微電網(wǎng)儲能技術在風電上的發(fā)展現(xiàn)狀與前景

馮森 曹鈺鑫

摘 要：儲能技術可以有效補償和改善分布式風力發(fā)電的隨機性、間歇性和波動性，從而保證微電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運行。本文以微電網(wǎng)風力發(fā)電系統(tǒng)為例，對現(xiàn)階段各儲能技術的作用、分類和優(yōu)化配置進行討論，從不同維度對各儲能技術的性能指標進行比較，并根據(jù)微電網(wǎng)的特點和要求，指出儲能技術未來的研究方向和發(fā)展前景。

關鍵詞：微電網(wǎng);儲能技術;風力發(fā)電

中圖分類號：TM732;TM614文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2020）04-0121-02

Abstract： Energy storage technology can compensate and improve the randomness， intermittent and fluctuation of distributed wind power generation， so as to ensure the stability of the microgrid system. Taking the microgrid wind power generation system as an example， this paper discussed the role， classification and optimal configuration of various energy storage technologies at present， compared the performance indicators of each energy storage technology from different dimensions， and pointed out the future research direction and development prospect of energy storage technology according to the characteristics and requirements of microgrid.

Keywords： microgrid;energy storage technology;wind power

隨著世界范圍內(nèi)對電力的需求不斷增長，用戶對電能要求也越來越多樣化和復雜化。微電網(wǎng)依靠風能等可再生能源分布式發(fā)電的靈活性和可控性，對化解大型集中電網(wǎng)的弊端和充分挖掘經(jīng)濟效益有積極作用。儲能裝置是微電網(wǎng)的重要組成部分，通過與分布式發(fā)電機組的互補作用，保證其在較大功率范圍內(nèi)工作，平抑間歇性輸出引起的功率波動，在并網(wǎng)和孤島模式下都能保證微電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。

1 儲能技術在微電網(wǎng)中發(fā)揮的作用

1.1 提供短時供電

在并網(wǎng)與孤島兩種模式轉(zhuǎn)換時出現(xiàn)的功率缺額，或者由于外界環(huán)境的不穩(wěn)定引起可再生能源輸出電能的變化，儲能設備可以為電網(wǎng)中的用戶提供備用供電，維持微電網(wǎng)系統(tǒng)的功率平衡，保證微電網(wǎng)不間斷運行。

1.2 參與電力調(diào)峰

分布式風機的能量隨風速的變化而變化，儲能系統(tǒng)在負荷低谷時，對多余的能量進行儲存;在負荷高峰時，將儲存的能量釋放回饋給微電網(wǎng)，削峰填谷，優(yōu)化微電網(wǎng)經(jīng)濟運行和能量管理，提高能量利用率和電力系統(tǒng)靈活性。

1.3 改善電能質(zhì)量

風能的間歇性和波動性均較強，為平抑輸出功率波動引起的電流諧波畸變、電壓閃變[1]等現(xiàn)象，需要對微電網(wǎng)并網(wǎng)逆變器進行控制，向電網(wǎng)和負荷提供功率支撐，從而使風電達到并網(wǎng)的要求。

2 微電網(wǎng)中常用的儲能技術

儲能裝置的性能關系到其能否在微電網(wǎng)中發(fā)揮應有的作用。理想的儲能裝置通常具有以下特點：能量密度大，小體積存儲大能量;功率密度大，補償系統(tǒng)功率波動;儲能效率高，能量交換及時;環(huán)境適應性強，不受外界干擾。

根據(jù)能量存儲的形式，可將儲能技術分為機械儲能、電磁儲能和化學儲能。根據(jù)功能還可將儲能技術分為能量型儲能和功率型儲能。能量型儲能主要以蓄電池儲能和壓縮空氣儲能為代表，適用于大容量能量存儲;功率型儲能主要以超級電容儲能和超導儲能為代表[2]，具有較高的功率密度和較快的響應速度。以下是目前應用于風電微電網(wǎng)的主要儲能技術。

第一，蓄電池儲能。蓄電池儲能發(fā)展起步早，制造技術成熟。將高能量密度的蓄電池儲能與風電結(jié)合，可以滿足高峰負荷時的電能需求，也可協(xié)助功率補償裝置，提高風電可調(diào)度性。

第二，超級電容儲能。超級電容器在保持傳統(tǒng)電容釋放能量快的基礎上，還具有更高的介電常數(shù)，更大的耐壓能力和存儲容量[3]。在高山氣象臺、邊防哨所等偏遠地區(qū)建設風電微電網(wǎng)時，超級電容成為理想的儲能裝置。

第三，超導儲能。超導儲能利用超導線圈儲存電網(wǎng)供電勵磁產(chǎn)生的能量，在需要時將磁能轉(zhuǎn)換為電能輸送回電網(wǎng)或直接向負荷供電。超導體線圈能量密度和利用效率高，能量動態(tài)響應快，可以有效控制風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速偏差[4]，增強風機系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。

第四，飛輪儲能。風速隨機性強，飛輪響應速度快，能及時跟蹤電氣量的波動。當風機輸出功率大于負荷功率時，飛輪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)加速，將電能轉(zhuǎn)化為機械能進行存儲;反之，飛輪拖動發(fā)電機釋放能量，從而平滑輸出。

3 各種儲能方式比較

現(xiàn)階段，各種儲能裝置都不能兼顧功率密度、能量密度、使用壽命、技術成熟、環(huán)保及經(jīng)濟成本等方面的要求。表1對各種儲能方式的性能指標進行了比較，蓄電池儲能憑借成熟的制造技術和經(jīng)濟成本優(yōu)勢應用廣泛。雖然其他儲能方式的相關理論研究已有很多，但距離商業(yè)化推廣還有一定距離。

4 儲能技術發(fā)展研究前景

4.1 加快儲能技術性能優(yōu)化

對于已通過商業(yè)評估、技術成熟的儲能技術，進一步提升性能、降低成本，推進儲能技術向模塊化、標準化和集成化發(fā)展。對于應用前景廣闊但技術掌握尚未國有化的儲能技術，應加大研發(fā)力度，突破瓶頸，使其盡快達到示范驗證水平[5]。

4.2 發(fā)展混合儲能系統(tǒng)

單一儲能方式或多或少存在局限性，還沒有一種儲能裝置能完全達到電力系統(tǒng)對儲能設備各個方面的要求。微電網(wǎng)在并網(wǎng)運行時，分布式風電的間歇波動性和負荷的峰谷電能差異通常并存，單一儲能方式難以協(xié)調(diào)應對。因此，可以結(jié)合各個儲能技術的特性發(fā)展混合儲能系統(tǒng)。

4.3 優(yōu)化儲能系統(tǒng)的規(guī)劃與配置

儲能裝置容量的配置將對系統(tǒng)電能質(zhì)量、經(jīng)濟可行性和環(huán)境影響等方面產(chǎn)生重要影響。基于分布式風電場地址選擇、負荷動態(tài)需求、設備壽命的經(jīng)濟性等方面的優(yōu)化，儲能裝置能兼容多場景、有統(tǒng)一的對外標準、配置靈活可靠、易于維護等，從而實現(xiàn)儲能的價值疊加。

5 結(jié)語

儲能技術的蓬勃發(fā)展得益于先進的電力電子技術、材料技術和控制理論的不斷完善。本文對微電網(wǎng)儲能技術的作用、分類和性能進行探討，并提出儲能技術未來的研究發(fā)展方向。大規(guī)模風電并網(wǎng)推動儲能技術不斷發(fā)展，如何針對微電網(wǎng)的特性，制定出滿足電網(wǎng)運行可靠性要求和用戶個性化需求的儲能方案，成為未來微電網(wǎng)研究的新課題。

參考文獻：

[1]梁靜，劉納，李愛魁，等.適用于抑制電壓閃變的儲能技術比較[J].電源技術，2017（8）：1239-1241.

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[3]杜平，萬玉良，吳堅，等.儲能型風電場作為電網(wǎng)黑啟動電源的關鍵技術問題[J].河南科技，2017（21）：127-128.

[4]劉越.探析儲能技術在風力發(fā)電系統(tǒng)中的運用[J].電子測試，2019（4）：91-92.

[5]陳海生，凌浩恕，徐玉杰.能源革命中的物理儲能技術[J].中國科學院院刊，2019（4）：450-459.