并网光伏发电系统配置储能技术选型研究

并网光伏发电系统配置储能技术选型研究

匡维龙

中国电建新能源集团贵州分公司，贵州 贵阳550081

摘要：作为全球最大的光伏发电应用市场，我国已成为各类新型光伏电池技术产业化转化与应用的孵化地。未来我国将继续聚焦国际光伏发电技术发展重点方向，引领全球光伏发电产业化技术持续创新发展。在新能源高比例渗透下，电网安全问题日益突出，聚焦优化电网友好方式，促进可再生能源消纳，推动新能源持续快速发展，储能技术以其响应速率快、调节精度高等特点，成为新能源行业中提升电能质量、减少弃风弃光的重要手段。鉴于此，对并网光伏发电系统配置储能技术选型进行浅析，分析不同类型储能技术应用现状、优缺点及应用场景，总结出现阶段可户外应用的储能技术类型及其应用场景，希望能为储能技术选型提供一定的借鉴。

关键词：并网；光伏发电；储能技术

引言

近年来，“生态优先、绿色发展”的理念逐步深入人心，大力发展可再生能源、加快能源转型发展已成为全球共识，而风电、光伏等新能源本身的波动性和间歇性决定了灵活性，将是以新能源为主体的新型电力系统必不可少的组成部分。储能作为灵活性调节资源在新型电力系统中发挥着至关重要的作用，是新能源成为主体电源后系统调节的必然选择。本文主要对并网光伏发电系统配置储能技术选型进行浅析。

1太阳能光伏发电技术原理及优势

1.1太阳能光伏发电技术原理

太阳能光伏发电技术，能够通过自身做功将太阳能转化为电能，其具有一定的能量调节与能量转换的作用（通常情况下被称为“光伏电池”），在我国整体新能源之中占据主要地位，属于我国目前应用最广泛的新能源之一。太阳能之所以能够转换为电能，其主要原因就是“光生伏特”效应（当太阳光或是其他光线照射在太阳能电池表面之上时，太阳能便可通过对光线的吸收，利用光生电子产生电能）。太阳光经过一系列的变化与化学反应，最后会呈现光生电子的离散现象，此种现象在一定程度上能够促使异号电荷带动光生电子运动，进而产生电压。若此时，将太阳能所产生的电能的两极，进行负极连接，则在2个负极的连接处会产生光生电流，进一步加剧功率的流失几率，就能实现从太阳能到电能的转变。

1.2太阳能光伏发电技术优势

太阳能与普通电能相比具有2个显著的特点，一是具有清洁性与节能性，二是具有能源储备丰富，涉及范围较广的特性，其主要表现在：其一，清洁性与节能性。太阳能与普通电能最根本的区别就在于其自身具有一定的清洁性与节能性，不仅可以节约电能的使用，而且还能够确保在使用过程中不对自然环境造成污染，维持我国经济的可持续发展。目前，我国对太阳光的应用范围较广、涉及领域较多，因此，太阳能被称为光伏发电。将太阳光的光能转变成人们生活、工作及企业发展所需要的电能，不需要经过能量转化环节，如此便赋予了太阳能简单性、敏捷性的特点与优势，能够更好地满足人们的需求。其二，能源储备丰富性、应用范围广泛性。太阳能相比其他能源具有较为明显的分布特点，其分布范围极为广泛，应用领域繁多，是促进我国国民经济稳定增长的因素之一。太阳能源的储备十分丰富，且目前呈现出取之不尽、用之不竭的现象，能够良好地解决人类能源紧缺的问题。另外，太阳能具有较强的环保性特点，不会在使用过程中对环境造成污染，而又分布广泛，便于人们收集与利用。通过对太阳能的充分运用，我国其他能源指标的使用量明显下降，有效阻止了自然环境的进一步恶化。

2并网光伏发电技术

并网光伏发电技术是光伏发电时用于连接公共电网的技术手段，并网光伏发电系统由太阳能电池组、DC或AC逆变器、交流负载、变换器组成，系统运行期间，公共电网会和并网系统相互协调，共同供应电力资源。在此过程中，光伏发电系统主要是将直流电转换为交流电，公共电网则进行储能，起到蓄电的作用，有助于节约系统应用蓄电池时的成本。不仅如此，相较于蓄电池，公共电网储能的稳定性较强。随着并网光伏发电技术的发展，航天、边防等领域的电能转换率明显提升，且电力供应成本下降。但是在具体应用并网光伏发电技术时，还应着重考虑“电压波动”“谐波”“无功平衡”等问题。例如，光伏发电系统运行期间，光照强度会改变发电设备的输出效率，所以季节、日照条件、天气等因素都会引起输出功率不稳定的问题。相关企业在应用光伏发电技术时，还应结合《电网若干技术原则的规定》中对电压允许偏差值的相关要求，注意电压波动情况，将电压偏差值控制在-7%～+7%以内。针对谐波问题，升压并入电网时，由于接入点的谐波会叠加，所以需要实时检测并网时的谐波，以便并网光伏发电技术能够被有效应用。

3并网光伏发电系统配置储能技术选型

3.1抽水蓄能（PHS）

抽水蓄能利用水作为储能介质，通过电能与势能相互转化，实现电能的储存和管理。其具有技术成熟、响应速度快等优点；但由于选址困难，对地形地质等条件要求较高，且需要水源等原因，不适合应用于光伏电站。

3.2压缩空气储能（CAES）

CAES主要利用电网负荷低谷时的剩余电力压缩空气，形成高压压缩空气将其储藏在高压密封设施内，在用电高峰释放出来，驱动燃气轮机发电。其具有长时储能、长寿命、具备转动惯量等优点，但其响应速度慢、能量效率低，且存在对大型储气室、化石燃料的依赖等问题。CAES适用于规模较大的储能需求场景。

3.3锂离子电池

锂离子电池、液流电池可应用于能量搬移、调峰、跟踪计划出力、平抑波动、调频、电压支撑等场景；尚未规模化发展的，如固态锂电、钠离子、新型电池等可应用于新技术户外实证场景。

3.4双电层电容器

通过正、负离子在固体电极和电解液之间的表面上分别吸附，造成两固体电极之间的电势差，实现能量的存储。其具有寿命长、功率密度高等优点；但其能量密度较低、自放电率高，应用在并网光伏发电系统时受制于PCS电压范围，无法深度充放电。

3.5超导磁储能（SMES）

SMES利用超导线圈将电磁能直接储存起来，需要时再将电磁能回馈电网或其他负载，并对电网的电压凹陷、谐波等进行灵活治理，或提供瞬态大功率有功支撑的一种电力设施。其具有响应速度快、效率高、有功和无功输出可灵活控制等优点，但过高的成本使其可靠性和经济性受到制约，还未能大规模进入市场。

3.6热化学储热

利用热化学对（可逆反应、吸附/解吸）的吸/放热，以储热材料为媒介，将太阳能、光热、电制热、工业余热等热能储存起来，在需要的时候释放热能。

3.7化学类储能

化学类储能主要有电力燃气电厂、动力液系统、电力化工厂、氢能等。其中，电力燃气电厂、动力液系统、电力化工厂不适用于新能源发电侧应用场景。氢能全产业链包含制氢、储氢、输氢、用氢等过程，储能时利用光伏发电电解水制氢将富余电能转化为氢气储存，释能时通过氢燃料电池将氢能转化为电能。其电转电能量效率仅能达到约30%，不具备经济性。化学类储能暂无适用于并网光伏发电系统的应用场景。

结束语

综上所述，储能技术的选型需在满足相关国家规范要求的前提下，主要考虑储能技术发展及应用现状、储能在并网光伏发电系统的应用场景、技术成熟度、运行可靠性以及储能制造商的生产规模、行内业绩、制造水平等因素。

参考文献

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