儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用探究

高夫峰　邱學(xué)芮

【摘 要】電池儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中具有重要作用，能夠平衡風(fēng)功率波動(dòng)，促進(jìn)電網(wǎng)對風(fēng)電的消納。基于此，本文提出了分布儲(chǔ)能技術(shù)、抽水蓄能、蓄能電池技術(shù)、超能儲(chǔ)能系統(tǒng)四種技術(shù)，促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中儲(chǔ)能技術(shù)的進(jìn)步。

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

引言：隨著社會(huì)的進(jìn)步，市場經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，人們的生活質(zhì)量顯著提高，對能源的需求隨之增加，其中風(fēng)力發(fā)電作為主導(dǎo)技術(shù)，需要對其進(jìn)行研究，防止風(fēng)力發(fā)電的功率反復(fù)變化，保障電能質(zhì)量和風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行。

一、儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的重要性

首先，風(fēng)力發(fā)電能和電池儲(chǔ)蓄能可以進(jìn)行完美的結(jié)合，形成穩(wěn)定的能量來源。蓄電池放電平穩(wěn)，成本低廉，沒有安全隱患，并且制作蓄電池的原料儲(chǔ)存豐富，可以回收再利用。其次，大型能量型儲(chǔ)能設(shè)備可以用于全球互聯(lián)網(wǎng)調(diào)峰填谷。例如抽水蓄能、壓縮空氣等具有可長時(shí)間儲(chǔ)能功能的設(shè)施，可以用在大電網(wǎng)峰，延緩系統(tǒng)對容量的需求，減輕調(diào)風(fēng)機(jī)組的運(yùn)行壓力。再次，電力系統(tǒng)頻率的變動(dòng)應(yīng)該保持在一定范圍內(nèi)，所以需要調(diào)整發(fā)電機(jī)組的有功出力。儲(chǔ)能技術(shù)可以對傳統(tǒng)的電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)頻，并且能夠?qū)⒛芰块L時(shí)間保存的同時(shí)保證零耗損。最后，儲(chǔ)能技術(shù)為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)提供了負(fù)荷跟蹤的方法。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的電力電子接口位置，接入蓄電池儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等系統(tǒng)，可以跟蹤接口處的負(fù)荷變化，從而把控風(fēng)力系統(tǒng)的應(yīng)用[1]。

二、儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

（一）分布式儲(chǔ)能技術(shù)

分布式發(fā)電是發(fā)電單元和儲(chǔ)能單元的組合，其中光伏、風(fēng)電和燃料電池都屬于分布式電源，具有接近終端用戶、容量小的特點(diǎn)。儲(chǔ)能技術(shù)在分布式系統(tǒng)中有以下應(yīng)用：第一，儲(chǔ)能技術(shù)能夠增強(qiáng)系統(tǒng)并網(wǎng)的可靠性。分布式電源發(fā)出的電能有隨機(jī)性和不確定性，儲(chǔ)能技術(shù)能夠幫助分布式發(fā)電裝置在波動(dòng)較快的情況下，保持穩(wěn)定的輸出水平。第二，在孤立運(yùn)行的分布式發(fā)電裝置單元進(jìn)行切換或退出時(shí)起到過渡作用。太陽能和電力發(fā)電的輸出具有間接性的特點(diǎn)，合理運(yùn)用儲(chǔ)能技術(shù)，根據(jù)負(fù)荷的變化控制儲(chǔ)能的使用量，從而達(dá)到過渡效果。第三，抑制分布式發(fā)電裝置輸出功率，改善系統(tǒng)供電質(zhì)量。風(fēng)能會(huì)受到天氣以及其他自然因素的影響，導(dǎo)致輸出電能具有隨機(jī)性，儲(chǔ)能技術(shù)的使用可以平移脈沖功率波動(dòng)，當(dāng)風(fēng)速下降，風(fēng)力不能滿足發(fā)電的需求時(shí)，利用儲(chǔ)能設(shè)備向直流側(cè)傳輸功率，通過變流器向電網(wǎng)系統(tǒng)輸送電能；當(dāng)風(fēng)速上升時(shí)，可以將多余的電能傳送到直流側(cè)，由儲(chǔ)能裝備系統(tǒng)吸收，使分布式發(fā)電裝置按照預(yù)先制定的規(guī)劃進(jìn)行發(fā)電，提高并網(wǎng)運(yùn)行的調(diào)度靈活性。

（二）抽水蓄能

在風(fēng)電場中，抽水蓄能電站主要利用風(fēng)能進(jìn)行發(fā)電，不經(jīng)過蓄電池，直接帶動(dòng)抽水機(jī)實(shí)行不定時(shí)抽水蓄能，利用儲(chǔ)存的水勢進(jìn)行穩(wěn)定的發(fā)電供電。首先，抽水蓄能電站是一種特殊形式的水電站，既是電源點(diǎn)，又是負(fù)荷。抽水蓄能是一種技術(shù)較為成熟的蓄能方式，是解決電網(wǎng)調(diào)峰填谷的最佳手段。可以適應(yīng)電力系統(tǒng)的負(fù)荷變化，從而改善火電、核電機(jī)組運(yùn)行條件，彌補(bǔ)風(fēng)力發(fā)電的不均勻性，為風(fēng)電的發(fā)展創(chuàng)造條件。其次，在大力發(fā)展風(fēng)電的同時(shí)，建設(shè)抽水蓄能電站，實(shí)現(xiàn)風(fēng)蓄聯(lián)合開發(fā)，可以優(yōu)化能源配置。利用抽水蓄能電站的多種功能和靈活性彌補(bǔ)風(fēng)力發(fā)電的隨機(jī)性和不均勻性，能夠打破電網(wǎng)規(guī)模對于風(fēng)電容量的限制，為電網(wǎng)提供更多的調(diào)峰填谷容量和緊急事故備用手段，從而改善運(yùn)行條件。最后，抽水蓄能具有快速啟停的特性，能夠在保障系統(tǒng)安全、提高供電質(zhì)量的同時(shí)，有效的降低系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用容量和吸收低谷負(fù)荷，從而減少系統(tǒng)能耗，提高系統(tǒng)運(yùn)行水平，并且具有環(huán)保性能[2]。

（三）蓄電池儲(chǔ)能技術(shù)

蓄電池儲(chǔ)能技術(shù)的原理是依靠化學(xué)反應(yīng)中的氧化還原反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)放電與充電。蓄電池的儲(chǔ)能技術(shù)較為復(fù)雜，由多個(gè)部分共同組成，且不同種類的蓄電池所使用的物質(zhì)具有差異性，主要有以下幾種：第一，鉛酸電池。其發(fā)展歷史較長，且技術(shù)成熟，市場上以密封型產(chǎn)品為主，具有價(jià)格便宜、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，所以在電力系統(tǒng)中，鉛酸電池的用途廣泛。第二，鋰離子電池。鋰離子電池具有功率高、對環(huán)境影響小等特點(diǎn)，但是容易受手工藝和環(huán)境溫度等影響，導(dǎo)致系統(tǒng)的使用壽命短，需要對其進(jìn)行定期的維護(hù)，限制了鋰離子電池在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。第三，鈉硫電池。鈉硫電池是目前儲(chǔ)能電池中最高效和最具開發(fā)潛力的電池。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，鈉硫電池的主要任務(wù)是穩(wěn)定輸出功率。第四，全釩電池。全釩電池屬于液流電池，其工作原理是離子經(jīng)過一系列的化學(xué)反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)充電和放電的功能。液流電池的儲(chǔ)能容量與電解液的容量、密度具有關(guān)，如果需要增大儲(chǔ)存能量，可以采用增大電解溶液容積和濃度的方式，主要用于在風(fēng)電場進(jìn)行調(diào)頻和調(diào)峰。

（四）超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)

超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)是利用超導(dǎo)線圈將電磁能直接儲(chǔ)存起來，在需要時(shí)將電磁能返回電網(wǎng)或其他負(fù)載的一種電力設(shè)施。具有反應(yīng)速度快、轉(zhuǎn)換率高等優(yōu)點(diǎn)，可以用于降低電網(wǎng)的低頻功率振蕩，調(diào)節(jié)無功功率和有功功率，從而改善供電系統(tǒng)的供電品質(zhì)，保證電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。在電力系統(tǒng)中具有以下作用：第一，消除電力系統(tǒng)中的低頻振蕩，用于穩(wěn)定系統(tǒng)的頻率和電壓。第二，調(diào)節(jié)無功功率控制和功率因數(shù)，以提高輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和功率傳輸能力。第三，可用作太陽能和風(fēng)力田的儲(chǔ)能。風(fēng)力發(fā)電將產(chǎn)生脈動(dòng)的功率輸出，會(huì)為配電網(wǎng)帶來很多問題，而超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置可使風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的輸出平滑，并且滿足配電網(wǎng)的要求，從而為系統(tǒng)提供備用功率和控制頻率。第四，超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)可以用于減少配電系統(tǒng)的波動(dòng)和平衡尖峰負(fù)載、控制初次功率，從而提高瞬態(tài)穩(wěn)定性。

結(jié)語：綜上所述，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益、技術(shù)成熟度在各種可再生能源發(fā)電技術(shù)中具有明顯優(yōu)勢。其中儲(chǔ)能技術(shù)對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性具有重要作用，由于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)會(huì)受風(fēng)速、外部自然條件等因素的影響，所以需要選擇合適的儲(chǔ)能方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳邦鳴.探析儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的運(yùn)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2018（31）：162-163.

[2]胡其圖.儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2018，15（22）：15+17.

（作者單位：華能云南富源風(fēng)電有限責(zé)任公司）