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 沒有儲能的光伏是沒有未來的。去年和一位業(yè)界朱姓大牛交流，他提出觀點“儲能技術(shù)的發(fā)展是光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的命脈”，可謂醍醐灌頂。當(dāng)整個電網(wǎng)只有1%的再生能源占比的時候，沒人在乎;可按照現(xiàn)在穩(wěn)穩(wěn)超過20%每年的行業(yè)發(fā)展速度投射未來，光伏達到10%、20%的電網(wǎng)滲透率并不遙遠。到時候還這么靠天吃飯陰晴圓缺，前一分鐘發(fā)電10度后一分鐘只發(fā)電5度的狀況，電網(wǎng)、工商用戶、居民，誰受得了?

前言:兔子斗膽預(yù)測，如果沒有低成本的儲能配套，光伏發(fā)電的占比不會超過10%。

儲能的作用在大時間尺度范圍(數(shù)小時)，主要是為了調(diào)峰，即實現(xiàn)發(fā)電側(cè)和用電側(cè)的匹配。那基本上是什么便宜上什么，鉛酸、梯級使用的鋰電池、液流電池、蓄水儲能等都是可選擇的方案，不為本文所重點討論。而在較小的時間尺度范圍之內(nèi)，儲能也具有極其重要的意義。光伏和風(fēng)能被不客氣的稱為“垃圾電”，就是因為風(fēng)光發(fā)電功率電壓輸出靠天吃飯不穩(wěn)定，而且直流轉(zhuǎn)交流存在波形不理想、頻率不協(xié)調(diào)的問題，給電網(wǎng)造成極大的壓力;而儲能可以極大程度上解決這些要命的問題。然而儲能技術(shù)五花八門，到底什么樣的儲能才是光伏發(fā)電所需要的?學(xué)界和業(yè)界此前并無系統(tǒng)的歸納總結(jié)，讓人摸不到頭腦。

幸而新南威爾士大學(xué)博士研究生江嶼的 “Suitability of representative electrochemical energy storage technologies for ramp-rate control of photovoltaic power”《主流電化學(xué)儲能技術(shù)針對光伏發(fā)電爬坡速率控制的適用性》大作橫空出世，為大家厘清了思路。兔子不敢耽誤，在此奉獻給大家。

為了減輕壓力，電網(wǎng)對光伏電站出力穩(wěn)定性提出要求，已經(jīng)成為大趨勢。比如德國提出了高10%每分鐘爬坡速率的要求，也即是說每一時刻和一分鐘前比較，光伏電站功率輸出的差異不能高于10%。許多國家新進推出的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，都要求光伏電站具有必要時斷電和減少輸出，以及平滑爬坡速率的要求。在多云的天氣，50%的爬坡速率也很常見，所以必須要加以處理(見下圖)。組件優(yōu)化器、微型逆變器等電力電子技術(shù)都可以在一定程度上實現(xiàn)平滑，但處理的能力非常有限，而且解決問題的方法簡單粗暴，要不就是讓組件發(fā)電偏離功率點，要不就是砍掉多余的出力，為了達到電網(wǎng)穩(wěn)定性的要求不得已割肉。這個時候，儲能系統(tǒng)就是發(fā)揮作用的關(guān)鍵了：一旦發(fā)電量暴增就充電(而不是直接把多余發(fā)電切掉不要了);一旦發(fā)電量爆降就放電，實現(xiàn)對電網(wǎng)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)力。

化學(xué)儲能材料和器件的三大重要指標(biāo)，一是能量密度，關(guān)系到充放電的持續(xù)性;二是功率密度，關(guān)系到瞬間釋放能量的能力;三是充放電次數(shù)，決定了儲能器件的壽命。下圖給出了鉛酸電池、鋰電池、鋰離子電容、碳基電化學(xué)雙層電容器EDLC、電解液電容的能量密度、功率密度和充放電壽命等指標(biāo)。不幸的是，光伏這樣極度苛刻的應(yīng)用場景，對儲能系統(tǒng)能量、功率、壽命的要求都非常高!儲能系統(tǒng)儲能能力、充放電功率，直接影響了對爬坡速率的控制力。

文章的計算涉及到傅里葉變換等燒腦數(shù)學(xué)工具，此處不再贅述�？傊�是通過下面的爬坡速率控制模型流程圖，可以實現(xiàn)對瞬息萬變的光伏出力(圖b藍色區(qū)域)的有效平滑(圖b紅線為平滑后)。圖c顯示了儲能系統(tǒng)在爬坡上升超過10%每分鐘速率的時間段通過充電實現(xiàn)爬坡速率的控制(圖c靛藍色區(qū)域)，而在光伏出力下降超過10%的時間段，通過放電實現(xiàn)控制(土黃色區(qū)域)，快速響應(yīng)的能力是對儲能系統(tǒng)充放電功率W的考驗。而圖d是儲能系統(tǒng)的充電狀態(tài)SoC，SoC的幅值考驗的是儲能系統(tǒng)總儲能能力Wh。

不同的光伏系統(tǒng)對于儲能系統(tǒng)的要求大不相同。文章考察了單個組件、5千瓦屋頂系統(tǒng)、100千瓦小型光伏電站、以及7.2兆瓦大型電站四個場景。一般而言，大型系統(tǒng)占地面積大，具有一定“地理聚集”(geographical aggregation)的發(fā)電出力平滑能力。在江嶼的算法中，引入了一個叫做截斷頻率(cut-off frequency)的東東，通過經(jīng)驗公式考慮到了這個自動平滑的現(xiàn)象。下圖看到，越大的系統(tǒng)，其自帶發(fā)電出力平滑的能力越強，無論是光功率變化的劇烈程度還是頻度都有下降!