儲能技術在風力發電系統中的應用探究

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引言

隨著社會經濟的不斷發展，越來越多的人們開始重視環境保護，全球氣溫變暖、溫室效應等等都影響著人們的日常生活。為了改善當前環境，相關職能部門對于新能源的研究也在不斷加大力度。近幾年來，我國提出了新能源振興計劃，就風力發電而言，其對環境造成的污染較小，可再生性強，得到了人們的廣泛認可。從一定意義上來講，風力發電涉及到了方方面面的相關技術，充分運用儲能技術，將風能進行管理，從而不斷提高風力發電的效率和質量。根據相關的實際調查我們可以看出，當前我國的風力發電技術已經運用于一些領域中，并且正朝著風電場輸出功率的方向進一步發展，預計兩年之后風力發電將作為我國最為重要的發電技術[1]。

一、儲能技術的分類和特性

（一）飛輪儲能系統

飛輪儲能技術基本原理是裝置中圓盤在電能驅動帶動下發生旋轉，在此過程中電動機電能轉化成圓盤旋轉的動能，這些動能被儲存在加速質量塊內，在需要時，發電機就會在飛輪驅動下進行發電。飛輪儲能技術儲存時間通常以“小時”為單位，存儲容量相對一般，但此類儲能裝置具有較強動態性，能夠在短時間內釋放出極大能量，因此常常用于快速調節電力系統頻率。飛輪儲能技術的出現，有效彌補了短時與長時儲能系統的不足，因此該儲能技術可用于補償風力發電系統中發電功率短期變化現象。

（二）超導儲能系統

在實際工作過程中，超導儲能系統相比飛輪儲能系統具有一定的差異性。它是將電能轉變為磁場能量進行有效的存儲，當相關人員要進行使用時則再次轉變為電能。超導儲能技術作為一種新型技術，能夠對電能進行長時間的有效存儲，并且在轉化過程中將能量損耗降低到最低，從而提高了能量使用效率。在將磁場能量進行電能的輸出時，其轉化效率及速度極快。從一定意義上來講，超導儲能系統的能量轉化效率大約在95%左右。超導儲能系統的主要應用優勢在于具有良好的動態性，能夠對系統指令做出極快的反應，因此其在社會領域中的運用十分廣泛，能夠在很大程度上提高系統的穩定性，運用于輸配電工程等等[2]。

（三）蓄電池儲能技術

在從一定意義上來講，蓄電池儲能技術應當是最早的儲能技術手段之一，經過長期的探究和摸索，在生活中得到了一定的實際應用。長期以來，相關學者對于蓄電池的儲能技術研究較多，隨著其容量的不斷擴大，存儲容量也進一步得到了提升和發展。蓄電池儲能技術已經逐漸成為了人們日常生活中不可或缺的部分。

（四）超級電容器儲能技術

超級電容器儲能技術是基于電化學雙電層理論而產生的，該儲能技術的超級電容器儲能裝置能釋放巨大脈沖功率，在充電時確保電力表面始終處于最佳狀態，同時周邊電解質溶液內的異性離子也會被電荷所吸引，從而附著在電極表面，最終促使雙電荷層產生。

（五）其他儲能技術

除上述幾類儲能技術之外，目前較為常用的儲能技術還包括抽水儲能技術、壓縮空氣儲能技術以及氫燃料電池儲能技術等。抽水儲能技術通常應用在電力系統調峰以及集中式發電方面，該技術受地理條件影響較大，不少風電場無法滿足抽水蓄能電站建設條件，所以在風力發電系統中難以應用。

二、風力發電系統中儲能技術的具體應用

（一）氫燃料儲能技術在風力發電系統中的應用

氫燃料儲能裝置是一種電化學裝置，能夠將燃料與氧化劑中的化學能持續轉換為電能。此類儲能裝置容量沒有上限，從電解質角度來看，可將燃料電儲能裝置分為質子交換膜燃料儲能裝置、直接甲醇燃料儲能裝置以及堿性燃料儲能裝置等。燃料儲能裝置可分為電解質、陰極與陽極，工作原理也都基本相同。現階段，固體氧化物燃料儲能裝置以及質子交換膜燃料儲能裝置是風力發電系統中最為常見的燃料儲能裝置。

（二）混合儲能技術在風力發電系統中的應用

目前，我國絕大部分風力發電系統都是采用蓄電池作為儲能裝置，但蓄電池儲能裝置功率密度相對較低，使用壽命相對較短，維護工作量較大，并且還會對環境造成污染，需要加強回收工作。而超級電容器儲能裝置則不需要維護，使用壽命相對較長，同時此類儲能裝置的功率密度以及效率都非常高，所以可采用有源式結構以及無源式結構兩種方式，將蓄電池儲能裝置與超級電容儲能裝置并聯起來，構成一種混合儲能裝置[3]。

（三）碳納米管超級電容器在風力發電系統中的應用

超級電容器儲能裝置主要由電流采集裝置、電解質、隔離物以及兩個極板組成，通過對電解質進行極化達到能量儲存目的。與蓄電池相同，超級電容器儲能裝置在充電過程中，以離子形式將電荷儲存下來，超級電容器儲能裝置通常采用活性炭纖維、金屬氧化物以及碳納米管等材質作為基本電極材料。其中碳納米管儲能裝置的化學穩定性與導電性非常強，并且具有較高的機械強度與長徑比，此類儲能裝置能夠進行超過10 萬次的深度充放電循環，壽命非常長，同時還具有非常高的可靠性，且無需維護，十分適用于風力發電系統中。

結論：

相關研究部門應當立足于生活實際需求以及社會發展現狀，加大對儲能技術的開發研究，提高風力發電的效率和質量。