储电单元在分布式光伏发电中的应用

白玮佳，孙 昊

（河北农业大学 城乡建设学院，河北 保定 071000）

0 引 言

随着化石能源使用带来的环境污染问题日益严重，人类已经意识到环境保护的重要性。同时，随着时代的进步和科技的发展，新能源为人类开创了绿色节能的新时代，为可持续发展提供了新思路，开辟了新领域。

分布式光伏发电可以有效缓解我国电力短缺的现状，低碳环保，获得了国家的大力支持。随着新能源的发展，绿色能源的利用越来越受到重视，其中分布式光伏发电的发展潜力不可估量。分布式光伏发电系统在快速发展的过程中暴露出许多亟待解决的问题，为此将重点阐述储电单元和分布式光伏发电系统相结合的可行性。

1 分布式光伏发电的现状

1.1 国家鼓励发展分布式光伏发电

近年来，我国光伏发电产业发展迅速。统计显示，2019年全国集中式光伏发电系统装机容量增加1.791×107kW，分布式光伏发电系统装机容量增加1.220×107kW，光伏发电累计装机容量达到2.043×108kW。光伏发电产业受政策影响很大，对政策的调整比较敏感。2006年提出的“碳中和”概念，极大地鼓舞了光伏发电行业的信心。目前，政策强调要完善新能源消纳和协调等具体措施。国家电网公布了最新一批可再生能源电力补贴项目清单，共涉及84个集中光伏项目，总装机容量2.49 GW，覆盖16个省份。在光伏发电产业的后期发展中，国家陆续出台了一些光伏发电产业政策的配套文件，以大力发展光伏发电产业。同时，光伏发电产业的发展离不开电网公司的大力支持，国家电网和中国南方电网陆续发布了各种细则，以保障分布式光伏网络的接入。

1.2 存在弃光限电与利用率低的问题

光伏发电在我国的广泛推行，随之出现了相关经济问题。光伏发电成本高，但效益不容乐观。根据2015年的数据，我国的废弃光量为4×109kW时，废弃光率约为10%。西北地区的弃光现象相当严重，废弃光量为总发电量的20%～30%。2016年第一季度的数据统计显示，在我国光伏发电装机容量增加了7.14×1010kW，但全国弃光限电达到了1.9×109kW·h。由此可见，光伏发电产业快速发展的同时出现了弃光限电问题。

光伏发电作为一种新的发电方式，是一种利用半导体界面的光伏效应直接将光能转化为电能的技术，可以利用太阳能直接在当地发电。目前，最常见的方法是在建筑物的屋顶安装太阳能发电系统，并将其并入大型电网，然后将电力传输到附近的发电站。在分布式光伏发电系统的实际应用中，由于其设备占地面积大，同时发电情况受天气、季节和地域的影响，导致光伏发电不稳定、不连续和不可控。一天内受光照影响明显，波动性强，如果未经处理就并入电网，对电网影响很大，最终出现初期投资高但利用率低的问题。

分布式光伏发电为用户提供了清洁能源，但对配电网的运行提出了挑战。在目前的使用条件下，电能基本来自电网，通过电网输送给用户，由用户直接使用，经过“源-网-荷”三个环节，需要发电和用电达到平衡。光伏发电受太阳能资源的影响，具有间歇性和波动性。分布式光伏发电系统直接并入电网会对配电网造成干扰，产生谐波和孤岛效应。光伏发电存在周期性负荷安全和资源稳定的问题，影响电网的正常调度，威胁着电网的稳定和安全。

1.3 目前普遍应用的解决方法

1.3.1 抽水蓄能

鉴于光伏发电不稳定的特性，国家利用新能源所产生的电能大多以抽水蓄能的形式存在。抽水蓄能是利用新能源产生的电能将下池水库的水抽到上池水库，将产生的电能转化为重力势能储存起来，从而在用电高峰期放出水，产生稳定安全的电能输入电网。国家电网公司计划在2020年将抽水蓄能的规模扩大到2 692 kW。抽水蓄能的缺点是浪费能源，当电能转化为动力势能时，会浪费25%～30%的能量。此外，在用电高峰期释放电力势能时会产生相应的能量损失，大大降低了分布式光伏发电的利用率。

1.3.2 压缩空气储能

压缩空气储能是另一种储能形式，是指将产生的电能用于压缩空气，将压缩空气密封在报废矿井、海底、储气罐以及储能井中，从而在用电高峰期释放压缩的空气来推动机轮车发电。这种储能形式在近几年发展较快，但是技术还需进一步提升，无法适用于各种条件下的储能，且新型压缩空气储能的最高效率为60%，资源浪费较为明显，不能高效利用电能。

2 储电单元在光伏发电中应用的可行性

随着新能源的发展，我国多地陆续出现了弃光限电的现象。参考德国新能源在光伏发电系统的发展经验，将分布式光伏发电系统和储能技术结合，将有效缓解弃光限电的问题，同时提高了发电效率和电网发电的灵活性，为研究储能技术提供了新思路。

储电单元的能量密度高，适合大容量储能。储电单元的配置可以提高光伏发电系统的电能质量和稳定性。由于光伏发电稳定性较差且不可控，可以参考德国储电技术在分布式光伏发电中的应用，将储电单元和分布式光伏发电系统结合起来。

2.1 提高光伏发电系统的供电稳定性

天气和地域因素会对光伏发电系统产生影响。例如：雨天的发电量只有正常天气的10%；连续阴雨或雾天时，太阳辐射强度低，光伏发电系统达不到启动电压，甚至无法正常启动工作。由于光伏发电的输出功率受环境影响存在较高的随机性和间歇性，电力系统会出现三相不平衡的情况，导致电路损耗，影响供电电机，从而影响整个电力系统的安全性。设置储电单元是目前最可靠的措施，可以有效解决三相平衡问题。当外部自然环境发生变化导致光伏发电设备输出的电能无法保持稳定时，储电单元会释放或吸收部分电能，从而提高了电网的供电稳定性，保证了电路的安全性。

2.2 调节电力负荷——削峰填谷

2019年7月，国家发改委发布《关于创新和完善促进绿色发展价格机制的意见》，提出扩大用电峰谷时段电价差和浮动幅度，引导用户错峰用电。住宅用户实行三级电价是引导非高峰用电的有效途径，但对于大城市的商业区无疑会增加工商企业的用电成本。以上海为例，根据2020年上海最新阶梯电价标准，一档峰期电价为0.617元/kW·h，谷期电价为0.307元/kW·h；二档峰期电价为0.677元/kW·h，谷期电价为0.337元/kW·h；三档峰期电价为0.977元/kW·h，谷期电价为0.487元/kW·h。因此，工商企业需要规划自己的用电时段来降低用电成本。

利用峰谷电价引导用户错峰用电，是为了减小电网的压力，为电网用电高峰期的高负荷减轻压力。削峰填谷要求社会购电合理化，这对电网稳定意义重大。将储电单元应用于分布式光伏发电系统来调节电力负荷，是一种削峰填谷的措施。根据不同用户的用电量，将电能存储在储电单元中，通过能量转移降低电网的峰期负荷，填补电网的谷期负荷，即在峰期负荷高时储电单元及时放电，在谷期负荷低时及时充电，从而保证电网的平稳运行。储电单元在分布式光伏发电系统中的应用，提高了分布式光伏发电的自发自用率和吸收能力，减缓了电网的能量损耗。

随着建筑中分布式光伏发电效率和发电量的提高，建筑会逐渐变成“0”能耗建筑，最后变成负能耗建筑。负能耗建筑指在一年内产生的能源比建筑消耗的能源多的建筑。由于用电规律，“晨昏期”负能耗建筑将进一步增大峰谷差，严重影响电网的正常运营，而储电单元在分布式光伏发电系统中的应用可以解决这个问题。

合理利用储电单元可以有效解决峰谷差大的问题，减少负荷的大幅波动，提高设备利用率。对于电网来说，峰谷差减小，备用机组数量减少，可以更好地利用电能。对于用户侧来说，不需要过多的调整用电时间也可以节约用电成本，降低购电成本。

3 退役动力电池作为储电单元在分布式光伏发电系统中的应用

分布式光伏发电系统的使用避免了对环境的危害，但对电网的影响和限制不容忽视。储能技术的加入是目前解决光伏并网发电系统最有效的途径，可以很好地解决并网带来的波动性和随机性。然而，市场上的储能装置价格昂贵，限制了分布式光伏发电系统的大规模推广和使用。

新能源汽车动力电池的退役给解决储电单元成本高提供了契机。动力电池是指为工具提供动力来源的电池，主要用于新能源汽车和电动火车等交通工具。由于新能源汽车对动力电池的要求较高，因此新能源汽车使用的动力电池寿命较短，5～8年后将无法满足新能源汽车的能耗要求。然而，动力电池的自然衰减是电池的一个特性。退役的动力电池的容量衰减到新电池状态的80%左右时，电池可以继续进行梯次利用。

将退役动力电池作为储电单元应用于分布式光伏发电系统，不仅可以缓解分布式光伏发电对电网的影响，还可以解决储电单元成本高的问题。此外，我国的动力电池回收市场还处于起步阶段，市场上积累了大量退役的动力电池。随着新能源产业的发展，退役动力电池的数量还会增加。在分布式光伏发电系统中，使用退役动力电池作为储电单元具有广阔的市场发展空间。

4 结 论

随着技术的进步，应该通过完善的能源转化系统提高绿色能源的利用效率。储电单元与分布式光伏发电系统的结合，相比传统的分布式光伏发电系统对电网的贡献更大，对电能的利用率更高，对波峰波谷电价所产生的费用更少。目前，国家给予分布式光伏发电系统的用户发电补贴逐渐减少，最终变成“0”补贴。在这种背景下，并入电网将不再是用户的第一选择。储电单元的结合给了用户第二个选择，自发自用多余电量并入电网。此外，随着分布式光伏发电的发展，国家可能会出台一系列对自发自用多余电量并入电网的补贴政策来助力新能源的发展，以更好地推广结合储电单元的分布式光伏发电系统。