風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用

摘要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人們生活水平的不斷提升，社會(huì)用電需求持續(xù)增長(zhǎng)，我國(guó)的資源節(jié)約與環(huán)境保護(hù)面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，在此背景下，風(fēng)力發(fā)電等新能源發(fā)電技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，不僅能夠在一定程度上滿足地區(qū)用電需求，緩解資源緊張形勢(shì)，還能實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)目的。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行中，電能儲(chǔ)存是十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行研究，對(duì)提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行效率具有重要作用。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)能技術(shù);風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng);應(yīng)用

1儲(chǔ)能技術(shù)包含內(nèi)容及其特點(diǎn)分析

儲(chǔ)能技術(shù)本身涉及技術(shù)內(nèi)容眾多，同時(shí)包括電容器以及超導(dǎo)部分等多個(gè)模塊，當(dāng)其展開(kāi)運(yùn)作的過(guò)程中，不僅是對(duì)于風(fēng)能轉(zhuǎn)化而來(lái)的電能進(jìn)行疏導(dǎo)，同時(shí)也要在一定空間內(nèi)進(jìn)行存儲(chǔ)，以保證之后的運(yùn)輸還有功率轉(zhuǎn)化等步驟能夠順利進(jìn)行，這也是對(duì)于儲(chǔ)能技術(shù)要求最為嚴(yán)格的一個(gè)環(huán)節(jié)，首先要應(yīng)對(duì)從風(fēng)力能源而來(lái)的電能的轉(zhuǎn)化及輸送，最終還需要將其轉(zhuǎn)化為符合日常使用需求的電能類型。在其中超導(dǎo)部分的作用主要是通過(guò)超導(dǎo)線圈將電能產(chǎn)生的磁場(chǎng)能量進(jìn)行有效存儲(chǔ)，并且在運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)主控端口需求將其轉(zhuǎn)換到電網(wǎng)當(dāng)中進(jìn)行供電使用。這一技術(shù)的應(yīng)用能夠在短時(shí)間內(nèi)快速進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而且響應(yīng)速度也能夠滿足正常的使用需求，這也是當(dāng)前在風(fēng)力發(fā)電過(guò)程中最常見(jiàn)的儲(chǔ)能方式。而除此之外，超級(jí)電容器以及飛輪等形式也是在儲(chǔ)能技術(shù)中比較常見(jiàn)的形式，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換都具有不錯(cuò)的效果，尤其是對(duì)于超級(jí)電容器基本等同于一個(gè)大型電能存儲(chǔ)設(shè)備，最大量能夠達(dá)到30MJ的程度。其基礎(chǔ)運(yùn)作功率大，并且能夠在用電高峰期間提供穩(wěn)定的電能來(lái)源，但是對(duì)于突發(fā)情況下的電壓突變等問(wèn)題應(yīng)對(duì)效果不能夠滿足實(shí)際需求，因此只在相對(duì)穩(wěn)定環(huán)境下進(jìn)行使用，避免出現(xiàn)電力泄漏損耗或者其他危險(xiǎn)情況。對(duì)于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的電能存儲(chǔ)，不僅要考慮到實(shí)際應(yīng)用的狀況，同時(shí)安全領(lǐng)域的工作內(nèi)容也是相當(dāng)繁瑣的，所以對(duì)于任何一項(xiàng)準(zhǔn)備應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)當(dāng)中的儲(chǔ)能類型，都需要進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)試之后才能夠使用，并且應(yīng)該嚴(yán)格按照操作規(guī)范進(jìn)行使用，避免出現(xiàn)意外危險(xiǎn)。

2風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中儲(chǔ)能技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1碳納米管超級(jí)電容器

超級(jí)電容器儲(chǔ)能裝置主要由電流采集裝置、電解質(zhì)、隔離物以及兩個(gè)極板組成，通過(guò)對(duì)電解質(zhì)進(jìn)行極化達(dá)到能量?jī)?chǔ)存目的。與蓄電池相同，超級(jí)電容器儲(chǔ)能裝置在充電過(guò)程中，以離子形式將電荷儲(chǔ)存下來(lái)，超級(jí)電容器儲(chǔ)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(zhì)作為基本電極材料。其中碳納米管儲(chǔ)能裝置的化學(xué)穩(wěn)定性與導(dǎo)電性非常強(qiáng)，并且具有較高的機(jī)械強(qiáng)度與長(zhǎng)徑比，此類儲(chǔ)能裝置能夠進(jìn)行超過(guò)10萬(wàn)次的深度充放電循環(huán)，壽命非常長(zhǎng)，同時(shí)還具有非常高的可靠性，且無(wú)需維護(hù)，十分適用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中。

2.2氫燃料儲(chǔ)能技術(shù)

氫燃料儲(chǔ)能裝置是一種電化學(xué)裝置，能夠?qū)⑷剂吓c氧化劑中的化學(xué)能持續(xù)轉(zhuǎn)換為電能。此類儲(chǔ)能裝置容量沒(méi)有上限，從電解質(zhì)角度來(lái)看，可將燃料電儲(chǔ)能裝置分為質(zhì)子交換膜燃料儲(chǔ)能裝置、直接甲醇燃料儲(chǔ)能裝置以及堿性燃料儲(chǔ)能裝置等。燃料儲(chǔ)能裝置可分為電解質(zhì)、陰極與陽(yáng)極，工作原理也都基本相同?，F(xiàn)階段，固體氧化物燃料儲(chǔ)能裝置以及質(zhì)子交換膜燃料儲(chǔ)能裝置是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中最為常見(jiàn)的燃料儲(chǔ)能裝置。質(zhì)子交換膜燃料儲(chǔ)能裝置運(yùn)行流程如下：首先，氧氣與燃料氣體經(jīng)雙極板氣體通道進(jìn)入燃料儲(chǔ)能裝置兩極，然后從膜電極部位擴(kuò)散層進(jìn)入催化層;其次，氫氣在膜陽(yáng)極催化劑表面分解成電子、質(zhì)子與水，電子從外電路流過(guò)負(fù)載進(jìn)入陰極，后兩種物質(zhì)經(jīng)質(zhì)子交換膜磺酸基到達(dá)陰極;最后，氧分子在陰極催化劑表面與進(jìn)入陰極的三種物質(zhì)生成水分子。氫燃料儲(chǔ)能技術(shù)能達(dá)到長(zhǎng)期儲(chǔ)能的目的，金屬化、液化以及壓縮化是氫氣儲(chǔ)能常用的方式，現(xiàn)階段可采用燃料儲(chǔ)能裝置、電解槽以及氫儲(chǔ)罐三個(gè)部分來(lái)構(gòu)建氫儲(chǔ)能裝置，并應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中。如果風(fēng)能較多，電解槽就對(duì)水進(jìn)行電解，生成氫氣，并存儲(chǔ)在氫儲(chǔ)罐內(nèi);當(dāng)儲(chǔ)滿氫儲(chǔ)罐后，多余電力將轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)出負(fù)載，一旦風(fēng)力發(fā)電出現(xiàn)赤字，燃料儲(chǔ)能裝置內(nèi)氫與氧就會(huì)發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生電能，為系統(tǒng)負(fù)載提供所需電能。

2.3混合儲(chǔ)能技術(shù)

我國(guó)絕大部分風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)都是采用蓄電池作為儲(chǔ)能裝置，但蓄電池儲(chǔ)能裝置功率密度相對(duì)較低，使用壽命相對(duì)較短，維護(hù)工作量較大，并且還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，需要加強(qiáng)回收工作。而超級(jí)電容器儲(chǔ)能裝置則不需要維護(hù)，使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)，同時(shí)此類儲(chǔ)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(jié)構(gòu)以及無(wú)源式結(jié)構(gòu)兩種方式，將蓄電池儲(chǔ)能裝置與超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置并聯(lián)起來(lái)，構(gòu)成一種混合儲(chǔ)能裝置。上述兩種并聯(lián)結(jié)構(gòu)方式應(yīng)用，能夠優(yōu)化蓄電池儲(chǔ)能裝置充放電過(guò)程，延長(zhǎng)其使用壽命，增強(qiáng)整個(gè)混合儲(chǔ)能裝置系統(tǒng)技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性，從而達(dá)到提升系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化效率的效果。

3風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用前景

近年來(lái)，隨著化石燃料逐漸枯竭，溫室效應(yīng)日益嚴(yán)重，可再生能源發(fā)電得到了極大的關(guān)注和發(fā)展，尤其是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。由于風(fēng)速每時(shí)每刻都在變化，這就導(dǎo)致風(fēng)電出力的不確定性。大型風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)后，風(fēng)電出力的波動(dòng)將會(huì)產(chǎn)生諸多不利影響。我國(guó)風(fēng)電機(jī)組大規(guī)模接入電網(wǎng)，風(fēng)力發(fā)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(fēng)電場(chǎng)的規(guī)模并減小其接入電網(wǎng)比重的措施，將會(huì)對(duì)風(fēng)能的利用產(chǎn)生巨大的浪費(fèi)，對(duì)風(fēng)電的發(fā)展造成巨大影響。因此，如何提高風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的穩(wěn)定性，這一課題的研究越來(lái)越受到重視。當(dāng)前，在風(fēng)電場(chǎng)中加入儲(chǔ)能裝置，使其構(gòu)成風(fēng)-儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)，已經(jīng)成為解決風(fēng)功率隨機(jī)波動(dòng)問(wèn)題的有效途徑之一。針對(duì)風(fēng)功率具有隨機(jī)性、波動(dòng)性等特點(diǎn)，采用儲(chǔ)能技術(shù)作為功率補(bǔ)償，利用儲(chǔ)能裝置能快速存儲(chǔ)和釋放能量的特點(diǎn)，可以較為理想的解決風(fēng)功率隨機(jī)波動(dòng)這一缺點(diǎn)。將風(fēng)電場(chǎng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)聯(lián)合起來(lái)，并制定有效的控制策略，一定程度上可改善風(fēng)功率的波動(dòng)性，減小風(fēng)電并網(wǎng)產(chǎn)生的一系列不良影響，提高風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，儲(chǔ)能系統(tǒng)在蓄能過(guò)程中遇到的最大問(wèn)題是成本，因而儲(chǔ)能技術(shù)是否可以在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中得到良好的運(yùn)用，最值得研究的問(wèn)題便是提升能量轉(zhuǎn)換效率與降低成本。通常情況下，給風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)選擇儲(chǔ)能裝置時(shí)要考慮到成本、額定功率和環(huán)境狀況，及最關(guān)鍵的儲(chǔ)能技術(shù)的成熟度等諸多因素。風(fēng)電系統(tǒng)是否可以實(shí)現(xiàn)真正儲(chǔ)能，第一應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的是如何提高并管理好電能質(zhì)量。通?？梢允癸L(fēng)電場(chǎng)保持穩(wěn)定電壓的裝置有超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置、高速飛輪儲(chǔ)能裝置、超級(jí)電容器儲(chǔ)能裝置、液流電池儲(chǔ)能裝置和鈉硫儲(chǔ)能裝置。一旦外部電網(wǎng)發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，以上的儲(chǔ)能裝置可以立即提供支撐電壓，達(dá)到保證電網(wǎng)繼續(xù)運(yùn)行的狀態(tài)。

4結(jié)束語(yǔ)

儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用，能夠?yàn)橄到y(tǒng)正常運(yùn)行儲(chǔ)備充足足夠電能，對(duì)增強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性、提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行水平具有重要作用。為此相關(guān)的研究人員此一定要加強(qiáng)對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的研究，進(jìn)一步促進(jìn)其在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]邢中樞.儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2016，（9）：2546-2546.

[2]高志勇.儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2016，（13）：641-641.

[3]李紅軍，崔雙喜，王維慶，等.基于風(fēng)電功率預(yù)測(cè)與儲(chǔ)能技術(shù)的風(fēng)電消納預(yù)測(cè)研究[J].可再生能源，2018，36（11）：1711-1718.

[4]辛博然.風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用分析[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2019，266（1）：36-37.

作者介紹：李鵬（1982.6.26—）;男;山東煙臺(tái);漢;碩士;高級(jí)工程師;項(xiàng)目經(jīng)理;輸電線路;中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)黑龍江省電力設(shè)計(jì)院有限公司。