所有文章 > 正文

上海交通大学王如竹教授ITEWA创新团队:光伏-电池-电网能源系统在住宅的应用与验证

作者: Research编辑部

时间: 2020-01-03 11:10

近期,上海交通大学制冷与低温工程研究所王如竹教授的能源-空气-水ITEWA创新团队(Innovative Team for Energy, Water & Air)报道了基于光伏-电池-电网能源系统的太阳能住宅示范应用,阐述了该能源系统在节能降本的巨大潜力与不同场景下的配置优化结果,并根据当前和未来的电力价格、能源政策和技术成本,对该能源系统的经济可行性进行了论证,相关成果以题为“Solar PV-Battery-Electric Grid-Based Energy System for Residential Applications: System Configuration and Viability”发表在Research上(Research, 2019 Doi.org/10.34133/2019/3838603)。

(本文经授权转载自“Research科学研究”微信公众号)

131.png

14512.jpg

论文地址:

https://spj.sciencemag.org/research/2019/3838603/

研究背景

分布式太阳能光伏有望在未来成为世界的主要电力供能形式,但是其间接性、不可控性和住宅场景下的产/用能不匹配性使其在并网过程中面临诸多难题,而电池储能是解决上述问题的有效方法。在光伏补贴持续下降和分时电价逐渐普及的背景下,电池储能在提高可再生能源消纳率、减少电网功率波动和降低系统运行成本方面呈现出了明显的优势,尽管其技术经济性和环境影响还有待讨论。

研究进展

王如竹教授团队在上海交通大学中意能源实验楼的一座60 m2的住宅公寓进行了太阳能住宅示范应用,该住宅由3 kWp的单晶硅光伏发电组件、24 kWh的铅炭电池系统和电网联合供能(图1)。

134.png

图1 太阳能示范住宅能源系统示意

对住宅能源系统的主要能流进行了数据采集(图2),定量地验证了储能电池的引入对系统平抑电网波动和促进能源独立的重要作用。

135.png

图2 示范住宅主要能流曲线

团队基于住宅运行数据进行了能源系统仿真建模,以中国的能源制度为研究背景,分析了气候因素、建筑类型和能源配置对能源系统能量性和经济性指标的影响深度(表1),指出了优化能源配置对提高系统性能的重要性。

136.png

表1 不同气候因素、建筑类型和能源配置的能源系统性能

随后,团队基于净现值(NPV)对该能源系统的外部经济影响参数(电力价格、能源政策和技术成本)进行了敏感性分析,并根据这些影响参数在未来的变化趋势,比较了纯光伏能源系统和光伏-电池能源系统在不同趋势变化强度下的经济可行性差异(如图3)。

137.png

图3 纯光伏和光伏-电池能源系统在不同趋势变化强度下的经济可行性差异

发现:目前该系统在住宅建筑尚不具有经济可行性,而随着未来光伏补贴的下降、电价的上涨与系统投资成本的降低,该能源系统将具有较高经济效益,并有望取代纯光伏系统,成为分布式能源系统在住宅的主要应用方式。该研究结果表明了电池储能具有巨大的节能降本潜力,为光伏-电池-电网能源系统在住宅的广泛应用提供了坚实的数据支持与技术分析。

未来展望

在技术层面上,光伏-电池-电网能源系统在住宅的成功应用已被证实,经济效益低是目前阻碍其大范围推广的主要因素,而光伏组件、储能电池技术的快速发展和政策制度、市场自由化的外部驱动都将提高该系统在能源领域的经济竞争力,使其成为住宅规模甚至社区规模的主要能源形式。另外,借助大数据、人工智能、区块链等技术的推动,光伏-电池-电网能源系统将有望成为未来能源互联网的基本单元,为能源结构改革提供方向。

作者简介

14511.jpg

王如竹,通讯作者,上海交通大学讲席教授,制冷与低温工程研究所所长、教育部太阳能工程研究中心主任。2017和2018年度全球高被引学者。主持成果曾获2014年度国家自然科学二等奖、2010年度国家技术发明二等奖。由于对国际制冷学科的卓越贡献,获英国制冷学会颁发的2013年度国际制冷J&E Hall Gold Medal、中日韩三国制冷学会联合颁发的2017年度亚洲制冷学术奖Asian Academic Award、日本传热学会颁发的2018年国际热科学纪念奖Nukiyama Memorial Award,以及国际制冷学会2019年颁发的国际制冷最高奖Gustav Lorentzen Medal。

139.png

赵柏扬,共同第一作者,2015年本科毕业于上海交通大学,目前于上海交通大学制冷与低温工程研究所攻读博士学位。研究方向包括建筑能源管理、太阳能光伏空调与节能建筑。

往期回顾:

2019年《Research》主编推荐文章及重要活动

像含羞草一样可变换的三维形变材料——杜学敏:传统材料可控三维形变普适性方法

英国剑桥大学初大平团队提出一种全新的三维显示策略,模仿现实物体的3D视觉

[关于转载]:本文为“Research科学研究”微信公众号文章。转载本文请联系原作者获取授权,转载仅限全文转载并保留文章标题及内容,不得删改、添加内容绕开原创保护,且文章开头必须注明:转自“Research科学研究”微信公众号。谢谢您的合作。

二维码 扫码微信阅读
推荐阅读 更多