提高風電消納能力和儲能技術研究綜述

趙 倩，陳芳芳

（云南民族大學 電氣信息工程學院，云南 昆明 650500）

隨著傳統能源日益減少，環(huán)境問題日益突出，風力發(fā)電因其永久性、清潔性和靈活性越來越被認可，風電產業(yè)有著巨大的發(fā)展空間。在我國，如何緩解能源危機、解決環(huán)境資源問題、發(fā)展電力新能源，對于解決電力供需緊張和人民生活方方面面的提高都有重大意義，大力發(fā)展風電建設已成為我國能源結構的重要組成部分。

1 我國風電發(fā)展的特點

作為全球最大的風電市場，中國2019 年陸上風電新增并網容量為23.8GW，累計達到230GW。由于在2018 年底之前核準的陸上風電項目超過60GW，全球風能理事會（GWEC）預計，已經在2019年下半年興起的裝機熱潮將在2020 年持續(xù)進行。2020 年，中國陸上風電新增裝機容量可能會達到30GW。從新增裝機布局來看，主要集中在山西、河北、廣西、青海和寧夏五省區(qū)，分別為37 萬千瓦、28萬千瓦、27 萬千瓦、25 萬千瓦和20 萬千瓦。諸多數據充分證明我國風電新能源正逐步走向快速發(fā)展階段。

我國風電發(fā)展的特點如下：

（1）風電開發(fā)集中度較高。不同于歐洲國家的是我國風電開發(fā)模式主要為集中的、大規(guī)模的遠距離傳輸，同時受風能分布不均的影響，風電開發(fā)地域也有很大不同。

（2）風電利用水平不斷提升。中國內蒙古、遼寧、黑龍江等風能資源豐富的區(qū)域風電累計并網容量、風電設備利用率等指標與丹麥、德國等風電發(fā)達的國家基本相當。

（3）風電技術和管理水平較低。由于我國風機技術起步較晚，造成風電場的自動化水平較低，缺乏無功補償設備。

2 提高風電消納能力的措施及未來發(fā)展趨勢

2.1 提高風電消納的有效措施

（1）全面構建完善的風電發(fā)展政策。我國風電發(fā)展起步較晚，在大規(guī)模風電并網管理經驗上還稍顯欠缺，目前還沒有出臺國家層面的風電發(fā)展配套政策，如風電并網、調度等方面的準則及規(guī)范。同時，科學合理的制定分時電價政策，在用電低谷時，倡導電廠給風力發(fā)電提供空間，鼓勵用戶使用低谷電能。

（2）建立多種能源互補模式。結合我國現階段的能源分布特點和電源結構，將電力系統中的水利發(fā)電、風力發(fā)電、光伏發(fā)電、煤碳發(fā)電等多種方式的電源聯合起來，取長補短，節(jié)能減排，充分發(fā)揮各類電源互補優(yōu)勢，提高風電消納能力。

（3）精準的風電功率預測。提高風電消納能力的前提是保證電網的安全穩(wěn)定運行，電力系統調度是影響風電消納的關鍵因素。通過研究預測模型和風速、天氣、濕度等氣象預報來得到精準的風電功率預測結果，平衡風電波動，來達到電力系統優(yōu)化調度的目的。

（4）優(yōu)化風電建設布局。對于棄風限電地區(qū)，控制新增裝機規(guī)模，防止產能過剩的問題。棄風問題嚴重的地區(qū)，優(yōu)化存量，加強就地消納。鼓勵具備跨省跨區(qū)輸電通道的送端地區(qū)優(yōu)先配置風電項目。

2.2 風電消納未來發(fā)展趨勢

最直接的是從風力發(fā)電和并入電網等方面提高技術水平，如風電功率預測技術，風電場儲能技術，風電并網自適應技術，風電場無功補償技術等。

隨著電動汽車的普及，結合風電出力間歇性波動性的特點，將汽車充放電和風電出力進行聯合調度，讓需求側和電源側充分配合，將為大規(guī)模實現風電消納提供機會。

同時，能源互聯網的提出，打破了傳統獨立能源的發(fā)展概念，打造智能電網。在電力系統的作用下，在新能源發(fā)電技術、微電網以及交通網、天然氣等系統的共同作用下，建立化石能源向分布式可再生能源的轉變，提高能源利用率，減少棄風量。

3 常用的風電并網儲能技術

在環(huán)境問題日益嚴重的今天，新能源得到了迅速發(fā)展，風電的裝機容量在不斷擴大，但隨之而來的問題是部分地區(qū)棄風嚴重，其波動性，間歇性的特點給電網穩(wěn)定運行帶來了挑戰(zhàn)。儲能技術具有穩(wěn)定且靈活調節(jié)電網頻率的能力，成為有效解決風電消納問題的手段之一。

風電并網中的較成熟的儲能方式大致分為以下幾種方式：物理儲能、電化學儲能、化學儲能、電磁儲能和熱儲能，儲能技術分類如圖1 所示。根據裝機容量需使用不同的儲能技術，才能使電力系統安全穩(wěn)定運行。

圖1 儲能技術分類

抽水儲能技術目前來說發(fā)展最為成熟，由于其儲能容量較大被廣泛應用，使用壽命長。通過高水位到低水位之間勢能和電能的轉換來實現能量的轉換。壓縮空氣儲能也同樣適用于大規(guī)模的儲能，其原理是在電網處于負荷低谷期時，將電能用于壓縮空氣，在電網負荷高峰期時，釋放壓縮空氣推動汽輪機發(fā)電達到儲能。電池儲能是將電能以化學能的方式儲存起來，鋰電池和液流電池從性能來看具有很大的優(yōu)勢。超導儲能是利用超導體的特性制成的儲能裝置，其響應速度快且穩(wěn)定。

綜合對儲能技術的探討，將儲能系統應用于新能源發(fā)電側，和分布式電源協同規(guī)劃，優(yōu)化電力系統電源結構，對未來時段風電的消納能力做出定量判斷，有助于實現系統“削峰填谷”，增強機組出力的靈活調節(jié)，使棄風問題明顯改善。

4 結 語

綜上所述，風電作為新型清潔能源，在電力市場占據越來越大的比重。通過考慮我國自身的能源特點和電網結構，探討了相關的應對措施，明確了風電消納的方向，同時積極建立并完善儲能系統，為風電并網在電力系統中穩(wěn)定運行打下堅實的基礎，實現可持續(xù)發(fā)展。