關于風電并網中儲能技術的研究進展

錢一禎

摘 要：在風力發電的電能并網工程中，儲能技術一直都是解決技術瓶頸的首選，是提高風力發電融入電網的重要途徑。該文通過分析當前風力發電電能并網過程中存在的問題以及問題存在的主要原因，簡要概括當前各種儲能技術概要并指出其在風電并網工程中的作用概況；再著重分析儲能技術在解決風電并網過程中各種問題的研究進展，并對其做出簡要歸納；在研究基礎上提出風電并網中的儲能技術應用建議，將為風電并網中儲能技術的研究發展提供進一步的借鑒作用。

關鍵詞：風電并網 儲能技術 控制

中圖分類號：TM61 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）11（b）-0055-02

在全球經濟持續發展的潮流下，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，再加上氣候環境惡化問題日益加劇，開發和利用可再生能源已經成為了世界各國的必選之路。風力發電作為可再生能源，是可再生能源發電領域現階段技術最為成熟的發電技術，而且無污染、投資周期很短，是近年來發展最為迅猛的可再生能源發電技術。

1 風電并網工程面臨的問題

由于風電在電力輸出的過程中，波動性和不確定性較大，而且我國風電大規模建設、高度開發，風電基地集中，電廠之間的關聯性強，因此，風電輸出波動會對整個電力系統產生影響。此外，由于風電機組的電力輸出并網采用電力電子接口，其余常規發電機的差別較大；而風電機組與電網之間現有的控制力較弱，電網穩定控制系統難以應對風電機組的不穩定性，這就給整個電力系統的安全運行帶來隱患[1]。

綜上可以看出，風電并網工程面臨的首要問題，就是風電的不可控性以及電力電子接口動態響應系統與現有發電機的差異。

2 儲能技術分析

儲能技術現有4種類型，分別是化學儲能、物理儲能、電磁儲能以及相變儲能等。物理儲能主要有抽水、壓縮空氣和飛輪等儲能方式；電磁儲能包括超導磁儲能和超級電容儲能；化學儲能主要是鉛酸電池儲能、鋰離子電池儲能和鈉硫電池儲能；相變儲能有冰蓄冷儲能以及相變建筑材料儲能等。

其中，相變儲能不以電能形式來進行儲存電量的釋放，其運行功率與能量等級涉及面較廣，不予討論[2]。不過，隨著電網智能化的推進，在需求側管理方面，相變儲能將發揮更大作用。

不同儲能方式有各自的能量/功率等級、相應速度以及經濟效益方面的特點，可在電力系統削峰填谷和穩定控制、優化電能質量等狀況下，發揮各自的優勢。

3 風電并網中的儲能技術應用

3.1 提高風電低壓穿透力

LVRT問題是風電發展過程中最為常見的難題，時刻影響著整個系統的穩定性。要提高系統LVRT能力，需要從兩個方面入手。首先，要不斷改進系統的控制策略；其次是增加硬件設備投入來實現LVRT的提高。兩種方式各有利弊，后者投入更大，是當前主要方法。通常，電力系統會通過配置ESS來提高LVRT能力。由于電網的故障暫態短，因此，儲能系統需要具備快速反應能力，同時能夠在電網故障的情況下有效掛網運行。

3.2 降低風電的功率波動

風電輸出功率波動和風電的難以控制，是風電入網穩定性差、風力發電電能質量不高以及電能調度的經濟效益不高的重要原因。而在風電系統中適當配置ESS，并制定出科學合理的控制制度措施，可以有效平抑風電的功率波動問題，減少風速隨機變更對電力輸出產生的消極影響。抑制風電功率異常波動均采用若干單位組合的儲能單元來構成ESS，通過優化儲能單元的控制措施，實現最小化的儲能容量與最大化的使用壽命周期，都是風電并網中儲能技術應用研究過程中值得關注的問題。

3.3 控制風電系統的頻率

由于風電電能輸出過程中具有較大的隨機性以及電量爬坡特性，常規的電力系統控制措施難以對其做出精準預測和有效控制，而且風電電網的頻率變化相應更加難以捉摸，這就無限加大了電網調頻的難度。而ESS擁有快速功率反應能力，而且能在正反雙向調節功率。

3.4 提高電力系統融入風電之后的整體穩定性

傳統電力系統在受到一定擾動后能較快恢復原狀，而一旦電網含有風電，由于風電機組與同步發電機不同，其瞬間功率的平衡性較差，造成穩定性較為特殊。而ESS具有的快速功率反應能力，為提高電力系統融入風電之后的整體穩定性提供了科學途徑。利用SMES來優化含風電的電力系統穩定性，設計出SEMS控制器，運用槳距角控制和制動電阻等方式對比研究可以發現，ESS的控制效果較為出色。

3.5 優化風電的調度配置

利用ESS增強風電輸出的可調度性，重點對其控制措施、配置容量以及運行經濟效益等方面的研究可以看出，采用蓄電池控制法，可使風電基地能夠在短期內具有良好的功率可調控性能。不過該方法充放電頻繁，不利于蓄電池的使用壽命保護。而風電與柴油機聯合的系統也面臨著儲能容量的問題亟待解決。但ESS的應用則是供電成本最低的，而且能有效提高電網的可靠性。

4 風電并網中的儲能技術應用建議

4.1 注重儲能體系以及數學建模的發展

由于儲能方式多樣，特性差別突出，如何依據實際需要來構置ESS是首要問題。在風電大規模并網的應用工程中，單一的儲能技術無法全面滿足需求，唯有將快速反應特性的ESS和大容量儲能ESS聯合使用，構造復合系統，才能最大限度發揮其控制性能。針對不同的應用需求和控制目標，ESS的模型要求也有差異，而數學模型的建立，是研究問題的前提。隨著多元化符合儲能模式的研究開發，建立大型復雜模型將是不得不面對的重大問題。

4.2 加大儲能系統控制的研究

合理的控制方案是ESS發揮功效的前提，還對儲能容量和運行效益產生影響，因此，對于儲能系統的控制是儲能技術研究的重點。隨著研究的不斷深入，ESS的功能不斷豐富，對其控制策略也會變得復雜化[3]。而多元化復合儲能系統控制涉及的聯合協調控制問題，讓整個系統的控制方案變得更為重要。因此，在未來風電并網中儲能技術的研究過程中，控制策略是不可規避的著重點。

4.3 儲能狀況對含風電電力系統運行的影響研究

當前，風電并網中儲能技術研究尚處于初級階段，研究重點在于原理和功能等方面，對于實際應用尚未廣泛觸及，因此，對儲能容量和位置等信息的關注度并不高。然而，由于高成本的建設、運行和維護投入，隨著對ESS研究的不斷深入，在滿足預期目標的基礎上，建立恰當的儲能位置和最小化的容量是研究的重點。

4.4 儲能技術對電力系統經濟層面的影響研究

ESS在含風電系統中的應用，使系統的靈活性大大加強，而電功率波動等負面影響也逐步降低。ESS采用機組組合與旋轉備用等運行方式，使得系統的經濟模式變得尤為復雜，而ESS在電力系統中的運用也受經濟性問題的影響，是其能否規模化的決定性因素。

5 結語

該文通過對風電發展過程中面臨的若干問題進行簡要分析，提出問題的根源，并對解決問題的儲能技術的發展應用進行了簡要闡述，提出進一步深入發展風電并網中儲能技術的研究舉措，以期讓更優化的儲能技術能夠大規模應用到風力發電輸送系統中，讓整個電網中的風電含量與日俱增，不斷優化我國的能源結構。

參考文獻

[1] 賀志成.風電并網中儲能技術及應用的研究進展述評[J].通訊世界，2015（12）：151.

[2] 趙龍，汪寧渤，何世恩，等.儲能技術在風電并網中的應用研究進展[J].電子測試，2015（17）：131-132.

[3] 賀強.風電并網中的儲能技術分析[J].科學家，2016（5）：216-217.