儲能技術在解決大規模風電并網問題中的應用前景

王瑞平

摘要：風力是風電機組的原動力，風速是決定風力大小的最重要因素。眾所周知，波動性大和不確定性程度高是風速變化的固有特點，這些特點必然導致風電機組出力的大波動和高不確定性。在規模化風電機組集中接入的電力系統中，風電機組出力變化的這些特點會直接影響到所連電力系統的供電充裕性，同時對電力系統的常規調頻、負荷跟蹤，以及基荷電源等提出了新的要求。另一方面，由于風電機組不具有參與平抑電網擾動的能力，而且部分風電機組還難以“穿越”所連電網中發生的擾動，這些勢必會影響到整個電力系統的運行穩定性。因此，在具有大規模風電集中并網的電力系統中，除了對電網的運行特性提出一些特殊的要求外，也會對風電機組的動態特性提出不同的要求。

關鍵詞：儲能技術;風電并網;應用前景

一、儲能技術的概述

儲能在電力系統中有著廣泛應用，涵蓋發電、輸電、配電和終端用戶的所有方面。電網系統的儲能技術包括抽水蓄能、壓縮空氣、飛輪、化學電池、超級電容器等。除了比較成熟的抽水蓄能，其他儲能技術還處在工業化初期或研發階段。然而，各國政府已經體會到儲能行業的重要性，因此都在不遺余力地發展儲能技術。為了創造一個清潔的、可持續的未來，中國政府正在把政策中心轉移到清潔能源技術。2013年底，中國發電總裝機量達1250吉瓦，其中包含91.4吉瓦風電（占7.3%的比例）。除了火力發電和水力發電，風電也是中國第三大電力來源。而中國的光伏發電裝機量達18.1吉瓦，占全國的1.5%，超越美國成為全球最大的光伏市場。電網系統儲能技術的種類多樣，以中國為例，主要采用鋰電池、鉛酸電池和流體技術。2013年這三種方式分別占60%、20%和14%。儲能技術對電動汽車發展的重要性比較直觀。電動汽車的充電、巡航里程和安全問題都涉及電池。比如說，由于電池引發的安全事故減弱了消費者的信心，影響了電動汽車的發展。對于中國來說，電動汽車的發展除了石油替代，還可以解決城市汽車尾氣和噪聲污染。

二、儲能技術的分類

儲能技術根據其原理的不同可以分為電池儲能、抽水蓄壓儲能、超級電容儲能、機械儲能、超導儲能、壓縮空氣儲能等。首先是電池儲能，大功率場合一般采用磷酸鐵鋰蓄電池，主要用于應急電源、電瓶車、電廠富馀能量的儲存。小功率場合也可以采用可反復充電的干電池：如鋰離子電池等。其次是抽水蓄壓儲能，抽水蓄能主要用來與核電站配套。核電站的發電功率基本是固定的，難以像火電、水電站那樣調節發電功率。在建設核電站時，在電網中都要配套建設抽水蓄能電站，在晚上用電低谷時，將電能開動抽水機，將低處水庫中的水，抽到高處水庫中去，消耗電能;在白天用電高峰時，將高處水庫中的水，推動水輪發電機組發電，輸出電能。再次是超級電容儲能，電容器也是一種儲能原件，其儲存的電能與自身的電容和端電壓的平方成正比：E=C*U*U/2。電容儲能容易保持，不需要超導體。超級電容器的問世實現了電容量由微法級向法拉級的飛躍，徹底改變了人們對電容器的傳統印象。目前超級電容器已形成系列產品，實現電容量0.5-1000F，工們電壓12-400V，最大放電電流400-2000A。超級電容器作為大功率物理二次電源，在國民經濟各領域用途十分廣泛。在特定的條件下可以部分或全部替代蓄電池，應用在某些機電（電脈沖）設備上，可使其產生革命性進步。最后是機械飛輪，儲能飛輪儲能系統具有高比能量、高比功率、高效率、長壽命等優點，被認為是未來理想的儲能裝置。飛輪儲能電池系統包括三個核心部分：一個飛輪、電動機—發電機和電力電子變換裝置。從原理圖可看出，電力電子變換裝置從外部輸入電能驅動電動機旋轉，電動機帶動飛輪旋轉，飛輪儲存動能（機械能），當外部負載需要能量時，用飛輪帶動發電機旋轉，將動能轉化為電能，再通過電力電子變換裝置變成負載所需要的各種頻率、電壓等級的電能，以滿足不同的需求。

三、儲能技術在風電并網中的應用

3.1提供短時電力調節。風電不是很穩定，具有間歇性和波動性，會導致系統備用容量的增加，導致經濟效益低下。而儲能技術可以很好的解決這一問題。儲能裝置的輸出功率可以調節風力發電系統的功率。也就是說，當風力超出用電功率的時候，儲能裝置就吸收功率，當風力沒有達到用電功率的時候，儲能裝置就會輸出功率，在這期間，儲能裝置起到了一個調節器的作用。這種裝置可以滿足大規模的電力儲存，是電力系統的一個良好的儲存器，目前最能滿足這種需求且經濟效益最好的儲能技術是電化學蓄電池儲能。

3.2提高風電機組的利用效率。最大功率點跟蹤控制技術可以提高風電機組的運行效率，是它能夠最大限度的采集風能。加拿大研究人員探討了采用飛輪儲能、電池儲能和超導儲能系統增加風電穿透功率水平。中國研究人員發現，蓄電池儲能可以有效緩解棄風現象，提高風電機組的利用效率，它可以在電能通道擁擠的情況下儲存風電場發出的多余功率，然后在風力弱的時候再加以補給，進行能量的替換，緩解風電過多浪費，風電太少不夠用的情況，這種功能很適合我國新疆地區的風力發電情況，并且可以適當解決所存在的問題。

3.3提升風電機組的低壓穿越性。在提升風電機組的低壓穿越性上，儲能技術可以發揮很好的作用，增加硬件電路的一種途徑是將超級電容儲能裝置一雙電荷層電容器安裝在風電組的直流母線上，當直流鏈電壓過高時，吸收直流母線的功率，過低時釋放功率，以此維持穩定，避免網測故障時，直流母線兩側的不平衡功率，對電容過度充電而造成的危害，可以有效的解決風電機組低壓穿越時不平衡功率的消納問題，起到一個調節的作用，讓電容不會損壞的同時還可以保證供電量，延長了電容的壽命，促進了企業效益的提升。

3.4提高風電機組的電能質量。由于風電是清潔可再生的能源，所以它在全網發電中所占比例越來越大，那么它所輸出的功率就成了引起電壓波動和閃變的根本原因。而靜止無功補償器對于這一問題的解決還有所欠缺，其中經濟效益就是一大問題。通過研究超導儲能裝置，穩定風機輸出的效果，證明超導儲能裝置更適合解決這一問題，首先它響應的時間短，能夠快速補償系統中的不平衡功率，有效平衡風電廠的功率輸出，而且還從一定程度上節省里經濟開支，有一定的經濟效益，充分的發揮了在這一問題上的優勢。

四、結論

風力這種清潔又可再生的能源越來越受人們的歡迎，尤其在中國的西北地區、新疆和內蒙古，風力資源都很豐富，正好適用于發電，比起傳統的能源發電，風能發電更環保而且有很好的可再生性。儲蓄技術在風電并網中發揮了很大的優勢，它發揮著蓄電池的功能，在中間調節控制，既可以保證用電量，又能使電能不會過多的浪費，解決了長久以來困惑人們的難題，而且這種儲蓄技術在大規模的風電并網中還有著很大的發展前景，還會繼續發揮它的強大功能。

參考文獻：

[1]袁小明，程時杰，文勁宇.儲能技術在解決大規模風電并網問題中的應用前景分析[J].電力系統自動化，2013（1）：14-18.

[2]王文亮，秦明，劉衛.大規模儲能技術在風力發電中的應用研究[C].中國科學技術協會年會，2010.