淺議儲能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的運用

楊光+張朋

摘 要：隨著最近這些年化石燃料的逐漸枯竭，地球的溫室效應(yīng)日益嚴重，一些可再生能源得到了極大的關(guān)注，尤其是對于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展。近些年我國的風(fēng)電機組大規(guī)模的接入電網(wǎng)，從而使風(fēng)力發(fā)電所占的比重不斷增加。如果采取限制風(fēng)電場的規(guī)模并減小接入電網(wǎng)的比重，那么將會對風(fēng)能的利用造成一種嚴重的浪費，并且對我國的風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展造成巨大的影響。因此，如何提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性越來越受到我們的重視。

關(guān)鍵詞：儲能技術(shù)；風(fēng)力發(fā)電；風(fēng)電并網(wǎng)

中圖分類號：TM614 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）23-0100-02

1 風(fēng)電并網(wǎng)產(chǎn)生的影響

在大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)展的今天，風(fēng)電功率的大幅度波動易破壞電網(wǎng)的功率平衡，進而帶來電能質(zhì)量的明顯下降，危及電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。風(fēng)電并網(wǎng)后將對以下幾方面造成影響。首先，對于電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響，由于風(fēng)能的不確定性將會導(dǎo)致風(fēng)電功率的隨機變化，對電力系統(tǒng)造成一種沖擊，嚴重時可能使整個系統(tǒng)失去穩(wěn)定性，造成系統(tǒng)癱瘓。其次，對電網(wǎng)電壓的影響，一些大型的風(fēng)電場接入電網(wǎng)后，將會對整個電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性產(chǎn)生一些影響，例如電網(wǎng)電壓的波動、閃變以及電壓不平衡現(xiàn)象。最后，對電網(wǎng)發(fā)電計劃和調(diào)度的影響非常大，由于風(fēng)能的間歇性、波動性和難以預(yù)測性直接給我國的電網(wǎng)制定發(fā)電計劃、運行方式和調(diào)度造成了很大困難，加上國內(nèi)外并沒有一些較為準確的風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)，這樣一旦風(fēng)電機組的裝機容量足夠大，將會直接影響電力的調(diào)度運行，電力調(diào)度部門往往會被迫限制風(fēng)電，而阻礙風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展。

因此，要想進行大規(guī)模的開發(fā)和利用風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，其最有效的手段就是將風(fēng)電場并網(wǎng)運行，但是風(fēng)電場自身的特性對整個電網(wǎng)安全性的影響也在不斷的加劇。因此，為了提高風(fēng)電接入電網(wǎng)穩(wěn)定性，我們采取最為有效的辦法就是改進風(fēng)機的控制策略和應(yīng)用儲能裝置。雖然，進行風(fēng)力發(fā)電機組的控制策略改進實現(xiàn)起來相對簡單，但是在對風(fēng)力發(fā)電機控制方法的改進基本都是需要我們舍棄大部分風(fēng)能來實現(xiàn)的，這樣一來無法實現(xiàn)風(fēng)能的最大化利用，并且受到風(fēng)電機組自身的控制能力和風(fēng)速的影響，對于改善的幅度也是有限的，很難能夠達到我們預(yù)期的效果。而與改進風(fēng)機的控制策略相比，要是將儲能裝置應(yīng)用在風(fēng)電場中，不僅能夠達到抑制風(fēng)電功率波動的目的，還能夠在不改變已并網(wǎng)的風(fēng)電機組控制策略的情況下，實現(xiàn)較大時間尺度內(nèi)的風(fēng)電機組的出力平滑。

2 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中儲能技術(shù)的分類

目前，我國的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的儲能技術(shù)主要分為以下幾類，首先是超導(dǎo)儲能系統(tǒng)，通過運用超導(dǎo)線制造成一個線圈，將存儲風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的磁場能量，并且在有需求時，將儲存的能量再次送回電網(wǎng)內(nèi)。其次，超導(dǎo)電容器儲能系統(tǒng)，通過利用電化學(xué)雙電層結(jié)構(gòu)研制的儲能系統(tǒng)，不僅能夠增強脈沖功率，還能使電荷在電解質(zhì)溶液中，形成雙電荷層。而蓄電池儲能系統(tǒng)主要是通過電池的正極、負極，來提供氧化還原，從而完成充電和放電，蓄電池儲能系統(tǒng)選擇的化學(xué)物質(zhì)不同，能夠構(gòu)建不同類型的儲能系統(tǒng)。最后是飛輪儲能系統(tǒng)，通過在機械運動的作用下，將長期的存儲飛輪機械運動中的動能，使用時再將動能轉(zhuǎn)換為電能。

3 儲能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

本文以中小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為例，分析儲能技術(shù)的應(yīng)用。儲能技術(shù)解決了風(fēng)力發(fā)電不穩(wěn)定的問題，運用互補的方法，完善中小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運行環(huán)境。具體的構(gòu)成結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1中，電能儲存裝置是指儲能技術(shù)的應(yīng)用，安裝在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的直流總線中，在直流端匯合了發(fā)電設(shè)備、電控設(shè)備，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出的交流電，在AC/DC逆變器的作用下，轉(zhuǎn)換成了直流電，經(jīng)過充電控制器，供電給直流負載，而儲能技術(shù)的應(yīng)用，就是將充電控制器的直流負載，存儲并輸送到DC/AC逆變器，轉(zhuǎn)化為AC負載，而多余的電能仍舊會存儲在電能儲存裝置中，以免發(fā)生電能浪費。儲能技術(shù)在小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)，考慮到輸出功率的變化，尤其是功率與風(fēng)礦的關(guān)系，以此來確保負荷處于連續(xù)供電的狀態(tài)。該中小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)，引入了儲能技術(shù)，得到了高效的應(yīng)用。結(jié)合儲能技術(shù)，分析其在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用，如下：

3.1 負荷調(diào)節(jié)

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運行中，儲能技術(shù)應(yīng)用在負荷調(diào)節(jié)方面。當發(fā)電系統(tǒng)處于負荷低谷期時，儲能技術(shù)適當?shù)某潆?，系統(tǒng)在負荷高峰期時，主動放電，有效調(diào)節(jié)了負荷，以免風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)有不恰當?shù)牟僮髑闆r，表明儲能技術(shù)在負荷調(diào)節(jié)中的實踐應(yīng)用。

3.2 負荷跟蹤

儲能技術(shù)為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)提供了負荷跟蹤的方法，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，在電力電子接口位置，接入了畜電池儲能系統(tǒng)、飛輪儲能系統(tǒng)、超導(dǎo)電磁儲能系統(tǒng)等，運用儲能技術(shù)，可以跟蹤接口處的負荷變化，而且是在快速的狀態(tài)下，跟蹤負荷，把控風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用。

3.3 穩(wěn)定系統(tǒng)

儲能系統(tǒng)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，無功功率、有功功率的變化非?？欤⑶逸^為明顯，儲能技術(shù)可以在頻率振蕩、功率中，發(fā)揮阻尼的作用，維護風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定，所以風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)逐步將儲能技術(shù)，應(yīng)用到風(fēng)力發(fā)電的系統(tǒng)穩(wěn)定中。

3.4 功率控制

功率控制是指儲能技術(shù)主動校正風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的功率，還要控制功率因數(shù)。例如：在中小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)，儲能技術(shù)與電力電子的接口位置，可以快速的提供有功功率、無功功率，目的是確保風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定及功率效率。

3.5 黑啟動能力

黑啟動能力是儲能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的一類功能，在系統(tǒng)孤島運行的過程中，儲能系統(tǒng)可以提供系統(tǒng)啟動的電能資源，確保風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)啟動的有效性。

3.6 延緩容量

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)有容量上的需求，儲能技術(shù)可以在一定程度上，延緩系統(tǒng)對容量的需求，包括發(fā)電容量、輸電容量。例如：儲能技術(shù)延緩了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的容量，可以削平負荷峰值，降低風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的容量需求，減輕調(diào)峰機組的運行壓力，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在延緩容量時，在恰當?shù)奈恢?，設(shè)置儲能系統(tǒng)，促使儲能技術(shù)能夠在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的低谷期實行充電，以此來簡要負荷容量，增加系統(tǒng)輸電的容量。endprint

3.7 提高利用率

儲能技術(shù)在用電的高峰期，提高了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的利用率，逐步增加發(fā)電系統(tǒng)的整體能量。例如：中小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，儲能技術(shù)用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的不穩(wěn)定，控制負荷的峰谷比，存儲多出的電能，重新應(yīng)用到負荷高峰時期，避免存儲與轉(zhuǎn)換期間發(fā)生電能損失，現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，在提高利用率方面，可以選擇碳納米管超級電容器儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用。

4 儲能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的前景

儲能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用前景，表現(xiàn)出較大的挖掘價值。在未來發(fā)展中，結(jié)合風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運行，針對儲能技術(shù)提出幾點建議，首先，必須要注重儲能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的成本控制，從而逐步降低儲能技術(shù)的成本，提升能量轉(zhuǎn)換的實際效率，促使儲能技術(shù)在未來風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，能夠得到普及應(yīng)用。第二，要將儲能技術(shù)的建設(shè)重點放在額定功率、環(huán)境條件、成熟度方面，這樣能夠管理好風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的電能質(zhì)量，從而體現(xiàn)出儲能技術(shù)在未來的應(yīng)用前景。第三，儲能技術(shù)中根據(jù)不同類型的技術(shù)種類，對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)調(diào)峰的作用，從而實現(xiàn)大規(guī)模的儲能，保證風(fēng)力發(fā)電資源的合理運用，避免造成大量的電能損失。第四，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，實行多種儲能技術(shù)混合應(yīng)用的模式，這樣能夠確保儲能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中實現(xiàn)經(jīng)濟型運用，還能做到能量管理與質(zhì)量管理的經(jīng)濟可行的儲能方案，推進儲能技術(shù)的發(fā)展。

5 結(jié)語

風(fēng)能屬于一種清潔、經(jīng)濟、可再生的能源，受到電力行業(yè)的高度重視。如果在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中全面的配置儲能技術(shù)，不僅能夠提高風(fēng)力發(fā)電的水平，還能夠降低對于不可再生能源的消耗，因此，電力行業(yè)必須要充分認識儲能技術(shù)的重要性，保證儲能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的有效應(yīng)用。

參考文獻

[1]袁鐵江，董小順，張增強，關(guān)宇航，梅生偉.基于氫儲能技術(shù)的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)基本架構(gòu)及其建模[J].高電壓技術(shù)，2016，42（07）：2100-2110.

[2]辛華，邢潔，李小燕.電池儲能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國市場，2016，（32）：66-67.

[3]柴秀慧.基于儲能的雙模式直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并脫網(wǎng)及功率控制[D].燕山大學(xué)，2016.

[4]徐中民.基于飛輪儲能的并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)有功功率波動抑制研究[D].沈陽工業(yè)大學(xué)，2016.endprint