分析儲能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

王寶安 張楠 吳朝陽

摘要：隨著社會的進步，市場經(jīng)濟水平不斷的發(fā)展，人們的生活質(zhì)量有了顯著提高，我國對能源的需求也隨之不斷的增加。國際相關(guān)部門預(yù)測，我國在未來的二十年將成為世界上能源消耗的大國，因此我國現(xiàn)階段需要大力發(fā)展能源事業(yè)，其中風(fēng)力發(fā)電將成為我國發(fā)電的主導(dǎo)技術(shù)，當前風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中儲能技術(shù)是比較重要的研究課題，儲能技術(shù)的應(yīng)用能夠有效的防止風(fēng)力發(fā)電的功率反復(fù)變化，輸出電壓較為平穩(wěn)，保障電能質(zhì)量和風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)絡(luò)的正常運轉(zhuǎn)。

關(guān)鍵詞：儲能技術(shù)；風(fēng)力發(fā)電；應(yīng)用

一、儲能技術(shù)的類型

1.1超導(dǎo)電力磁儲能技術(shù)

超導(dǎo)電力磁儲能技術(shù)是指利用超導(dǎo)體電感線圈對電網(wǎng)供電時產(chǎn)生的磁場能量進行存儲，儲存的能量待需要時有效的釋放出來供電網(wǎng)使用。超導(dǎo)電力磁儲能技術(shù)有很多優(yōu)點，如：超導(dǎo)電力磁儲能系統(tǒng)能量釋放的速度快，能量輸送的過程無需能量轉(zhuǎn)換，比容量及比功率較大，響應(yīng)的速度快且效率較高；超導(dǎo)電力磁儲能技術(shù)在能量儲存的過程中損耗比較小，能量回饋的效率高；超導(dǎo)電力磁儲能技術(shù)可以較好的調(diào)節(jié)電壓、頻率及功率。目前超導(dǎo)電力磁儲能系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中。

1.2超級電容儲能技術(shù)

超級電容儲能系統(tǒng)是基于雙電層電容器而研制的儲能裝置，超級電容儲能技術(shù)能夠使脈沖功率增強，充電時間比較短，充電時電解質(zhì)溶液里的異性離子被電荷吸附并附著在電極表面，產(chǎn)生雙電荷層，從而形成了雙電層電容。目前我國已經(jīng)對超級電容儲能技術(shù)進行了十幾年的研究，并已研制出了一系列的超級電容儲能技術(shù)產(chǎn)品。超級電容儲能技術(shù)多應(yīng)用于電能質(zhì)量功率峰值較高的在電力系統(tǒng)中，能夠有效的提高電力系統(tǒng)的供電能力。

1.3飛輪儲能技術(shù)

飛輪儲能技術(shù)是利用電動機的運動使飛輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生動能，待有需要的時候，通過飛輪的動能使發(fā)電機發(fā)電，供用戶使用。超導(dǎo)和電磁懸浮技術(shù)、大功率變流技術(shù)等技術(shù)的出現(xiàn)使飛輪儲能技術(shù)發(fā)展迅速。飛輪儲能技術(shù)使能量轉(zhuǎn)化時損耗較少，轉(zhuǎn)化率可達到90%以上，另外噪聲小、可持續(xù)工作、無污染及維修簡便等特點也是飛輪儲能技術(shù)的優(yōu)點所在。飛輪儲能系統(tǒng)在停止充電后，最長也可連續(xù)工作數(shù)十個小時。目前電力系統(tǒng)的電網(wǎng)調(diào)峰和頻率控制工作主要應(yīng)用飛輪儲能技術(shù)，某些發(fā)達國家的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)已開始應(yīng)用飛輪儲能技術(shù)。

1.4蓄電池儲能技術(shù)

蓄電池儲能系統(tǒng)一般由電池、交直流逆變器、控制裝置組成，利用電池正極和負極的氧化還原反應(yīng)來進行放電及充電，目前蓄電池儲能系統(tǒng)廣泛的應(yīng)用于太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，根據(jù)化學(xué)物質(zhì)的不同，蓄電池儲能系統(tǒng)中的電池類型也不同，如鈉硫儲能電池、鉛酸儲能電池、鋰離子儲能電池、鎳鎘儲能電池、鎳氫儲能電池、液流儲能電池等等。

1.5壓縮空氣儲能技術(shù)

壓縮空氣儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)的實際應(yīng)用中比較廣泛，是利用氣輪機進行電網(wǎng)調(diào)峰的一種儲能技術(shù)，在電網(wǎng)負荷較低的時候，利用電能將空氣壓縮并密封存儲，當電網(wǎng)負荷較高的時候，將壓縮的空氣釋放出來推動汽輪機運動發(fā)電。

1.6氫燃料電池儲能技術(shù)

氫燃料電池儲能系統(tǒng)是將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，但目前由于運輸及存儲的安全性、提取費用較高等問題并未被廣泛的應(yīng)用。

1.7抽水儲能技術(shù)

抽水儲能系統(tǒng)一般應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)峰、集中式發(fā)電當中，由于地理條件的限制，大多數(shù)風(fēng)電場無法應(yīng)用抽水儲能系統(tǒng)。

二、儲能技術(shù)在風(fēng)電并網(wǎng)過程中的應(yīng)用

2.1提高系統(tǒng)穩(wěn)定性

電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的根本問題是功率平衡問題。電力系統(tǒng)的有功功率、無功功率交換可以借助儲能系統(tǒng)的快速功率響應(yīng)來實現(xiàn)，進而能夠保障系統(tǒng)的運行穩(wěn)定。風(fēng)電場從系統(tǒng)中吸收的無功功率會隨著風(fēng)電并網(wǎng)容量增大而增大，引起系統(tǒng)電壓上升。為應(yīng)對這種情況，風(fēng)電場應(yīng)配置合理容量的儲能裝置來保障系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性。同時，儲能系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力可在在系統(tǒng)發(fā)生故障時進行快速、高效的補償，降低諧波畸變率，提高系統(tǒng)抗擾動、保持功率平衡的能力，保證系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。綜上所述，為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)配置一定容量的具有快速響應(yīng)能力的儲能系統(tǒng)，可以靈活有效地提高風(fēng)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.2增加風(fēng)電穿透功率極限

風(fēng)電出力的隨機性和波動性是大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)問題的根本原因，由此產(chǎn)生的電力系統(tǒng)的電壓波動、電壓電流波形畸變、閃變等電能質(zhì)量問題，會降低風(fēng)電穿透功率極限。儲能裝置與先進的電力電子裝置相結(jié)合可以提高電能質(zhì)量。影響風(fēng)電穿透功率極限（WPP）水平的因素因系統(tǒng)而異，因此不同系統(tǒng)配備的儲能技術(shù)也不同。風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)后，若為了保證電能質(zhì)量而強行降低風(fēng)電場的并網(wǎng)容量，會降低風(fēng)電穿透功率。對此，主要靠短時功率的動態(tài)補償提高系統(tǒng)的電能質(zhì)量，這就要求儲能系統(tǒng)具備毫秒級功率動態(tài)調(diào)節(jié)能力。因此，儲能技術(shù)可以提高系統(tǒng)的WPP水平。此外，風(fēng)電場發(fā)生出力波動或故障時，其中的異步發(fā)電機加速失去穩(wěn)定，產(chǎn)生電壓崩潰，對風(fēng)電穿透功率極限的影響十分明顯。此時，借助儲能系統(tǒng)可為系統(tǒng)增加風(fēng)電穿透功率。

2.3提高供電充裕性

此外，風(fēng)電機組出力波動和負荷變化還會引起系統(tǒng)供電充裕性不足。這是由于大規(guī)模風(fēng)電的并網(wǎng)，使得系統(tǒng)中傳統(tǒng)發(fā)電機組的出力靜態(tài)特性發(fā)生變化，導(dǎo)致系統(tǒng)供電不足。此時，儲能技術(shù)可作為備用電源進行發(fā)電，平滑風(fēng)電出力曲線。當風(fēng)力發(fā)電比例較高時，系統(tǒng)對調(diào)頻及負荷跟蹤和事故備用有了更高的要求。這就要求儲能系統(tǒng)的充放電周期應(yīng)在分鐘級，同時，也提高了系統(tǒng)對基荷機組組合的要求。當風(fēng)電并網(wǎng)容量較大時，儲能系統(tǒng)的充放電周期可維持在小時至日級。針對風(fēng)電發(fā)力的隨機性和波動性給電網(wǎng)帶來的不適應(yīng)，儲能裝置的靈活響應(yīng)特性使得其在電力系統(tǒng)中可以當作一個具有不同時間尺度的電源，為解決大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)供電充裕性問題提供了思路。

三、結(jié)語

綜上所述，能源公司作為電力能源開發(fā)的重要機構(gòu)之一，為保證給人們創(chuàng)造更多的電力能源，需重視風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研發(fā)，應(yīng)不斷的引用先進的儲能技術(shù)來對開發(fā)的電能進行存儲，并將其應(yīng)用到適宜的場合，為人們提供可靠的電力能源。總之，儲能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用大大提高了電力資源的利用率，最大程度上滿足人們對電力資源的需求。提高了電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與適應(yīng)性，促進電力資源的優(yōu)化配置，降低了電力企業(yè)的投資成本及電能的應(yīng)用成本，不僅大大提高了電力企業(yè)的經(jīng)濟效益，且其社會效益與十分顯著。

參考文獻：

[1]李士武，張延續(xù).淺談儲能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].工程技術(shù)（文摘版），2016.

[2]董爽.儲能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016.

（作者單位：特變電工新疆新能源股份有限公司）