王昌文

　　(1.甘肃有色冶金职业技术学院 甘肃 金昌 737100)

　　关键词：分布式 光伏发电 储能

　　中图分类号：TP273.4 文献标识码:A

　　The Research on Energy Storage Technology of Distributed Photovoltaic Power

　　(Department of Geological and Construction Engineering , Gansu Vocational &Technical College

　　of Nonferrous Metallurgy， Jingchang 737100，China )

　　Abstract: As the environmental problem becomes increasingly serious, the need of clean energy has greatly promoted the development of photovoltaic power generation and wind power generation. Due to their seasonal fluctuations, electrical energy grid has been influenced by technology and policy. In order to accelerate the clean energy grid and produce more energy by using energy storage device, photovoltaic power generation will save energy, and then after processing into the grid, which solves the problems of grid connected photovoltaic power fluctuation, improve the quality of electric energy, but also can promote the development of related industries.

　　Key words: Distributed ;photovoltaic power generation;energy storage technology

　　1. 引言

　　伴随着中国经济的腾飞, 中国的能源消耗量已跃居全球第二, 面对石油天然气等化石能源日益枯竭的窘境, 对于可再生的清洁能源的需求不断扩大。在目前众多可再生能源与新能源技术开发中,潜力最大、最具开发价值的是太阳能、风能等分布式能源。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。

　　并网光伏发电是光伏发电的总趋势,并网光伏发电主要应用于荒漠的光伏电站和城镇的与建筑结合的城市化规模光伏发电，其中城镇的与建筑结合的城市化规模光伏发电即分布式光伏发电将是未来城市建设与能源供给的一个重要途径。

　　但是技术和政策两方面的因素严重影响了并网式光伏发电的发展。光伏发电的季节性、波动性使得光伏发电的电能质量达不到并网的要求，往往需要经过一系列复杂的电能处理过程，而且为减少光伏并网对电网的影响，各地的光伏发电企业不能满负荷运行，基本开机率维持在30%左右。政策方面，为了促进光伏产业发展，国家每年都投入大量补贴资金给予光伏企业;国家的补贴有利于光伏企业的生存，但是对光伏企业的发展实际上起了一种阻碍作用，破坏了市场的公平竞争。另外，国家电网公司实际上的垄断地位也阻碍了光伏发电的并网。

　　为解决光伏并网在技术和政策上的问题，发展储能技术成了一个现实可行的办法。

　　2. 国外储能市场快速崛起

　　随着各国对于光伏发电进行巨额补助，光伏上网电价与成本差距不断缩小，分散储能系统对于终端客户来说越来越重要。德国蓄电池专家MatthiasVetter认为，对于分布式发电而言，未来高效储能技术及能源管理系统将为商业及工业建筑节省巨大的电力成本。其中光伏蓄电系统将可能满足单户家庭或公寓内80%的电力需求。

　　利用储能装置的蓄水池作用，将光伏发电的电能储存起来，再经过处理并入电网，既解决了光伏发电并网波动性的难题，提高了电能质量，也可以促进相关产业的发展。

　　打个形象的比喻，电网系统相当于一个装满水的大池子，光伏发电系统由于其波动性，其与电网直接并网相当于直接往水池里一次倒进大量的水，水池中不可避免会产生巨大的波动;而储能装置的存在相当于在这个巨大的水池旁修建了一个缓冲水池。光伏发电系统发出的电能进入缓冲水池，再通过调节阀门进入电网水池，这样就保证了电网水池的稳定性。

　　目前，在光伏发电领域存储和消纳已经成为行业主要议题。以日本为例，2011年日本3.11福岛核事故以后，日本政府采取了“去核化”政策，日本核电逐步退出市场，而市场的反应是日本家用蓄电系统需求量快速上升。随着分布式光伏系统、屋顶系统及光伏农场的角色越来越重要，从2012年3月30日起，日本经济产业省对容量1kWh以上的蓄电系统给予1/3 的补贴，补助政策将在2013年底或支付额达到预算的 210 亿日元时截止。其市场规模到2020 年将达 450 亿日元，是 2010 年的 563 倍。

　　从技术上考虑，分布式能源发电的大规模并网从2008年前后出现，对于并网接入电网在规划层面缺少统一协调;另外大规模储能项目在安全性和可靠性上还需要进一步提高，尤其是储能的安全性也没有得到彻底解决。虽然利用储能装置的蓄水池作用，将光伏发电的电能储存起来，再经过处理并入电网，既解决了光伏发电并网波动性的难题，提高了电能质量高效储能装置，但市场的出现和技术的提升总是一个相对缓慢的过程。

　　3. 中国储能市场快速跟进

　　从2000-2013年底，中国共有76个规划、在建和已投运的储能项目(不含抽蓄、储热及压缩空气)。其中，已投运的项目在电力系统的累计装机量为53.7MW，占全球装机规模的7%。2011年，由于国家风光储输示范项目的开展，装机规模增速大幅提升，同比2010年增长了百倍。

　　近两年，储能在中国市场的热点应用集中体现在分布式发电及微网、风电场/光伏电站储能和电动汽车领域。

　　分布式发电及微网主要应用在解决无电人口用电、孤岛微网等方面。随着分布式光伏暂行办法、解决无电地区人口用电问题等政策的出台，国家开展了一系列的分布式微网项目，如西藏阿里光伏储能项目、青海玉树分布式光水蓄互补系统、东福山岛风光储柴项目、南麂岛微网项目等。储能在该领域的迅速发展，既是偏远地区无电人口用电问题亟需解决的迫切市场需求，也是中国政府产业政策推动的结果。

　　用户端“光伏+储能”的模式也是近两年的热点，用户可以实现能源的自给自足，削减电费，同时还可用作应急电源。该模式在日本和德国的市场比较成熟，比亚迪、力神等国内厂商的产品也成功打入了这两个海外市场。而在国内，由于没有完善的补贴政策，初期投资较大，成本回收期较长，因此这一类的安装案例并不多，但随着未来相关政策的出台，以及储能成本的降低，“光伏+储能”在中国将有广阔的市场前景。

　　储能在风电场和光伏电站领域的应用，主要体现在降低高比例可再生能源并网的不稳定性，提高可再生能源发电的利用小时数，有效解决严重的“弃风”、“弃光”问题。2012年，国家能源局分别发布了风电和光伏发电的“十二五”规划，其中，要求风电到2015年的发展目标位为100GW，2020年为200GW;太阳能光伏发电到2015年的发展目标为35GW，2020年为50GW。规划在极大地促进可再生能源发电发展的同时，也给储能带来了很好的机遇。张北风光储输项目、卧牛石风电项目、煤窑山风电项目等都是近两年运行比较成功的案例。

　　据中国产业洞察网发布的《2012-2016年中国储能行业市场现状与投资风险预测报告》的研究，储能产业在我国还处于发展的初期阶段，虽然现阶段还没有与储能相关的政策体系和价格机制，但作为新兴产业，储能已越来越受到政府能源部门和科技部门的关注和支持。国家关于储能产业发展规划正在逐步建立中，应用示范的财政补贴也在逐步推进中。虽然还有许多问题有待解决，但在政府政策的支持下，储能厂商、电力系统和有关科研院所的共同努力下，中国储能产业将得到持续不断的发展。

　　4. 储能技术的比较

　　1、磷酸铁锂电池

　　磷酸铁锂电池，是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。 锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中钴酸锂是目前绝大多数锂离子电池使用的正极材料。

　　磷酸铁锂电池具有八大优势：安全性能好、使用寿命长、高温性能好、大容量、无记忆效应、重量轻、环保以及适用于动力电池。

　　2012年8月，新能源公司Deboch TEC.GmbH又带来了一种更接近现实的新能源技术：含铁的锂电池。

　　Deboch TEC.GmbH公布的磷酸铁锂电池技术白皮书显示，在使用复合纳米材料后，单节32650规格(直径32mm/长度65mm)电芯的能量密度能够提升到6000mAh，与当前业界32650规格单节5000mAh的规格相比，同等体积提升了20%。更令人欣喜的是，在单颗低倍率充放电环境下使用，这种电池在循环使用多达3000次后，电量依旧保持在80%左右。按照每3天充放电一次计算，可以连续使用24年之久，是名符其实的长寿电池。这种新型电池技术可以广泛应用于便携移动电源、小型UPS、笔记本电池、汽车电瓶等各种设备。

　　2、钒电池

　　一般称为氧化还原液流电池，是一种正在积极研制开发的新型大容量电化学储能装置，正负极全使用钒盐溶液的称为全钒液流电池，简称钒电池。1985年澳大利亚新南威尔士大学的MarriaKacos发明了钒电池，经过多年的研发，目前钒电池技术已经趋近成熟。作为一种新的蓄电池，钒电池的活性物质是电解质溶液，具有容量高、使用领域(环境)广、循环使用寿命长、规模化蓄电等特点。2012年，美国制定的储能技术发展规划已经将全钒液流电池列在首位。

　　作为当前储能的首选技术之一，全钒液流电池储能系统安全性高，在常温常压下运行时，电池系统产生的热量能够通过电解质溶液有效排出，再通过热交换排至系统之外;而且电解质溶液为不燃烧、不爆炸的水溶液，系统运行安全性高。

　　2011年全球最大规模的5MW/10MWh全钒液流电池储能系统应用示范工程通过了辽宁电力勘测设计院的验收，全面投入运行。示范项目的成功运行标志着我国全钒液流电池技术达到了国际领先水平，这为可再生能源的普及应用提供了有效的技术支撑，具有重要的社会效益并将产生重大的经济效益。

　　3、飞轮储能

　　飞轮储能根据不同方式有很多应用，应用最广泛的是直接储存动能并应用动能，比如单冲程柴油机的飞轮。目前尖端研究的方向是飞轮储存功能并转化为电能应用。飞轮储能装置与超级电容，电池等储能装置比较，其能量密度最大，但是功率密度比介于二者之间。超级电容的能量密度最小，功率密度最大。电池的能量密度二者之间，功率密度最小。同时，飞轮是纯物理储能，稳定可靠，对使用环境(温度，压力等)的要求低。最后，他是三者中最昂贵的储能方式。

　　根据这个比较，他比较适合于恶劣环境，价格不敏感，功率需求一般，同时轻量化储能装置的需要。

　　目前这种应用主要在太空飞行器上，比容国际空间站的飞轮电池，我国有储能，陀螺定位二用飞轮。还有美国设计了飞轮储能UPS和应急供电车。

　　5. 分布式能源储能的发展方向

　　基于对分布式能源特点和储能方式的研究，大规模分布式光伏发电储能设备必须满足三个基本要求：高安全性、生命周期性价比高及环境友好。

　　无论是化学电池储能方式还是纯物理储能，各有其优劣点。但是结合分布式光伏发电的特点，例如光伏发电系统受季节和日照高度影响，其生产的电能波动性很大，受整流和逆变的影响，电能质量不高，这就要求相关储能设备具有良好的可适应性、较长的循环使用寿命，因此钒电池与其他储能技术相比，全钒液流电池储能技术使用寿命长、环境友好、可以大规模发展、安全可靠等突出的优势，成为规模储能的首选技术之一，将在光伏储能领域有广泛利用价值。

　　参考文献

　　[1]黄健.我国屋顶阳光发电的政策研究[D].杭州:浙江工业大学.2012

　　[2]李芬,陈正洪,成驰,等.武汉并网光伏电站性能与气象因子关系研究[J].太阳能学报.2012.33(8)

　　[3] 金强,史梓男,李敬如,等.光伏发电项目的国民经济评价[J].电力建设,2013,29(1),64-69

　　[4]王少义.太阳能光伏并网系统发电量预测方法[D]北京建筑工程学院学报

　　作者姓名：王昌文

　　出生年月：1990-02-17

　　学历：本科

　　职称:助教

　　所在单位：甘肃有色冶金职业技术学院