储能技术在风力发电系统中的应用探究

高夫峰　邱学芮

【摘 要】电池储能技术在风力发电系统中具有重要作用，能够平衡风功率波动，促进电网对风电的消纳。基于此，本文提出了分布储能技术、抽水蓄能、蓄能电池技术、超能储能系统四种技术，促进风力发电系统中储能技术的进步。

【关键词】储能技术；风力发电系统；技术应用

引言：随着社会的进步，市场经济水平的发展，人们的生活质量显著提高，对能源的需求随之增加，其中风力发电作为主导技术，需要对其进行研究，防止风力发电的功率反复变化，保障电能质量和风力发电网络正常运行。

一、储能技术在风力发电系统中的重要性

首先，风力发电能和电池储蓄能可以进行完美的结合，形成稳定的能量来源。蓄电池放电平稳，成本低廉，没有安全隐患，并且制作蓄电池的原料储存丰富，可以回收再利用。其次，大型能量型储能设备可以用于全球互联网调峰填谷。例如抽水蓄能、压缩空气等具有可长时间储能功能的设施，可以用在大电网峰，延缓系统对容量的需求，减轻调风机组的运行压力。再次，电力系统频率的变动应该保持在一定范围内，所以需要调整发电机组的有功出力。储能技术可以对传统的电网进行调频，并且能够将能量长时间保存的同时保证零耗损。最后，储能技术为风力发电系统提供了负荷跟踪的方法。在风力发电系统中的电力电子接口位置，接入蓄电池储能、飞轮储能等系统，可以跟踪接口处的负荷变化，从而把控风力系统的应用[1]。

二、储能技术在风力发电系统中的应用

（一）分布式储能技术

分布式发电是发电单元和储能单元的组合，其中光伏、风电和燃料电池都属于分布式电源，具有接近终端用户、容量小的特点。储能技术在分布式系统中有以下应用：第一，储能技术能够增强系统并网的可靠性。分布式电源发出的电能有随机性和不确定性，储能技术能够帮助分布式发电装置在波动较快的情况下，保持稳定的输出水平。第二，在孤立运行的分布式发电装置单元进行切换或退出时起到过渡作用。太阳能和电力发电的输出具有间接性的特点，合理运用储能技术，根据负荷的变化控制储能的使用量，从而达到过渡效果。第三，抑制分布式发电装置输出功率，改善系统供电质量。风能会受到天气以及其他自然因素的影响，导致输出电能具有随机性，储能技术的使用可以平移脉冲功率波动，当风速下降，风力不能满足发电的需求时，利用储能设备向直流侧传输功率，通过变流器向电网系统输送电能；当风速上升时，可以将多余的电能传送到直流侧，由储能装备系统吸收，使分布式发电装置按照预先制定的规划进行发电，提高并网运行的调度灵活性。

（二）抽水蓄能

在风电场中，抽水蓄能电站主要利用风能进行发电，不经过蓄电池，直接带动抽水机实行不定时抽水蓄能，利用储存的水势进行稳定的发电供电。首先，抽水蓄能电站是一种特殊形式的水电站，既是电源点，又是负荷。抽水蓄能是一种技术较为成熟的蓄能方式，是解决电网调峰填谷的最佳手段。可以适应电力系统的负荷变化，从而改善火电、核电机组运行条件，弥补风力发电的不均匀性，为风电的发展创造条件。其次，在大力发展风电的同时，建设抽水蓄能电站，实现风蓄联合开发，可以优化能源配置。利用抽水蓄能电站的多种功能和灵活性弥补风力发电的随机性和不均匀性，能够打破电网规模对于风电容量的限制，为电网提供更多的调峰填谷容量和紧急事故备用手段，从而改善运行条件。最后，抽水蓄能具有快速启停的特性，能够在保障系统安全、提高供电质量的同时，有效的降低系统旋转备用容量和吸收低谷负荷，从而减少系统能耗，提高系统运行水平，并且具有环保性能[2]。

（三）蓄电池储能技术

蓄电池储能技术的原理是依靠化学反应中的氧化还原反应，从而实现放电与充电。蓄电池的储能技术较为复杂，由多个部分共同组成，且不同种类的蓄电池所使用的物质具有差异性，主要有以下几种：第一，铅酸电池。其发展历史较长，且技术成熟，市场上以密封型产品为主，具有价格便宜、可靠性高等优点，所以在电力系统中，铅酸电池的用途广泛。第二，锂离子电池。锂离子电池具有功率高、对环境影响小等特点，但是容易受手工艺和环境温度等影响，导致系统的使用寿命短，需要对其进行定期的维护，限制了锂离子电池在电力系统中的应用。第三，钠硫电池。钠硫电池是目前储能电池中最高效和最具开发潜力的电池。在风力发电系统中，钠硫电池的主要任务是稳定输出功率。第四，全钒电池。全钒电池属于液流电池，其工作原理是离子经过一系列的化学反应，从而实现充电和放电的功能。液流电池的储能容量与电解液的容量、密度具有关，如果需要增大储存能量，可以采用增大电解溶液容积和浓度的方式，主要用于在风电场进行调频和调峰。

（四）超导储能系统

超导储能系统是利用超导线圈将电磁能直接储存起来，在需要时将电磁能返回电网或其他负载的一种电力设施。具有反应速度快、转换率高等优点，可以用于降低电网的低频功率振荡，调节无功功率和有功功率，从而改善供电系统的供电品质，保证电网的动态稳定性。在电力系统中具有以下作用：第一，消除电力系统中的低频振荡，用于稳定系统的频率和电压。第二，调节无功功率控制和功率因数，以提高输电系统的稳定性和功率传输能力。第三，可用作太阳能和风力田的储能。风力发电将产生脉动的功率输出，會为配电网带来很多问题，而超导储能装置可使风力发电系统的输出平滑，并且满足配电网的要求，从而为系统提供备用功率和控制频率。第四，超导储能系统可以用于减少配电系统的波动和平衡尖峰负载、控制初次功率，从而提高瞬态稳定性。

结语：综上所述，风力发电技术的经济效益、技术成熟度在各种可再生能源发电技术中具有明显优势。其中储能技术对风力发电系统的稳定性、可靠性具有重要作用，由于风力发电系统会受风速、外部自然条件等因素的影响，所以需要选择合适的储能方案。

参考文献：

[1]吴邦鸣.探析储能技术在风力发电系统中的运用[J].科技创新与应用，2018（31）：162-163.

[2]胡其图.储能技术在风力发电中的应用[J].科技创新导报，2018，15（22）：15+17.

（作者单位：华能云南富源风电有限责任公司）