儲能技術(shù)在解決大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)問題中的應(yīng)用前景

王寶安 郭正洋

摘要：在全球經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的潮流下，地球的能源短缺問題日益突出，化石能源的可用儲存量日益減少，再加上氣候環(huán)境惡化問題日益加劇，開發(fā)和利用可再生能源已經(jīng)成為了世界各國的必選之路。風(fēng)力發(fā)電作為可再生能源，是可再生能源發(fā)電領(lǐng)域現(xiàn)階段技術(shù)最為成熟的發(fā)電技術(shù)，而且無污染、投資周期很短，是近年來發(fā)展最為迅猛的可再生能源發(fā)電技術(shù)。

關(guān)鍵詞：儲能技術(shù);風(fēng)電并網(wǎng);應(yīng)用前景

1儲能技術(shù)的概述

儲能在電力系統(tǒng)中有著廣泛應(yīng)用，涵蓋發(fā)電、輸電、配電和終端用戶的所有方面。電網(wǎng)系統(tǒng)的儲能技術(shù)包括抽水蓄能、壓縮空氣、飛輪、化學(xué)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(shù)還處在工業(yè)化初期或研發(fā)階段。然而，各國政府已經(jīng)體會到儲能行業(yè)的重要性，因此都在不遺余力地發(fā)展儲能技術(shù)。為了創(chuàng)造一個清潔的、可持續(xù)的未來，中國政府正在把政策中心轉(zhuǎn)移到清潔能源技術(shù)。2013年底，中國發(fā)電總裝機(jī)量達(dá)1250吉瓦，其中包含91.4吉瓦風(fēng)電（占7.3%的比例）。除了火力發(fā)電和水力發(fā)電，風(fēng)電也是中國第三大電力來源。而中國的光伏發(fā)電裝機(jī)量達(dá)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。

2儲能技術(shù)的分類

儲能技術(shù)根據(jù)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(jī)械儲能、超導(dǎo)儲能、壓縮空氣儲能等。首先是電池儲能，目前市場上的主流方案為磷酸鐵鋰電池，主要用于風(fēng)儲、光儲、風(fēng)光儲、風(fēng)光（水）火儲等場景。小功率場合也可以采用可反復(fù)充電的鉛酸電池、干電池：如鎳氫電池，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(fā)電功率基本是固定的，難以像火電、水電站那樣調(diào)節(jié)發(fā)電功率。在建設(shè)核電站時，在電網(wǎng)中都要配套建設(shè)抽水蓄能電站，在晚上用電低谷時，將電能開動抽水機(jī)，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(fā)電機(jī)組發(fā)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(dǎo)體。超級電容器的問世實現(xiàn)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(tǒng)印象。目前超級電容器已形成系列產(chǎn)品，實現(xiàn)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(jīng)濟(jì)各領(lǐng)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(yīng)用在某些機(jī)電（電脈沖）設(shè)備上，可使其產(chǎn)生革命性進(jìn)步。最后是機(jī)械飛輪，儲能飛輪儲能系統(tǒng)具有高比能量、高比功率、高效率、長壽命等優(yōu)點，被認(rèn)為是未來理想的儲能裝置。飛輪儲能電池系統(tǒng)包括三個核心部分：一個飛輪、電動機(jī)—發(fā)電機(jī)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(qū)動電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，電動機(jī)帶動飛輪旋轉(zhuǎn)，飛輪儲存動能（機(jī)械能），當(dāng)外部負(fù)載需要能量時，用飛輪帶動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，將動能轉(zhuǎn)化為電能，再通過電力電子變換裝置變成負(fù)載所需要的各種頻率、電壓等級的電能，以滿足不同的需求。

3儲能技術(shù)在風(fēng)電并網(wǎng)中的應(yīng)用

3.1提供短時電力調(diào)節(jié)。

風(fēng)電不是很穩(wěn)定，具有間歇性和波動性，會導(dǎo)致系統(tǒng)備用容量的增加，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益低下。而儲能技術(shù)可以很好的解決這一問題。儲能裝置的輸出功率可以調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的功率。也就是說，當(dāng)風(fēng)力超出用電功率的時候，儲能裝置就吸收功率，當(dāng)風(fēng)力沒有達(dá)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(diào)節(jié)器的作用。這種裝置可以滿足大規(guī)模的電力儲存，是電力系統(tǒng)的一個良好的儲存器，目前最能滿足這種需求且經(jīng)濟(jì)效益最好的儲能技術(shù)是磷酸鐵鋰蓄電池系統(tǒng)或蓄水儲能系統(tǒng)。

3.2提高風(fēng)電機(jī)組的利用效率。

最大功率點跟蹤控制技術(shù)可以提高風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行效率，是它能夠最大限度的采集風(fēng)能。加拿大研究人員探討了采用飛輪儲能、電池儲能和超導(dǎo)儲能系統(tǒng)增加風(fēng)電穿透功率水平。中國研究人員發(fā)現(xiàn)，蓄電池儲能可以有效緩解棄風(fēng)現(xiàn)象，提高風(fēng)電機(jī)組的利用效率，它可以在電能通道擁擠的情況下儲存風(fēng)電場發(fā)出的多余功率，然后在風(fēng)力弱的時候再加以補(bǔ)給，進(jìn)行能量的替換，緩解風(fēng)電過多浪費(fèi)，風(fēng)電太少不夠用的情況，這種功能很適合我國新疆地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電情況，并且可以適當(dāng)解決所存在的問題。

3.3提升風(fēng)電機(jī)組的低壓穿越性。

在提升風(fēng)電機(jī)組的低壓穿越性上，儲能技術(shù)可以發(fā)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(fēng)電組的直流母線上，當(dāng)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(wěn)定，避免網(wǎng)測故障時，直流母線兩側(cè)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(fēng)電機(jī)組低壓穿越時不平衡功率的消納問題，起到一個調(diào)節(jié)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(jìn)了企業(yè)效益的提升。

3.4提高風(fēng)電機(jī)組的電能質(zhì)量。

由于風(fēng)電是清潔可再生的能源，所以它在全網(wǎng)發(fā)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(bǔ)償器對于這一問題的解決還有所欠缺，其中經(jīng)濟(jì)效益就是一大問題。通過研究超導(dǎo)儲能裝置，穩(wěn)定風(fēng)機(jī)輸出的效果，證明超導(dǎo)儲能裝置更適合解決這一問題，首先它響應(yīng)的時間短，能夠快速補(bǔ)償系統(tǒng)中的不平衡功率，有效平衡風(fēng)電廠的功率輸出，而且還從一定程度上節(jié)省里經(jīng)濟(jì)開支，有一定的經(jīng)濟(jì)效益，充分的發(fā)揮了在這一問題上的優(yōu)勢。

4結(jié)論

風(fēng)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(qū)、新疆和內(nèi)蒙古，風(fēng)力資源都很豐富，正好適用于發(fā)電，比起傳統(tǒng)的能源發(fā)電，風(fēng)能發(fā)電更環(huán)保而且有很好的可再生性。儲蓄技術(shù)在風(fēng)電并網(wǎng)中發(fā)揮了很大的優(yōu)勢，它發(fā)揮著蓄電池的功能，在中間調(diào)節(jié)控制，既可以保證用電量，又能使電能不會過多的浪費(fèi)，解決了長久以來困惑人們的難題，而且這種儲蓄技術(shù)在大規(guī)模的風(fēng)電并網(wǎng)中還有著很大的發(fā)展前景，還會繼續(xù)發(fā)揮它的強(qiáng)大功能。

參考文獻(xiàn)

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