淺議儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的運(yùn)用

楊光+張朋

摘 要：隨著最近這些年化石燃料的逐漸枯竭，地球的溫室效應(yīng)日益嚴(yán)重，一些可再生能源得到了極大的關(guān)注，尤其是對(duì)于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展。近些年我國(guó)的風(fēng)電機(jī)組大規(guī)模的接入電網(wǎng)，從而使風(fēng)力發(fā)電所占的比重不斷增加。如果采取限制風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)模并減小接入電網(wǎng)的比重，那么將會(huì)對(duì)風(fēng)能的利用造成一種嚴(yán)重的浪費(fèi)，并且對(duì)我國(guó)的風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展造成巨大的影響。因此，如何提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性越來越受到我們的重視。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)能技術(shù)；風(fēng)力發(fā)電；風(fēng)電并網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TM614 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）23-0100-02

1 風(fēng)電并網(wǎng)產(chǎn)生的影響

在大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)展的今天，風(fēng)電功率的大幅度波動(dòng)易破壞電網(wǎng)的功率平衡，進(jìn)而帶來電能質(zhì)量的明顯下降，危及電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。風(fēng)電并網(wǎng)后將對(duì)以下幾方面造成影響。首先，對(duì)于電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響，由于風(fēng)能的不確定性將會(huì)導(dǎo)致風(fēng)電功率的隨機(jī)變化，對(duì)電力系統(tǒng)造成一種沖擊，嚴(yán)重時(shí)可能使整個(gè)系統(tǒng)失去穩(wěn)定性，造成系統(tǒng)癱瘓。其次，對(duì)電網(wǎng)電壓的影響，一些大型的風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)后，將會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性產(chǎn)生一些影響，例如電網(wǎng)電壓的波動(dòng)、閃變以及電壓不平衡現(xiàn)象。最后，對(duì)電網(wǎng)發(fā)電計(jì)劃和調(diào)度的影響非常大，由于風(fēng)能的間歇性、波動(dòng)性和難以預(yù)測(cè)性直接給我國(guó)的電網(wǎng)制定發(fā)電計(jì)劃、運(yùn)行方式和調(diào)度造成了很大困難，加上國(guó)內(nèi)外并沒有一些較為準(zhǔn)確的風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)，這樣一旦風(fēng)電機(jī)組的裝機(jī)容量足夠大，將會(huì)直接影響電力的調(diào)度運(yùn)行，電力調(diào)度部門往往會(huì)被迫限制風(fēng)電，而阻礙風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展。

因此，要想進(jìn)行大規(guī)模的開發(fā)和利用風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，其最有效的手段就是將風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，但是風(fēng)電場(chǎng)自身的特性對(duì)整個(gè)電網(wǎng)安全性的影響也在不斷的加劇。因此，為了提高風(fēng)電接入電網(wǎng)穩(wěn)定性，我們采取最為有效的辦法就是改進(jìn)風(fēng)機(jī)的控制策略和應(yīng)用儲(chǔ)能裝置。雖然，進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制策略改進(jìn)實(shí)現(xiàn)起來相對(duì)簡(jiǎn)單，但是在對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制方法的改進(jìn)基本都是需要我們舍棄大部分風(fēng)能來實(shí)現(xiàn)的，這樣一來無法實(shí)現(xiàn)風(fēng)能的最大化利用，并且受到風(fēng)電機(jī)組自身的控制能力和風(fēng)速的影響，對(duì)于改善的幅度也是有限的，很難能夠達(dá)到我們預(yù)期的效果。而與改進(jìn)風(fēng)機(jī)的控制策略相比，要是將儲(chǔ)能裝置應(yīng)用在風(fēng)電場(chǎng)中，不僅能夠達(dá)到抑制風(fēng)電功率波動(dòng)的目的，還能夠在不改變已并網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組控制策略的情況下，實(shí)現(xiàn)較大時(shí)間尺度內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組的出力平滑。

2 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中儲(chǔ)能技術(shù)的分類

目前，我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的儲(chǔ)能技術(shù)主要分為以下幾類，首先是超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)，通過運(yùn)用超導(dǎo)線制造成一個(gè)線圈，將存儲(chǔ)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的磁場(chǎng)能量，并且在有需求時(shí)，將儲(chǔ)存的能量再次送回電網(wǎng)內(nèi)。其次，超導(dǎo)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)，通過利用電化學(xué)雙電層結(jié)構(gòu)研制的儲(chǔ)能系統(tǒng)，不僅能夠增強(qiáng)脈沖功率，還能使電荷在電解質(zhì)溶液中，形成雙電荷層。而蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)主要是通過電池的正極、負(fù)極，來提供氧化還原，從而完成充電和放電，蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)選擇的化學(xué)物質(zhì)不同，能夠構(gòu)建不同類型的儲(chǔ)能系統(tǒng)。最后是飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，通過在機(jī)械運(yùn)動(dòng)的作用下，將長(zhǎng)期的存儲(chǔ)飛輪機(jī)械運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)能，使用時(shí)再將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。

3 儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

本文以中小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為例，分析儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用。儲(chǔ)能技術(shù)解決了風(fēng)力發(fā)電不穩(wěn)定的問題，運(yùn)用互補(bǔ)的方法，完善中小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境。具體的構(gòu)成結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1中，電能儲(chǔ)存裝置是指儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用，安裝在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的直流總線中，在直流端匯合了發(fā)電設(shè)備、電控設(shè)備，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出的交流電，在AC/DC逆變器的作用下，轉(zhuǎn)換成了直流電，經(jīng)過充電控制器，供電給直流負(fù)載，而儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用，就是將充電控制器的直流負(fù)載，存儲(chǔ)并輸送到DC/AC逆變器，轉(zhuǎn)化為AC負(fù)載，而多余的電能仍舊會(huì)存儲(chǔ)在電能儲(chǔ)存裝置中，以免發(fā)生電能浪費(fèi)。儲(chǔ)能技術(shù)在小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)，考慮到輸出功率的變化，尤其是功率與風(fēng)礦的關(guān)系，以此來確保負(fù)荷處于連續(xù)供電的狀態(tài)。該中小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)，引入了儲(chǔ)能技術(shù)，得到了高效的應(yīng)用。結(jié)合儲(chǔ)能技術(shù)，分析其在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用，如下：

3.1 負(fù)荷調(diào)節(jié)

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行中，儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用在負(fù)荷調(diào)節(jié)方面。當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)處于負(fù)荷低谷期時(shí)，儲(chǔ)能技術(shù)適當(dāng)?shù)某潆姡到y(tǒng)在負(fù)荷高峰期時(shí)，主動(dòng)放電，有效調(diào)節(jié)了負(fù)荷，以免風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)有不恰當(dāng)?shù)牟僮髑闆r，表明儲(chǔ)能技術(shù)在負(fù)荷調(diào)節(jié)中的實(shí)踐應(yīng)用。

3.2 負(fù)荷跟蹤

儲(chǔ)能技術(shù)為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)提供了負(fù)荷跟蹤的方法，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，在電力電子接口位置，接入了畜電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)、超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能系統(tǒng)等，運(yùn)用儲(chǔ)能技術(shù)，可以跟蹤接口處的負(fù)荷變化，而且是在快速的狀態(tài)下，跟蹤負(fù)荷，把控風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用。

3.3 穩(wěn)定系統(tǒng)

儲(chǔ)能系統(tǒng)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，無功功率、有功功率的變化非常快，并且較為明顯，儲(chǔ)能技術(shù)可以在頻率振蕩、功率中，發(fā)揮阻尼的作用，維護(hù)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定，所以風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)逐步將儲(chǔ)能技術(shù)，應(yīng)用到風(fēng)力發(fā)電的系統(tǒng)穩(wěn)定中。

3.4 功率控制

功率控制是指儲(chǔ)能技術(shù)主動(dòng)校正風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的功率，還要控制功率因數(shù)。例如：在中小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)，儲(chǔ)能技術(shù)與電力電子的接口位置，可以快速的提供有功功率、無功功率，目的是確保風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定及功率效率。

3.5 黑啟動(dòng)能力

黑啟動(dòng)能力是儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的一類功能，在系統(tǒng)孤島運(yùn)行的過程中，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以提供系統(tǒng)啟動(dòng)的電能資源，確保風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)啟動(dòng)的有效性。

3.6 延緩容量

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)有容量上的需求，儲(chǔ)能技術(shù)可以在一定程度上，延緩系統(tǒng)對(duì)容量的需求，包括發(fā)電容量、輸電容量。例如：儲(chǔ)能技術(shù)延緩了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的容量，可以削平負(fù)荷峰值，降低風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的容量需求，減輕調(diào)峰機(jī)組的運(yùn)行壓力，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在延緩容量時(shí)，在恰當(dāng)?shù)奈恢茫O(shè)置儲(chǔ)能系統(tǒng)，促使儲(chǔ)能技術(shù)能夠在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的低谷期實(shí)行充電，以此來簡(jiǎn)要負(fù)荷容量，增加系統(tǒng)輸電的容量。endprint

3.7 提高利用率

儲(chǔ)能技術(shù)在用電的高峰期，提高了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的利用率，逐步增加發(fā)電系統(tǒng)的整體能量。例如：中小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，儲(chǔ)能技術(shù)用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的不穩(wěn)定，控制負(fù)荷的峰谷比，存儲(chǔ)多出的電能，重新應(yīng)用到負(fù)荷高峰時(shí)期，避免存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換期間發(fā)生電能損失，現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，在提高利用率方面，可以選擇碳納米管超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用。

4 儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的前景

儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用前景，表現(xiàn)出較大的挖掘價(jià)值。在未來發(fā)展中，結(jié)合風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行，針對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)提出幾點(diǎn)建議，首先，必須要注重儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的成本控制，從而逐步降低儲(chǔ)能技術(shù)的成本，提升能量轉(zhuǎn)換的實(shí)際效率，促使儲(chǔ)能技術(shù)在未來風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，能夠得到普及應(yīng)用。第二，要將儲(chǔ)能技術(shù)的建設(shè)重點(diǎn)放在額定功率、環(huán)境條件、成熟度方面，這樣能夠管理好風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的電能質(zhì)量，從而體現(xiàn)出儲(chǔ)能技術(shù)在未來的應(yīng)用前景。第三，儲(chǔ)能技術(shù)中根據(jù)不同類型的技術(shù)種類，對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)調(diào)峰的作用，從而實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的儲(chǔ)能，保證風(fēng)力發(fā)電資源的合理運(yùn)用，避免造成大量的電能損失。第四，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，實(shí)行多種儲(chǔ)能技術(shù)混合應(yīng)用的模式，這樣能夠確保儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)型運(yùn)用，還能做到能量管理與質(zhì)量管理的經(jīng)濟(jì)可行的儲(chǔ)能方案，推進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展。

5 結(jié)語

風(fēng)能屬于一種清潔、經(jīng)濟(jì)、可再生的能源，受到電力行業(yè)的高度重視。如果在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中全面的配置儲(chǔ)能技術(shù)，不僅能夠提高風(fēng)力發(fā)電的水平，還能夠降低對(duì)于不可再生能源的消耗，因此，電力行業(yè)必須要充分認(rèn)識(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的重要性，保證儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的有效應(yīng)用。

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