風力發電系統中儲能技術的應用分析

趙妮 馬曉燕 阿拉善職業技術學院

1 風力發電系統儲能技術概述

1.1 電磁儲能

電磁儲能的核心是利用磁場將風力產生的電力轉化為可供儲存的電力。目前，超導磁體儲能是一種被普遍使用的電磁儲能技術。超導磁體儲能技術無需進行能源的轉換，可以直接將風能產生的電力儲存起來，從而有效避免了電力的無謂浪費。此外，這種技術的操作流程也非常簡潔，使用起來并不復雜，速度極快，能夠提高電力儲存的效率。在需要儲存電力的情況下，這種方法能夠在短時間內產生相對較大的功率，從而能夠迅速且準確地滿足相關需求。

1.2 蓄電池儲能技術

簡言之，蓄電池儲能技術依賴于電池的氧化還原反應來實現充放電。由于這個系統使用的設備并不復雜，因此，這項技術被廣泛地運用于小型分布式發電。由于構成蓄電池的化學元素有一定的區別，因此，蓄電池儲能技術也會有所區別。根據相關研究人員的研究，將鉛酸電池運用于電力儲存的技術正逐步發展壯大。目前，鉛酸電池的容量可達 20MW。此類電池不僅擁有完善的技術，而且價格經濟，因此在電力儲存方面無須投入大量資金。然而，鉛酸電池的壽命相對較短，一般只能維持4a，而且若是沒有得到適當的處置，還會導致大氣環境的污染。目前，我們國家的無污染處理技術還有待提高，因此，這類型的電池的使用受到了限制。

鋰離子電池是一種常見的蓄電池類型，它的功率相對較高，但是它的性能會受到環境條件的顯著影響。鋰離子電池通常并不具備長久的使用壽命，因此，它們通常并不會被廣泛地用作風力發電的儲能工具。

1.3 機械儲能

我國大部分的風能儲存都是采用機械儲能技術。這種技術目前被廣泛應用于電力儲存領域。其主要工作原理是將風能轉化為機械能進行儲存。這種技術的實施流程相對簡單，操作過程中不會產生嚴重的安全問題。當我們需要利用儲存的電力，只需將儲存的機械能量轉化為電力即可。飛輪儲能則是通過電力的推動將電力轉化為動力，然后進行長期儲存。盡管這種技術可能會產生能量的互換，進而導致一些能源的浪費，這也是其顯著的缺點。近年來，我國的電磁技術和超導磁懸浮軸承技術取得了飛速的進步，并逐漸成熟，這些技術為飛輪儲能提供了強大的技術支持。

1.4 其他儲能形式

我國還擁有其他的儲能技術。在這些技術中，抽水蓄能設備已經在許多領域得到了應用，然而由于風能發電場的限制，它們并不能在風能儲能中使用。此外，還有氫燃料電池儲能技術，主要利用氫氣作為儲能的媒介。氫燃料電池的制造過程相當簡單，并且不需要大量的投入，也不會對環境造成污染。因此，它擁有極為廣闊的市場。根據我們國家的研究動向，科學家們正在努力降低這種電池的制造成本，如果能真正降低其制造成本，那么這種電池一定能被更廣泛地使用。

2 風力發電系統中儲能技術的具體應用

2.1 氫燃料儲能技術

電化學裝置類型的氫燃料儲能設備能夠持續將燃料和氧化劑中的化學能轉化為電能。這種設備的容量非常大，根據電解質的特性，燃料電儲能設備可以被分為三種類型，分別是質子交換膜燃料儲能設備、直接甲醇燃料儲能設備和堿性染料儲能設備。此外，燃料儲能設備也可以被分解為不同的部分，例如電解質、陰極和陽極，其運作原理都是一致的。

目前，固體氧化物燃料儲能裝置與質子交換膜燃料儲能裝置被廣泛應用于風能儲能的過程。這兩種裝置的核心操作流程如下：首先，氧氣與燃料氣體會經由雙擊板的氣體路徑進入陰陽極，然后從膜電極的擴散層進入催化層；其次，膜陽極催化劑的表面會出現氫氣的分解，生成電子、質子和水等元素。在這里，電子從外部電路經過負荷輸送到陰極，而其余的元素則經質子交換膜磺酸基輸送到陰極。第三個方面，在陰極催化劑的表面，氧原子與這三種元素發生交互，從而形成了水。

儲存氫能的技術能夠達到持續儲能的目標，常見的儲能手段包括三種，也就是金屬化、液態和壓縮。目前，我們主要依賴燃料儲能裝置、電解槽和氫儲存罐等組件進行氫儲能裝置的生產，然后將其應用到風能發電系統中。假如風力極其強勁，那么電解池就會圍著水分子執行電化學反應，從而生成氫氣并儲藏在氫儲罐里。當氫儲罐完全沒有容器的情況下，剩下的電力就會流向輸送負荷。一旦有電力需求，設備內的氧氣與氫氣就會發生交互，從而產生電力，來滿足輸送負荷對電力的需求。

2.2 混合儲能技術

目前，我國的大部分風能發電設備都采用了蓄電池這種儲能設備，但是這種設備的功率密度并不高，使用壽命也不長，維護和管理也相當復雜。此外，它還可能對自然環境造成一些影響，因此，我們應該更加重視回收工作。

超級電容器儲能設備無需進行維護和管理，其使用壽命較長，并且具有極高的功率密度和運行效率。因此，它可以采用兩種不同的結構形式，一種是有源結構；另一種是無源結構。通過將蓄電池儲能設備和超級電容器儲能設備相結合，我們可以創建出混合儲能設備。采用這種混合儲能設備的構造方式，不僅可以優化蓄電池儲能設備的充放電過程，延長其使用壽命，還能提升系統的技術性和經濟性，最終有效提高儲能轉換的運行效率和質量。

2.3 碳納米管超級電容器

四個關鍵組成部分構成了超級電容器儲能裝置，即電流采集設備、電解液、隔離物和極板。它們通過圍繞電解液進行極化處理，從而達到能量儲存的目的。就像蓄電池一樣，這個裝置在充電階段主要采用離子方式來保持電荷。通常，這個設備會使用活性炭纖維、金屬氧化物和碳納米管等各種元素來制造基本的電極。碳納米管儲能設備在這方面展現出極高的化學穩定性和導電特性，同時也擁有相對較強的機械特性和較大的長徑比，能夠執行超過10 萬次的充放電循環，具有極長的使用壽命，并且具有極高的可靠性，無需進行任何維護管理。

3 風力發電系統中儲能技術的應用前景

在進行電力供應的調整時，我們通常會選擇使用如抽水儲能和壓縮空氣儲能等技術手段。對于規模較小的儲能設備，電池儲能是最佳的選擇，然而，如果是電動汽車儲能或混合儲能設備，那么使用超級電容儲能就更為恰當了。此外，如果要進行電網的調頻或保證電力的品質，那么使用超導電磁儲能技術和飛輪儲能技術就更為恰當。

在使用風能發電設備時，我們通常會優先關注儲能技術的費用，因此，未來我們需要特別關注和研究如何提高能量轉換的效率和降低儲能技術的費用。隨著風能發電系統的不斷進步，許多儲能技術已經逐漸完善和改良，并且在該系統的使用范圍也日益廣泛。儲能技術的各個層次，例如其成熟度、使用費用和特性，都將影響其在風能發電系統的實施，同時，系統能夠存儲電力的根本原因是具備對電力品質的監督能力。為了確保風電場的電力傳輸能夠穩定無誤，我們需要依賴相關的科技手段。目前，能夠實現電壓穩定的科技主要有超導儲能、液流儲能和超級電容儲能等。當外部電網出現故障時，這些科技手段能夠迅速并準確地提供穩定的電壓，進而保證電網的正常運行。對于大規模的風能發電設備，通常會采用能夠實現峰值調節的儲能技術手段，包括鈉硫儲能電池和液流電池儲能技術等多種方法。

4 結語

目前風能發電系統普遍采用多樣化的儲能技術，如果能夠科學且合理地使用，不僅可以顯著增加能源的存儲量，還會極大地提高系統的運行效率。