面积落地并且稳定运行的核心之一一定是新型储能技术的大范围应用和储能管理的提升。

三、结语

总之，在我国政府提出“2030碳达峰，2060碳中和”的大背景下，太阳能光伏发电和储能技术的发展的前景良好，并且随着中国光伏装机量逐年屡创新高，以及各种储能技术创新的落地和大规模应用，必将对推动我国能源绿色转型、保障能源安全、推动清洁能源高质量发展、应对气候变化等目标的实现具有重要意义，进而为我国新型电力系统建设和“3060”目标实现注入科技强劲动力。

参考文献：

[1] 朱春颖.太阳能光伏发电微电网中控制技术的研究[J].科技创新导报，2019，14（33）：09.

[2] 汪春生.太阳能光伏并网发电系统的优化设计与控制策略研究[J].山东工业技术，2018（18）：14.