風力發電系統中儲能技術的應用

摘要：隨著我國社會經濟的快速發展以及人們生活水平的不斷提升，社會用電需求持續增長，我國的資源節約與環境保護面臨著嚴峻挑戰，在此背景下，風力發電等新能源發電技術得到廣泛應用，不僅能夠在一定程度上滿足地區用電需求，緩解資源緊張形勢，還能實現環境保護目的。在風力發電系統運行中，電能儲存是十分關鍵的環節，對儲能技術在風力發電系統中的應用進行研究，對提高風力發電系統運行效率具有重要作用。

關鍵詞：儲能技術;風力發電系統;應用

1儲能技術包含內容及其特點分析

儲能技術本身涉及技術內容眾多，同時包括電容器以及超導部分等多個模塊，當其展開運作的過程中，不僅是對于風能轉化而來的電能進行疏導，同時也要在一定空間內進行存儲，以保證之后的運輸還有功率轉化等步驟能夠順利進行，這也是對于儲能技術要求最為嚴格的一個環節，首先要應對從風力能源而來的電能的轉化及輸送，最終還需要將其轉化為符合日常使用需求的電能類型。在其中超導部分的作用主要是通過超導線圈將電能產生的磁場能量進行有效存儲，并且在運行過程中根據主控端口需求將其轉換到電網當中進行供電使用。這一技術的應用能夠在短時間內快速進行轉換，而且響應速度也能夠滿足正常的使用需求，這也是當前在風力發電過程中最常見的儲能方式。而除此之外，超級電容器以及飛輪等形式也是在儲能技術中比較常見的形式，對于風力發電的能量轉換都具有不錯的效果，尤其是對于超級電容器基本等同于一個大型電能存儲設備，最大量能夠達到30MJ的程度。其基礎運作功率大，并且能夠在用電高峰期間提供穩定的電能來源，但是對于突發情況下的電壓突變等問題應對效果不能夠滿足實際需求，因此只在相對穩定環境下進行使用，避免出現電力泄漏損耗或者其他危險情況。對于風力發電技術的電能存儲，不僅要考慮到實際應用的狀況，同時安全領域的工作內容也是相當繁瑣的，所以對于任何一項準備應用于風力發電技術當中的儲能類型，都需要進行嚴格測試之后才能夠使用，并且應該嚴格按照操作規范進行使用，避免出現意外危險。

2風力發電系統中儲能技術的具體應用

2.1碳納米管超級電容器

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。

2.2氫燃料儲能技術

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?，F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。質子交換膜燃料儲能裝置運行流程如下：首先，氧氣與燃料氣體經雙極板氣體通道進入燃料儲能裝置兩極，然后從膜電極部位擴散層進入催化層;其次，氫氣在膜陽極催化劑表面分解成電子、質子與水，電子從外電路流過負載進入陰極，后兩種物質經質子交換膜磺酸基到達陰極;最后，氧分子在陰極催化劑表面與進入陰極的三種物質生成水分子。氫燃料儲能技術能達到長期儲能的目的，金屬化、液化以及壓縮化是氫氣儲能常用的方式，現階段可采用燃料儲能裝置、電解槽以及氫儲罐三個部分來構建氫儲能裝置，并應用在風力發電系統中。如果風能較多，電解槽就對水進行電解，生成氫氣，并存儲在氫儲罐內;當儲滿氫儲罐后，多余電力將轉到轉出負載，一旦風力發電出現赤字，燃料儲能裝置內氫與氧就會發生反應，進而產生電能，為系統負載提供所需電能。

2.3混合儲能技術

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。上述兩種并聯結構方式應用，能夠優化蓄電池儲能裝置充放電過程，延長其使用壽命，增強整個混合儲能裝置系統技術性與經濟性，從而達到提升系統能量轉化效率的效果。

3風力發電系統中儲能技術的應用前景

近年來，隨著化石燃料逐漸枯竭，溫室效應日益嚴重，可再生能源發電得到了極大的關注和發展，尤其是風力發電技術。由于風速每時每刻都在變化，這就導致風電出力的不確定性。大型風電場接入電網后，風電出力的波動將會產生諸多不利影響。我國風電機組大規模接入電網，風力發電所占的比重逐步增加，這種影響變的更加顯著。如果采取限制風電場的規模并減小其接入電網比重的措施，將會對風能的利用產生巨大的浪費，對風電的發展造成巨大影響。因此，如何提高風電場輸出功率的穩定性，這一課題的研究越來越受到重視。當前，在風電場中加入儲能裝置，使其構成風-儲聯合系統，已經成為解決風功率隨機波動問題的有效途徑之一。針對風功率具有隨機性、波動性等特點，采用儲能技術作為功率補償，利用儲能裝置能快速存儲和釋放能量的特點，可以較為理想的解決風功率隨機波動這一缺點。將風電場和儲能系統聯合起來，并制定有效的控制策略，一定程度上可改善風功率的波動性，減小風電并網產生的一系列不良影響，提高風電場運行的經濟性。在風力發電系統中，儲能系統在蓄能過程中遇到的最大問題是成本，因而儲能技術是否可以在風力發電系統中得到良好的運用，最值得研究的問題便是提升能量轉換效率與降低成本。通常情況下，給風力發電系統選擇儲能裝置時要考慮到成本、額定功率和環境狀況，及最關鍵的儲能技術的成熟度等諸多因素。風電系統是否可以實現真正儲能，第一應該實現的是如何提高并管理好電能質量。通?？梢允癸L電場保持穩定電壓的裝置有超導儲能裝置、高速飛輪儲能裝置、超級電容器儲能裝置、液流電池儲能裝置和鈉硫儲能裝置。一旦外部電網發生質量問題時，以上的儲能裝置可以立即提供支撐電壓，達到保證電網繼續運行的狀態。

4結束語

儲能技術在風力發電系統中的應用，能夠為系統正常運行儲備充足足夠電能，對增強風力發電系統穩定性、提高風力發電系統運行水平具有重要作用。為此相關的研究人員此一定要加強對儲能技術的研究，進一步促進其在風力發電系統的應用。

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作者介紹：李鵬（1982.6.26—）;男;山東煙臺;漢;碩士;高級工程師;項目經理;輸電線路;中國能源建設集團黑龍江省電力設計院有限公司。