劉輝，張爽

(吉林建筑科技學(xué)院電氣信息工程學(xué)院，吉林長(zhǎng)春，130114)

1 發(fā)展太陽(yáng)能儲(chǔ)能的重要意義

（1）推進(jìn)能源向低碳化和清潔性方向轉(zhuǎn)型。太陽(yáng)能獨(dú)特的清潔性、太陽(yáng)能發(fā)電過(guò)程中的低碳化都是減少發(fā)電對(duì)于環(huán)境污染的重要措施，而將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成為電能后再儲(chǔ)存起來(lái)更是增加了對(duì)于清潔性能源的使用率。（2）提升光伏發(fā)電和輸電的效率。儲(chǔ)能模式已經(jīng)成為了未來(lái)可再生能源發(fā)展領(lǐng)域中不可獲取的研究方向。（3）增加能源領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。作為未來(lái)能源行業(yè)的一部分，儲(chǔ)能最終是需要?jiǎng)?chuàng)造價(jià)值的。

2 現(xiàn)階段光伏發(fā)電儲(chǔ)能控制存在的問(wèn)題

2.1 儲(chǔ)能介質(zhì)所能承載的能源總量低下

通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，電池很難在能量密度上超過(guò)燃料，不過(guò)似乎也能達(dá)到燃料的一半到1/4的水平。然而現(xiàn)實(shí)中電池的能量密度往往只有燃料的1%不到。單質(zhì)鋰的原子量為6.9，能貢獻(xiàn)1個(gè)電子參與電子轉(zhuǎn)移。氧化劑來(lái)自空氣，不需要考慮。

通過(guò)上圖的電池反應(yīng)過(guò)程可以知道，鈷酸鋰電池的電池反應(yīng)的反應(yīng)物總分子量為98+72=170，但只能貢獻(xiàn)半個(gè)電子參與電子轉(zhuǎn)移。因?yàn)橹挥胁糠咒囋訒?huì)發(fā)生反應(yīng)。假如我

們認(rèn)為這兩個(gè)電子的做功是一致的，那么就可以估計(jì)一下這兩種能量載體的能量密度之比了。電池能量密度：燃料能量密度=（0.5/170）/(1/6.9)=2.03%?？紤]到電池有一半重量是輔助材料，于是還得打個(gè)折，就剩下1%了。所以能量密度就成了這樣：鋰43.1MJ/Kg鋰離子電池0.36～0.875MJ/Kg?，F(xiàn)階段對(duì)于光伏發(fā)電的儲(chǔ)能過(guò)程主要是利用電化學(xué)將光能轉(zhuǎn)化成為化學(xué)能儲(chǔ)存在化學(xué)電池等儲(chǔ)能介質(zhì)當(dāng)中，雖然這些電化學(xué)電池能夠?qū)⒛茉捶浅１憬菪缘拇鎯?chǔ)起來(lái)，但是單個(gè)電話學(xué)電池能夠存儲(chǔ)的能源總量卻不大，所以，很多時(shí)候即便是總量比較低的太陽(yáng)能在存儲(chǔ)時(shí)都需要耗費(fèi)非常大量的儲(chǔ)能介質(zhì)，這么大量體的儲(chǔ)能介質(zhì)往往都會(huì)耗費(fèi)大量的儲(chǔ)能材料，電池的大量利用不僅增加了太陽(yáng)能存儲(chǔ)的經(jīng)濟(jì)成本，在另一個(gè)方面還使得環(huán)境污染問(wèn)題進(jìn)一步加劇。

2.2 大量的存儲(chǔ)電池帶來(lái)的環(huán)境污染不可逆轉(zhuǎn)

電池對(duì)環(huán)境污染很嚴(yán)重，一節(jié)電池可以污染數(shù)十立方米的水。有的甚至說(shuō)廢電池隨生活垃圾處理可以引起諸如日本水俁病之類的危害，一節(jié)5號(hào)廢電池就可以使一平方米土地荒廢。前文提到，太陽(yáng)能光伏發(fā)電能源存儲(chǔ)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，鋰電池在存儲(chǔ)能源時(shí)當(dāng)然非常方便，也能減少一定的能源流失率，但是不可忽視問(wèn)題就是鋰電池帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，通過(guò)相關(guān)科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，鋰電池的使用壽命并不高，而電池一旦被使用消耗完，就不能再對(duì)其進(jìn)行利用了，而且現(xiàn)階段很多的發(fā)電企業(yè)對(duì)于電池的回收工作是做的很不到位的，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。

2.3 光伏發(fā)電成材料、經(jīng)濟(jì)成本大

首先是成本的問(wèn)題，現(xiàn)在其實(shí)光伏的成本還是很高，然后是使用壽命的問(wèn)題，現(xiàn)在光伏其實(shí)使用壽命為25年，解決掉這兩個(gè)問(wèn)題其實(shí)光伏基本上是能夠存活下來(lái)，說(shuō)說(shuō)光伏未來(lái)發(fā)展的方向吧，我覺(jué)得核心點(diǎn)應(yīng)該是新材料和新工藝，如果有一天有一種光伏的新材料，能夠代替外墻磚，屋面瓦或者上人型屋面剛性層，美觀性不差，然后本身使用壽命能夠延長(zhǎng)到50年，甚至更久，成為建筑本身的一部分，既減少建筑本身的成本，又能緩解國(guó)家的能源危機(jī)，或者說(shuō)能夠解決現(xiàn)在光伏公路耐久性的問(wèn)題，對(duì)現(xiàn)在來(lái)說(shuō)都是技術(shù)性突破，光伏發(fā)電發(fā)展的前景根本性的問(wèn)題，就是運(yùn)用新的建筑材料來(lái)減少能源存儲(chǔ)介質(zhì)制作材料的成本。

3 太陽(yáng)能光伏發(fā)電儲(chǔ)能控制策略探究

3.1 創(chuàng)設(shè)智能化控制管理系統(tǒng)

世界光伏產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)迅速，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，產(chǎn)業(yè)成本持續(xù)下降。尤其我國(guó)地域開(kāi)闊日照充足發(fā)展?jié)摿薮?，并在政策與技術(shù)的支撐下，光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)展成為我國(guó)為數(shù)不多進(jìn)入國(guó)際領(lǐng)先領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)。在國(guó)家不斷提倡加快工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的背景下以及大部分光伏站結(jié)構(gòu)龐大分布偏僻的現(xiàn)狀，光伏發(fā)電儲(chǔ)能控制急需一套完整、高效、合理的光伏電站信息化管理平臺(tái)進(jìn)行智能化管理，向著數(shù)據(jù)可視化的發(fā)展方向。

通過(guò)智能型可視化展示，清晰的看見(jiàn)光伏發(fā)電的整體樣貌。白晝時(shí)利用太陽(yáng)能電池板通過(guò)光電轉(zhuǎn)換原理使太陽(yáng)能通過(guò)半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換為電能。使用者可以通過(guò)電腦控制路燈，做到及時(shí)調(diào)整，合理安排。智能控制器協(xié)調(diào)整體系統(tǒng)的工作，保證了安全運(yùn)行。且同等亮度下耗電僅為白熾燈的十分之一，真正達(dá)到綠色節(jié)能的效果。而提到供暖可能想到傳統(tǒng)的熱力供暖或者是熱電供暖。但是這兩種方式都伴隨著一定的環(huán)境污染。而太陽(yáng)能集熱器收集太陽(yáng)輻射并轉(zhuǎn)化成熱能，以液體作為傳熱介質(zhì)，以水作為儲(chǔ)熱介質(zhì)，進(jìn)行供暖的方式更加綠色環(huán)保，在智能可視化的加持下，計(jì)算更為準(zhǔn)確,使用方便,它的可視化界面,能夠有效的實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。并且可根據(jù)需求調(diào)控水流量來(lái)滿足不同需求，優(yōu)化了資源配置。

3.2 改進(jìn)和優(yōu)化儲(chǔ)能技術(shù)

儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展到今天，科學(xué)家們研究了多種形式的儲(chǔ)能技術(shù)和儲(chǔ)能方式，針對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的分類主要有物理儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、電氣儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能和熱儲(chǔ)能這五種基本類型，但是無(wú)論何種儲(chǔ)能技術(shù)，都面臨著技術(shù)的實(shí)用性不高的問(wèn)題，這些儲(chǔ)能技術(shù)總是存在著儲(chǔ)能材料消耗大、存儲(chǔ)能量損失大和存儲(chǔ)能量轉(zhuǎn)化率低能問(wèn)題，所以結(jié)合這樣的情況，要加強(qiáng)對(duì)于太陽(yáng)能光伏發(fā)電儲(chǔ)能的控制，就應(yīng)當(dāng)要加強(qiáng)對(duì)于能源存儲(chǔ)技術(shù)的改進(jìn)和優(yōu)化。而現(xiàn)階段的儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)當(dāng)要圍繞解決以下幾個(gè)方面的問(wèn)題進(jìn)行研究：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、儲(chǔ)能技術(shù)要降低光伏發(fā)電可能產(chǎn)生的預(yù)測(cè)誤差，從而降低儲(chǔ)能系統(tǒng)的備用容量，最終提升電網(wǎng)對(duì)于光伏發(fā)電的接收性能。其三，在儲(chǔ)能技術(shù)上有充分利用大規(guī)模儲(chǔ)存太陽(yáng)能時(shí)的“削峰填谷”，減少能量傳輸過(guò)程中的不穩(wěn)定特性，增強(qiáng)對(duì)于太陽(yáng)能的利用率，改善存儲(chǔ)能量的經(jīng)濟(jì)性。另外一方面，儲(chǔ)能控制要充分接入到配電網(wǎng)當(dāng)中，在配電網(wǎng)中，儲(chǔ)能接入配電網(wǎng)可以減少或延緩配電網(wǎng)升級(jí)投資，并且分布在配電網(wǎng)中的儲(chǔ)能還可以在相關(guān)政策和市場(chǎng)規(guī)則允許的條件下為大電網(wǎng)提供調(diào)頻、調(diào)峰、容量備用和電能質(zhì)量治理等輔助服務(wù)。

3.3 建設(shè)大規(guī)模的光伏發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)

大規(guī)模的儲(chǔ)能當(dāng)屬抽水蓄能，此種技術(shù)相當(dāng)?shù)某墒?，在調(diào)峰調(diào)頻中起到至關(guān)重要的作用。但是大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)主要受制于：電池性能以及成本；完善的解決方案；激勵(lì)政策。電池方面，我國(guó)大規(guī)模示范的電池包含鋰電池，液流全釩電池，以及在一些微網(wǎng)中應(yīng)用鉛碳電池，而其中的佼佼者就是鋰電池，有權(quán)威人士曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，鋰電池要將成本降到1500元/kwh，循環(huán)次數(shù)達(dá)到5000次以上才有競(jìng)爭(zhēng)力，才有可能進(jìn)行大規(guī)模的儲(chǔ)能應(yīng)用，儲(chǔ)能的示范項(xiàng)目也是在驗(yàn)證這些電池的性能，推動(dòng)電池行業(yè)的發(fā)展。而筆者通過(guò)分析完善的解決方案：PCS是銜接電池與電網(wǎng)之間的核心環(huán)節(jié)，由電力電子器件組成，結(jié)合精確地控制系統(tǒng)可以與電網(wǎng)調(diào)度等系統(tǒng)相結(jié)合，肩負(fù)著能量轉(zhuǎn)換的重任。包含削峰填谷，調(diào)頻調(diào)峰，平滑潔凈能源輸出等應(yīng)用模式，無(wú)一不需要通過(guò)PCS來(lái)實(shí)現(xiàn)。而現(xiàn)在PCS的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)呈現(xiàn)多元化，接口聯(lián)通性都不佳，不利于系統(tǒng)的整合，所以需要出臺(tái)一系列的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)范。PCS的結(jié)構(gòu)功能的標(biāo)準(zhǔn)化，可以為形成完備的解決方案掃清硬件障礙。打個(gè)比方來(lái)說(shuō)，如果一個(gè)50MW的風(fēng)場(chǎng)，如何配置合適的容量（kW/kWh）來(lái)滿足其平滑輸出的功能？這需要一系列的數(shù)值統(tǒng)計(jì)，模擬驗(yàn)證等研究工作來(lái)支撐，這就體現(xiàn)了現(xiàn)在的示范項(xiàng)目的作用，可以通過(guò)示范研究得出基本的方法論，來(lái)為形成解決方案鋪平道路。