儲(chǔ)能技術(shù)在解決大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)問(wèn)題中的應(yīng)用前景探討

林書(shū)文

摘要：近年來(lái)我國(guó)大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的規(guī)模開(kāi)始增加，但是，在大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組應(yīng)用效率問(wèn)題、短時(shí)電力調(diào)節(jié)問(wèn)題等，不能確保大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的效果，對(duì)其長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展造成不利影響。而儲(chǔ)能技術(shù)屬于先進(jìn)的技術(shù)，可以通過(guò)電池、抽水蓄壓、超級(jí)電容、機(jī)械設(shè)備、導(dǎo)電等儲(chǔ)能方式，有效解決大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)中存在的問(wèn)題，為其后續(xù)的建設(shè)和發(fā)展夯實(shí)基礎(chǔ)。

Abstract： In recent years， the scale of large-scale wind power grid connection in China has begun to increase. However， in the process of large-scale wind power grid connection， there are often wind turbine application efficiency problems and short-term power regulation problems， which cannot ensure the effect of large-scale wind power grid connection and has adversely affected its long-term development. Energy storage technology is an advanced technology that can effectively solve the problems existing in large-scale wind power grid integration through batteries， pumped storage， super capacitors， mechanical equipment， electrical conductivity and other energy storage methods， and lay a solid foundation for subsequent construction and development.

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)能技術(shù);大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)問(wèn)題;應(yīng)用前景

Key words： energy storage technology;large-scale wind power grid connection problem;application prospects

中圖分類(lèi)號(hào)：TM614 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）25-0220-02

0 ?引言

大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的過(guò)程中，為了解決目前所存在的問(wèn)題，應(yīng)該積極采用先進(jìn)的儲(chǔ)能技術(shù)，強(qiáng)化各方面的儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用效果，有效解決目前存在的大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)工作問(wèn)題，達(dá)到預(yù)期的技術(shù)應(yīng)用目的。

1 ?儲(chǔ)能技術(shù)分析

對(duì)于儲(chǔ)能技術(shù)而言，目前在電力系統(tǒng)中已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用，可以應(yīng)用在發(fā)電領(lǐng)域、輸電領(lǐng)域、配電領(lǐng)域、終端用戶(hù)領(lǐng)域中。儲(chǔ)能技術(shù)中主要有抽水蓄能系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、飛輪系統(tǒng)、化學(xué)電池系統(tǒng)、超級(jí)電容器系統(tǒng)等等，其中的抽水蓄能技術(shù)較為成熟，可以有效開(kāi)展儲(chǔ)能工作。為了合理應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)，應(yīng)該對(duì)技術(shù)分類(lèi)形成全面、準(zhǔn)確的了解，按照實(shí)際情況合理應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)，具體的分類(lèi)為：

1.1 電池儲(chǔ)能類(lèi)型的技術(shù)

通常情況下，在大功率的場(chǎng)所中主要使用鉛酸蓄電池設(shè)備，形成應(yīng)急電源、電廠富裕能量的存儲(chǔ)作用。在功率較小的場(chǎng)所中，也能夠利用反復(fù)性充電的干電池開(kāi)展工作，例如：使用鋰離子類(lèi)型的電池進(jìn)行處理，可以起到儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用效果。

1.2 抽水蓄能類(lèi)型的儲(chǔ)能技術(shù)

此類(lèi)技術(shù)能夠和核電站之間相互配套，主要因?yàn)楹穗娬镜陌l(fā)電功率處于固定狀態(tài)，不能針對(duì)發(fā)電功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，在建設(shè)的過(guò)程中，可以通過(guò)在電網(wǎng)中設(shè)置配套的抽水蓄能電站系統(tǒng)，夜晚用電低谷的階段，可以使用電能對(duì)抽水機(jī)進(jìn)行開(kāi)洞處理，使得位置較低水庫(kù)之內(nèi)的水能夠抽離到位置較高的水庫(kù)，形成電能消耗的形式。在白天用電高峰階段，可以借助位置較高水庫(kù)中的水，對(duì)水輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行推動(dòng)處理，使其可以發(fā)電，起到輸出電能的作用。

1.3 超級(jí)電容類(lèi)型的儲(chǔ)能技術(shù)

此類(lèi)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，可以將電容器當(dāng)做是儲(chǔ)能的部件，其中所儲(chǔ)存的電能和電容、端電壓之間的平方呈現(xiàn)出正比，也就是E=C*U*U/2。此類(lèi)技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中，所存儲(chǔ)的電容很容易保持在一定狀態(tài)之內(nèi)，無(wú)需設(shè)置超導(dǎo)體，同時(shí)還能使得電容量從原本的微法級(jí)向著法拉級(jí)的方向發(fā)展，形成良好的儲(chǔ)能工作模式。除此之外，在使用此類(lèi)技術(shù)的過(guò)程中，可以將超級(jí)電容器設(shè)備當(dāng)作是大功率物理二次電源，可以在一定環(huán)境中代替蓄電池，提升整體的儲(chǔ)能工作效果。

1.4 機(jī)械飛輪類(lèi)型的儲(chǔ)能技術(shù)

此類(lèi)技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中，可以提升能量、功率的調(diào)整效果，延長(zhǎng)設(shè)備的應(yīng)用壽命，具有一定的優(yōu)勢(shì)，屬于當(dāng)前較為良好的儲(chǔ)能基礎(chǔ)設(shè)施。機(jī)械飛輪類(lèi)型儲(chǔ)能技術(shù)在應(yīng)用期間，其中有飛輪設(shè)備、電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)設(shè)備、電力電子變換器設(shè)備，其中的電力電子轉(zhuǎn)換器設(shè)備，可以從外部區(qū)域輸入電能，使得電動(dòng)機(jī)受到驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)設(shè)備還可以帶動(dòng)相關(guān)的飛輪部分旋轉(zhuǎn)，存儲(chǔ)機(jī)械能，不僅可以提升系統(tǒng)的運(yùn)行效果，還能調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行頻率、電壓等級(jí)，滿(mǎn)足不同系統(tǒng)的運(yùn)作需求。

2 ?大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)問(wèn)題分析

2.1 短時(shí)電力問(wèn)題分析

當(dāng)前我國(guó)在大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)期間，還存在短時(shí)電力的調(diào)節(jié)問(wèn)題，不能確保風(fēng)電的穩(wěn)定性，存在間歇性問(wèn)題與波動(dòng)性問(wèn)題，這樣不僅會(huì)導(dǎo)致備用電容的數(shù)量增加，還會(huì)徒增企業(yè)的成本，對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)展造成不利影響。如果不能科學(xué)合理應(yīng)對(duì)當(dāng)前的短時(shí)電力調(diào)節(jié)問(wèn)題，將會(huì)導(dǎo)致風(fēng)電并網(wǎng)的工作效果降低，不能確保風(fēng)電并網(wǎng)的穩(wěn)定性，難以通過(guò)短時(shí)電力的有效調(diào)節(jié)提升風(fēng)電并網(wǎng)的工作水平。

2.2 風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行問(wèn)題

大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的過(guò)程中，風(fēng)電機(jī)組在實(shí)際應(yīng)用期間還存在穩(wěn)定性、運(yùn)行效率等問(wèn)題，主要因?yàn)樵诖笠?guī)模風(fēng)電并網(wǎng)期間很容易有電能通道擁擠的現(xiàn)象，風(fēng)場(chǎng)中存在多余功率，電能浪費(fèi)問(wèn)題嚴(yán)重，風(fēng)電機(jī)組也無(wú)法有效控制和協(xié)調(diào)管理。與此同時(shí)，在使用風(fēng)電機(jī)組期間，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)電容過(guò)度的現(xiàn)象，充電的危害性嚴(yán)重，機(jī)組之間也容易有低壓穿越的問(wèn)題，如果不能采用有效措施解決此類(lèi)問(wèn)題，將會(huì)誘發(fā)較為嚴(yán)重的后果，不能保證風(fēng)電機(jī)組的高效化、有效性運(yùn)行，難以滿(mǎn)足當(dāng)前的風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)展需求，對(duì)各方面的風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行效果、運(yùn)行穩(wěn)定性與運(yùn)行可靠性會(huì)產(chǎn)生直接影響[1]。

2.3 電能質(zhì)量問(wèn)題

大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)電能質(zhì)量問(wèn)題，主要因?yàn)樵诖笠?guī)模采用風(fēng)電并網(wǎng)形式的過(guò)程中，輸出的功率會(huì)大幅度提升，經(jīng)常會(huì)在輸出功率過(guò)高的情況下出現(xiàn)電壓波動(dòng)現(xiàn)象與其他的問(wèn)題，不能確保電壓的穩(wěn)定性，電能質(zhì)量很低。由于在實(shí)際工作中不能確保電能質(zhì)量問(wèn)題，很容易在大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)期間出現(xiàn)安全隱患、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性問(wèn)題，難以確保各方面的服務(wù)工作質(zhì)量，甚至?xí)?duì)風(fēng)電并網(wǎng)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展造成諸多不利影響。

2.4 電源的電網(wǎng)擾動(dòng)問(wèn)題

電源屬于電網(wǎng)中較為重要的基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行會(huì)造成直接影響，只有確保電源運(yùn)行的穩(wěn)定性，才能保證電網(wǎng)的高效化使用。但是目前在大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)電源的電網(wǎng)擾動(dòng)問(wèn)題，不能確保電源系統(tǒng)的友好性、高效化與安全性，難以在電網(wǎng)運(yùn)行期間確保電源應(yīng)用的效果，甚至還會(huì)出現(xiàn)擾動(dòng)性的問(wèn)題。

3 ?儲(chǔ)能技術(shù)在解決大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)問(wèn)題中的應(yīng)用前景

目前在大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)短時(shí)電力穩(wěn)定性問(wèn)題、風(fēng)電機(jī)組的應(yīng)用效率問(wèn)題等等，不能保證大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的良好發(fā)展。因此在未來(lái)的大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的過(guò)程中，應(yīng)該積極采用儲(chǔ)能技術(shù)，有效解決相關(guān)問(wèn)題。具體的應(yīng)用前景為：

3.1 解決短時(shí)電力的問(wèn)題

大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)期間，風(fēng)電缺乏穩(wěn)定性，存在間歇性現(xiàn)象與波動(dòng)性現(xiàn)象，很容易使得系統(tǒng)的備用電容大幅度增加，成本有所提升，不能確保經(jīng)濟(jì)效益。而在使用儲(chǔ)能技術(shù)的過(guò)程中，能夠有效解決此類(lèi)問(wèn)題，調(diào)整短時(shí)電力，通過(guò)儲(chǔ)能基礎(chǔ)設(shè)施中的輸出功率，有效調(diào)節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的功率，例如：在風(fēng)電并網(wǎng)期間，如若系統(tǒng)運(yùn)行功率比輸出功率高，就可以使用儲(chǔ)能基礎(chǔ)設(shè)施針對(duì)功率進(jìn)行吸收處理，在系統(tǒng)運(yùn)行功率比輸出功率低的情況下，儲(chǔ)能技術(shù)設(shè)施就可以輸出功率，這樣在一定程度上可以起到良好的調(diào)節(jié)作用，解決目前風(fēng)電并網(wǎng)過(guò)程中所存在的問(wèn)題，降低成本的同時(shí)提升經(jīng)濟(jì)效益，保證各方面的工作效果[2]。

3.2 解決風(fēng)電機(jī)組的應(yīng)用問(wèn)題

儲(chǔ)能技術(shù)中存在的最高功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)，能夠有效增強(qiáng)風(fēng)電機(jī)組的應(yīng)用效果，最高程度上采集風(fēng)能。例如：使用飛輪、電池和超導(dǎo)蓄能的相關(guān)系統(tǒng)，可以提升風(fēng)電并網(wǎng)的穿透功率效果，提升機(jī)組的運(yùn)行效率，在電能通道處于擁擠狀態(tài)的狀況下，就可以將風(fēng)場(chǎng)中的多余功率存儲(chǔ)下來(lái)，之后補(bǔ)給到風(fēng)力較弱的系統(tǒng)，形成能量替換作用，預(yù)防出現(xiàn)電能浪費(fèi)的問(wèn)題，解決風(fēng)電并網(wǎng)過(guò)程中的風(fēng)電機(jī)組應(yīng)用問(wèn)題。除此之外，在使用儲(chǔ)能技術(shù)期間，還可以確保機(jī)組運(yùn)行的低壓穿透性，在風(fēng)電機(jī)組的直流母線(xiàn)中設(shè)置相關(guān)的超級(jí)電容儲(chǔ)能基礎(chǔ)設(shè)施，也就是雙電荷層電容器設(shè)備，在直流鏈中電壓很高的情況下，就可以在直流母線(xiàn)中吸收功率，在電壓過(guò)低的時(shí)候，就可以釋放功率，這樣可以確保風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性，預(yù)防出現(xiàn)故障問(wèn)題與功率不平衡的問(wèn)題，規(guī)避電容過(guò)度出現(xiàn)充電危害性的問(wèn)題，消除機(jī)組的低壓穿越的功率問(wèn)題，有效進(jìn)行調(diào)節(jié)處理，提升供電的穩(wěn)定性，保證電容基礎(chǔ)設(shè)施的應(yīng)用壽命，保證企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[3]。

3.3 解決電能質(zhì)量的問(wèn)題

風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)展的過(guò)程中，風(fēng)電屬于清潔性、可再生的能源，將其應(yīng)用在電網(wǎng)發(fā)電的領(lǐng)域中，在大范圍、大規(guī)模使用之后，會(huì)導(dǎo)致輸出功率增加，很容易誘發(fā)電壓波動(dòng)問(wèn)題與其他問(wèn)題。在此情況下，就應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況，積極采用先進(jìn)的儲(chǔ)能技術(shù)，有效解決電能質(zhì)量問(wèn)題。例如：可以使用超導(dǎo)蓄能基礎(chǔ)設(shè)施與技術(shù)，提升風(fēng)機(jī)設(shè)備輸出穩(wěn)定性，保證發(fā)電的效果，在超導(dǎo)蓄能裝置的支持下，解決目前存在的問(wèn)題，減少響應(yīng)的時(shí)間，形成系統(tǒng)功率的快速補(bǔ)償作用，平衡功率輸出狀態(tài)，減少工作成本，增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)效益，有效解決目前風(fēng)電并網(wǎng)的問(wèn)題。

3.4 解決電源的電網(wǎng)擾動(dòng)問(wèn)題

風(fēng)電并網(wǎng)的過(guò)程中，應(yīng)該積極采用儲(chǔ)能技術(shù)有效解決電源的電網(wǎng)擾動(dòng)問(wèn)題，改善動(dòng)態(tài)響應(yīng)的特征，提升抗干擾能力、穩(wěn)定性能，確保風(fēng)電并網(wǎng)工作的高效化實(shí)施。由于在風(fēng)電并網(wǎng)期間很容易出現(xiàn)適應(yīng)性、友好性問(wèn)題，傳統(tǒng)的電力生產(chǎn)與傳輸方式已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)前的系統(tǒng)運(yùn)行需求，因此，要積極使用先進(jìn)的儲(chǔ)能技術(shù)，將大規(guī)模風(fēng)電集中接入到相關(guān)電力系統(tǒng)之內(nèi)，明確其中有無(wú)電源不適應(yīng)的現(xiàn)象，在儲(chǔ)能系統(tǒng)的支持下，設(shè)置具有時(shí)間尺度靈活響應(yīng)特點(diǎn)的電源結(jié)構(gòu)，提升電力系統(tǒng)的柔性，有效解決當(dāng)前所面臨的問(wèn)題。例如：儲(chǔ)能技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中，將充電和放電周期控制在30毫秒級(jí)到2分鐘級(jí)，適當(dāng)采用超級(jí)電容器設(shè)備、飛輪儲(chǔ)能技術(shù)、超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)等，可以增強(qiáng)大擾動(dòng)的“穿越”性能，應(yīng)對(duì)當(dāng)前存在的問(wèn)題。與此同時(shí)，在使用儲(chǔ)能技術(shù)的過(guò)程中，還可以通過(guò)在風(fēng)電場(chǎng)、風(fēng)電場(chǎng)群中進(jìn)行小范圍的規(guī)劃處理，借助儲(chǔ)能基礎(chǔ)設(shè)備與先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)提升電力的穩(wěn)定性，保證頻率的穩(wěn)定性，改善當(dāng)前的風(fēng)電抗擾性與穩(wěn)定性，增強(qiáng)應(yīng)用效果[4]。由此可見(jiàn)，在解決風(fēng)電并網(wǎng)問(wèn)題的過(guò)程中，儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用前景良好，相關(guān)部門(mén)應(yīng)該注重先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施的應(yīng)用，歸納總結(jié)豐富的經(jīng)驗(yàn)，制定完善的規(guī)劃方案，打破傳統(tǒng)工作的局限性，確保可以利用儲(chǔ)能技術(shù)有效解決風(fēng)電并網(wǎng)的問(wèn)題，形成良好的技術(shù)作用。

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