太陽能光伏發電與儲能技術研究

姜楠

摘? 要：要實現中國政府提出的“2030碳達峰，2060碳中和”的目標，就必須大力發展清潔能源，優化能源結構，太陽能光伏發電作為清潔能源的重要來源，是我國未來能源結構的重要組成部分。清潔能源發展伴隨著儲能技術的進步，國家電投擁有自主知識產權的“容和一號”鐵-鉻液流電池堆量產線投產，標志著中國儲能技術的創新技術發展達到了新的高度，在儲能技術的持續助力下，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構優化，清潔能源發展，綜合智慧能源建設的步伐。

關鍵詞：光伏發電;儲能技術;鐵鉻液流電池;綜合智慧能源

引言：隨著全球工業化的推進，現有的能源結構很難支撐人類持續發展，并且帶來了日益嚴峻的環境問題?！半p碳”的目標提出之后，國家對風電、光伏等產業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域發展的主航道。我國2021年新增光伏發電并網裝機容量約5300萬千瓦，連續9年穩居世界首位。截至2021年底，光伏發電并網裝機容量達到3.06億千瓦，突破3億千瓦大關，連續7年穩居全球首位。光伏發電受到環境、氣候等條件影響較大，因此加快儲能控制技術的發展迫在眉睫。儲能技術與光伏發電的同步發展將對推動我國實現能源結構調整、保障能源安全、推動清潔能源高質量發展、應對氣候變化等目標的實現具有重要意義。

一、光伏發電儲能控制存在的問題

1、傳統儲能電池技術在超出報廢年限后帶來的環境污染不可逆轉。數據表明，一節5號廢電池就可以使一平方米土地荒廢，目前電池技術領域，如果沒有新的顛覆性技術大范圍應用，就無法從根本上解決問題。傳統意義上解決太陽能光伏發電能源存儲，就需要用到大量的存儲介質，而目前用的最多的存儲介質就是鋰電池。鋰電池技術成熟，但是充放電次數有限，使用壽命并不高，大范圍應用于工業儲能會加速老化影響性能指標，而且現階段很多的發電企業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境當中，這將給自然環境帶來不可逆轉的破壞。

2、光伏電站的各項成本居高不下，尤其是建設成本的問題和使用期限問題。光伏電站建設是一個系統工程，除了組件和設備、升壓站等固定投入逐年增高，還牽涉到土地租金、補貼金額、上網電價、運維和技改費用等也隨市場環境波動上漲。舉例來說，在過去的近兩年時間，光伏組件價格經歷了大幅度上漲，造成許多光伏電站建設進程滯后，嚴重超概。再者光伏組件設計使用壽命普遍為25年，實際情況很可能達不到設計壽命預期，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維護成本居高不下。涉及到傳統意義上儲能技術更是成本巨大。隨著電動車的發展使傳統三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池價格節節攀升，光伏電站的儲能需要巨量的電池，這相當于在與傳統消費品爭奪有限的供應商資源，這種消費級產品應用于工業領域，對工業用儲能來說非常不經濟，且穩定性和壽命對大規模光伏儲能應用來說也都不夠突出。

二、太陽能光伏發電儲能控制策略

1、創新技術引領儲能發展。在近些年政策和技術的支持下，中國的新能源總裝機世界第一，每年新增也穩居第一，同樣在儲能技術領域也有相應的技術突破。鐵-鉻液流電池儲能技術被稱為儲能時間最長、最安全的電化學儲能技術之一，該技術的電解質溶液為水系溶液，不會發生爆炸，可實現功率和容量按需靈活定制，且具有循環壽命長、穩定性好、易回收、運行溫度范圍廣、成本低廉等優勢，完全符合我國大規模、長時間儲能需求的新型電力系統。國家電投擁有自主知識產權的“容和一號”鐵-鉻液流電池堆量產線投產后，每條產線每年可生產5000臺30kW“容和一號”電池堆。根據測算，每投運1GW、儲能時長6小時的鐵-鉻液流電池儲能系統儲能系統，年可增加優質清潔能源上網電量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儲能系統可以支持5GW新能源新建并網，按照年利用小時數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，節約標煤286萬噸。

2、持續改進和優化儲能管理系統?，F有能源儲存技術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。這些能源儲存技術與能源消耗、儲能消耗和轉換系數低有關。因此，持續對能源存儲技術管理系統的改進和優化，是新技術大規模應用前要解決的問題。

目前，能源儲存技術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改進光伏發電過程中產生的不穩定輸出，也是就是說調節儲存與發電之間的數據平衡，使得發電誤差的降低來減少對于存儲電網的沖擊，最終提升光伏發電存儲過程的并網友好性能。其二，能源儲存技術應減少光電發電可能產生的預測誤差，從而降低能源儲存系統的備用功率，并最終提高光電發電機的可接受性能。第三，能源儲存技術中，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字化、智慧化能源生產、儲存、供應、消費和服務等為主線，追求橫向“電、熱、冷、氣、水、氫”等多品種能源協同供應，實現縱向“源 - 網 - 荷 - 儲 - 用”等環節之間互動優化，構建“物聯網”與“互聯網”無縫銜接的能源網絡，面向終端用戶提供能源一體化服務的產業。在這個鏈條中儲能技術一直是不可或缺的一環，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電存在一定的穩定性風險，真正能讓綜合智慧能源項目大面積落地并且穩定運行的核心之一一定是新型儲能技術的大范圍應用和儲能管理的提升。

三、結語

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

參考文獻：

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