分析儲能技術在風力發電系統中的應用

王寶安 張楠 吳朝陽

摘要：隨著社會的進步，市場經濟水平不斷的發展，人們的生活質量有了顯著提高，我國對能源的需求也隨之不斷的增加。國際相關部門預測，我國在未來的二十年將成為世界上能源消耗的大國，因此我國現階段需要大力發展能源事業，其中風力發電將成為我國發電的主導技術，當前風力發電系統中儲能技術是比較重要的研究課題，儲能技術的應用能夠有效的防止風力發電的功率反復變化，輸出電壓較為平穩，保障電能質量和風力發電網絡的正常運轉。

關鍵詞：儲能技術；風力發電；應用

一、儲能技術的類型

1.1超導電力磁儲能技術

超導電力磁儲能技術是指利用超導體電感線圈對電網供電時產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使用。超導電力磁儲能技術有很多優點，如：超導電力磁儲能系統能量釋放的速度快，能量輸送的過程無需能量轉換，比容量及比功率較大，響應的速度快且效率較高；超導電力磁儲能技術在能量儲存的過程中損耗比較小，能量回饋的效率高；超導電力磁儲能技術可以較好的調節電壓、頻率及功率。目前超導電力磁儲能系統已廣泛應用于風力發電系統中。

1.2超級電容儲能技術

超級電容儲能系統是基于雙電層電容器而研制的儲能裝置，超級電容儲能技術能夠使脈沖功率增強，充電時間比較短，充電時電解質溶液里的異性離子被電荷吸附并附著在電極表面，產生雙電荷層，從而形成了雙電層電容。目前我國已經對超級電容儲能技術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產品。超級電容儲能技術多應用于電能質量功率峰值較高的在電力系統中，能夠有效的提高電力系統的供電能力。

1.3飛輪儲能技術

飛輪儲能技術是利用電動機的運動使飛輪旋轉產生動能，待有需要的時候，通過飛輪的動能使發電機發電，供用戶使用。超導和電磁懸浮技術、大功率變流技術等技術的出現使飛輪儲能技術發展迅速。飛輪儲能技術使能量轉化時損耗較少，轉化率可達到90%以上，另外噪聲小、可持續工作、無污染及維修簡便等特點也是飛輪儲能技術的優點所在。飛輪儲能系統在停止充電后，最長也可連續工作數十個小時。目前電力系統的電網調峰和頻率控制工作主要應用飛輪儲能技術，某些發達國家的風力發電系統已開始應用飛輪儲能技術。

1.4蓄電池儲能技術

蓄電池儲能系統一般由電池、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來進行放電及充電，目前蓄電池儲能系統廣泛的應用于太陽能發電和風力發電系統中，根據化學物質的不同，蓄電池儲能系統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

壓縮空氣儲能技術在電力系統的實際應用中比較廣泛，是利用氣輪機進行電網調峰的一種儲能技術，在電網負荷較低的時候，利用電能將空氣壓縮并密封存儲，當電網負荷較高的時候，將壓縮的空氣釋放出來推動汽輪機運動發電。

1.6氫燃料電池儲能技術

氫燃料電池儲能系統是將化學能轉換為電能的裝置，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用。

1.7抽水儲能技術

抽水儲能系統一般應用于電網調峰、集中式發電當中，由于地理條件的限制，大多數風電場無法應用抽水儲能系統。

二、儲能技術在風電并網過程中的應用

2.1提高系統穩定性

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

2.2增加風電穿透功率極限

風電出力的隨機性和波動性是大規模風電并網問題的根本原因，由此產生的電力系統的電壓波動、電壓電流波形畸變、閃變等電能質量問題，會降低風電穿透功率極限。儲能裝置與先進的電力電子裝置相結合可以提高電能質量。影響風電穿透功率極限（WPP）水平的因素因系統而異，因此不同系統配備的儲能技術也不同。風電大規模并網后，若為了保證電能質量而強行降低風電場的并網容量，會降低風電穿透功率。對此，主要靠短時功率的動態補償提高系統的電能質量，這就要求儲能系統具備毫秒級功率動態調節能力。因此，儲能技術可以提高系統的WPP水平。此外，風電場發生出力波動或故障時，其中的異步發電機加速失去穩定，產生電壓崩潰，對風電穿透功率極限的影響十分明顯。此時，借助儲能系統可為系統增加風電穿透功率。

2.3提高供電充裕性

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

三、結語

綜上所述，能源公司作為電力能源開發的重要機構之一，為保證給人們創造更多的電力能源，需重視風力發電系統的研發，應不斷的引用先進的儲能技術來對開發的電能進行存儲，并將其應用到適宜的場合，為人們提供可靠的電力能源。總之，儲能技術在風力發電系統中的應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。提高了電力系統運行的穩定性與適應性，促進電力資源的優化配置，降低了電力企業的投資成本及電能的應用成本，不僅大大提高了電力企業的經濟效益，且其社會效益與十分顯著。

參考文獻：

[1]李士武，張延續.淺談儲能技術在風力發電系統中的應用[J].工程技術（文摘版），2016.

[2]董爽.儲能技術在風力發電系統中的應用[J].山東工業技術，2016.

（作者單位：特變電工新疆新能源股份有限公司）