儲能技術在風力發電系統中的應用探究

高夫峰　邱學芮

【摘 要】電池儲能技術在風力發電系統中具有重要作用，能夠平衡風功率波動，促進電網對風電的消納。基于此，本文提出了分布儲能技術、抽水蓄能、蓄能電池技術、超能儲能系統四種技術，促進風力發電系統中儲能技術的進步。

【關鍵詞】儲能技術；風力發電系統；技術應用

引言：隨著社會的進步，市場經濟水平的發展，人們的生活質量顯著提高，對能源的需求隨之增加，其中風力發電作為主導技術，需要對其進行研究，防止風力發電的功率反復變化，保障電能質量和風力發電網絡正常運行。

一、儲能技術在風力發電系統中的重要性

首先，風力發電能和電池儲蓄能可以進行完美的結合，形成穩定的能量來源。蓄電池放電平穩，成本低廉，沒有安全隱患，并且制作蓄電池的原料儲存豐富，可以回收再利用。其次，大型能量型儲能設備可以用于全球互聯網調峰填谷。例如抽水蓄能、壓縮空氣等具有可長時間儲能功能的設施，可以用在大電網峰，延緩系統對容量的需求，減輕調風機組的運行壓力。再次，電力系統頻率的變動應該保持在一定范圍內，所以需要調整發電機組的有功出力。儲能技術可以對傳統的電網進行調頻，并且能夠將能量長時間保存的同時保證零耗損。最后，儲能技術為風力發電系統提供了負荷跟蹤的方法。在風力發電系統中的電力電子接口位置，接入蓄電池儲能、飛輪儲能等系統，可以跟蹤接口處的負荷變化，從而把控風力系統的應用[1]。

二、儲能技術在風力發電系統中的應用

（一）分布式儲能技術

分布式發電是發電單元和儲能單元的組合，其中光伏、風電和燃料電池都屬于分布式電源，具有接近終端用戶、容量小的特點。儲能技術在分布式系統中有以下應用：第一，儲能技術能夠增強系統并網的可靠性。分布式電源發出的電能有隨機性和不確定性，儲能技術能夠幫助分布式發電裝置在波動較快的情況下，保持穩定的輸出水平。第二，在孤立運行的分布式發電裝置單元進行切換或退出時起到過渡作用。太陽能和電力發電的輸出具有間接性的特點，合理運用儲能技術，根據負荷的變化控制儲能的使用量，從而達到過渡效果。第三，抑制分布式發電裝置輸出功率，改善系統供電質量。風能會受到天氣以及其他自然因素的影響，導致輸出電能具有隨機性，儲能技術的使用可以平移脈沖功率波動，當風速下降，風力不能滿足發電的需求時，利用儲能設備向直流側傳輸功率，通過變流器向電網系統輸送電能；當風速上升時，可以將多余的電能傳送到直流側，由儲能裝備系統吸收，使分布式發電裝置按照預先制定的規劃進行發電，提高并網運行的調度靈活性。

（二）抽水蓄能

在風電場中，抽水蓄能電站主要利用風能進行發電，不經過蓄電池，直接帶動抽水機實行不定時抽水蓄能，利用儲存的水勢進行穩定的發電供電。首先，抽水蓄能電站是一種特殊形式的水電站，既是電源點，又是負荷。抽水蓄能是一種技術較為成熟的蓄能方式，是解決電網調峰填谷的最佳手段。可以適應電力系統的負荷變化，從而改善火電、核電機組運行條件，彌補風力發電的不均勻性，為風電的發展創造條件。其次，在大力發展風電的同時，建設抽水蓄能電站，實現風蓄聯合開發，可以優化能源配置。利用抽水蓄能電站的多種功能和靈活性彌補風力發電的隨機性和不均勻性，能夠打破電網規模對于風電容量的限制，為電網提供更多的調峰填谷容量和緊急事故備用手段，從而改善運行條件。最后，抽水蓄能具有快速啟停的特性，能夠在保障系統安全、提高供電質量的同時，有效的降低系統旋轉備用容量和吸收低谷負荷，從而減少系統能耗，提高系統運行水平，并且具有環保性能[2]。

（三）蓄電池儲能技術

蓄電池儲能技術的原理是依靠化學反應中的氧化還原反應，從而實現放電與充電。蓄電池的儲能技術較為復雜，由多個部分共同組成，且不同種類的蓄電池所使用的物質具有差異性，主要有以下幾種：第一，鉛酸電池。其發展歷史較長，且技術成熟，市場上以密封型產品為主，具有價格便宜、可靠性高等優點，所以在電力系統中，鉛酸電池的用途廣泛。第二，鋰離子電池。鋰離子電池具有功率高、對環境影響小等特點，但是容易受手工藝和環境溫度等影響，導致系統的使用壽命短，需要對其進行定期的維護，限制了鋰離子電池在電力系統中的應用。第三，鈉硫電池。鈉硫電池是目前儲能電池中最高效和最具開發潛力的電池。在風力發電系統中，鈉硫電池的主要任務是穩定輸出功率。第四，全釩電池。全釩電池屬于液流電池，其工作原理是離子經過一系列的化學反應，從而實現充電和放電的功能。液流電池的儲能容量與電解液的容量、密度具有關，如果需要增大儲存能量，可以采用增大電解溶液容積和濃度的方式，主要用于在風電場進行調頻和調峰。

（四）超導儲能系統

超導儲能系統是利用超導線圈將電磁能直接儲存起來，在需要時將電磁能返回電網或其他負載的一種電力設施。具有反應速度快、轉換率高等優點，可以用于降低電網的低頻功率振蕩，調節無功功率和有功功率，從而改善供電系統的供電品質，保證電網的動態穩定性。在電力系統中具有以下作用：第一，消除電力系統中的低頻振蕩，用于穩定系統的頻率和電壓。第二，調節無功功率控制和功率因數，以提高輸電系統的穩定性和功率傳輸能力。第三，可用作太陽能和風力田的儲能。風力發電將產生脈動的功率輸出，會為配電網帶來很多問題，而超導儲能裝置可使風力發電系統的輸出平滑，并且滿足配電網的要求，從而為系統提供備用功率和控制頻率。第四，超導儲能系統可以用于減少配電系統的波動和平衡尖峰負載、控制初次功率，從而提高瞬態穩定性。

結語：綜上所述，風力發電技術的經濟效益、技術成熟度在各種可再生能源發電技術中具有明顯優勢。其中儲能技術對風力發電系統的穩定性、可靠性具有重要作用，由于風力發電系統會受風速、外部自然條件等因素的影響，所以需要選擇合適的儲能方案。

參考文獻：

[1]吳邦鳴.探析儲能技術在風力發電系統中的運用[J].科技創新與應用，2018（31）：162-163.

[2]胡其圖.儲能技術在風力發電中的應用[J].科技創新導報，2018，15（22）：15+17.

（作者單位：華能云南富源風電有限責任公司）