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

（魯能新能源（集團）有限公司甘肅分公司，甘肅 蘭州 730070）

引言

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，越來越多的人們開始重視環(huán)境保護，全球氣溫變暖、溫室效應(yīng)等等都影響著人們的日常生活。為了改善當(dāng)前環(huán)境，相關(guān)職能部門對于新能源的研究也在不斷加大力度。近幾年來，我國提出了新能源振興計劃，就風(fēng)力發(fā)電而言，其對環(huán)境造成的污染較小，可再生性強，得到了人們的廣泛認可。從一定意義上來講，風(fēng)力發(fā)電涉及到了方方面面的相關(guān)技術(shù)，充分運用儲能技術(shù)，將風(fēng)能進行管理，從而不斷提高風(fēng)力發(fā)電的效率和質(zhì)量。根據(jù)相關(guān)的實際調(diào)查我們可以看出，當(dāng)前我國的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)運用于一些領(lǐng)域中，并且正朝著風(fēng)電場輸出功率的方向進一步發(fā)展，預(yù)計兩年之后風(fēng)力發(fā)電將作為我國最為重要的發(fā)電技術(shù)[1]。

一、儲能技術(shù)的分類和特性

（一）飛輪儲能系統(tǒng)

飛輪儲能技術(shù)基本原理是裝置中圓盤在電能驅(qū)動帶動下發(fā)生旋轉(zhuǎn)，在此過程中電動機電能轉(zhuǎn)化成圓盤旋轉(zhuǎn)的動能，這些動能被儲存在加速質(zhì)量塊內(nèi)，在需要時，發(fā)電機就會在飛輪驅(qū)動下進行發(fā)電。飛輪儲能技術(shù)儲存時間通常以“小時”為單位，存儲容量相對一般，但此類儲能裝置具有較強動態(tài)性，能夠在短時間內(nèi)釋放出極大能量，因此常常用于快速調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)頻率。飛輪儲能技術(shù)的出現(xiàn)，有效彌補了短時與長時儲能系統(tǒng)的不足，因此該儲能技術(shù)可用于補償風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電功率短期變化現(xiàn)象。

（二）超導(dǎo)儲能系統(tǒng)

在實際工作過程中，超導(dǎo)儲能系統(tǒng)相比飛輪儲能系統(tǒng)具有一定的差異性。它是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榇艌瞿芰窟M行有效的存儲，當(dāng)相關(guān)人員要進行使用時則再次轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。超?dǎo)儲能技術(shù)作為一種新型技術(shù)，能夠?qū)﹄娔苓M行長時間的有效存儲，并且在轉(zhuǎn)化過程中將能量損耗降低到最低，從而提高了能量使用效率。在將磁場能量進行電能的輸出時，其轉(zhuǎn)化效率及速度極快。從一定意義上來講，超導(dǎo)儲能系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化效率大約在95%左右。超導(dǎo)儲能系統(tǒng)的主要應(yīng)用優(yōu)勢在于具有良好的動態(tài)性，能夠?qū)ο到y(tǒng)指令做出極快的反應(yīng)，因此其在社會領(lǐng)域中的運用十分廣泛，能夠在很大程度上提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，運用于輸配電工程等等[2]。

（三）蓄電池儲能技術(shù)

在從一定意義上來講，蓄電池儲能技術(shù)應(yīng)當(dāng)是最早的儲能技術(shù)手段之一，經(jīng)過長期的探究和摸索，在生活中得到了一定的實際應(yīng)用。長期以來，相關(guān)學(xué)者對于蓄電池的儲能技術(shù)研究較多，隨著其容量的不斷擴大，存儲容量也進一步得到了提升和發(fā)展。蓄電池儲能技術(shù)已經(jīng)逐漸成為了人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡牟糠帧?/p>

（四）超級電容器儲能技術(shù)

超級電容器儲能技術(shù)是基于電化學(xué)雙電層理論而產(chǎn)生的，該儲能技術(shù)的超級電容器儲能裝置能釋放巨大脈沖功率，在充電時確保電力表面始終處于最佳狀態(tài)，同時周邊電解質(zhì)溶液內(nèi)的異性離子也會被電荷所吸引，從而附著在電極表面，最終促使雙電荷層產(chǎn)生。

（五）其他儲能技術(shù)

除上述幾類儲能技術(shù)之外，目前較為常用的儲能技術(shù)還包括抽水儲能技術(shù)、壓縮空氣儲能技術(shù)以及氫燃料電池儲能技術(shù)等。抽水儲能技術(shù)通常應(yīng)用在電力系統(tǒng)調(diào)峰以及集中式發(fā)電方面，該技術(shù)受地理條件影響較大，不少風(fēng)電場無法滿足抽水蓄能電站建設(shè)條件，所以在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中難以應(yīng)用。

二、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中儲能技術(shù)的具體應(yīng)用

（一）氫燃料儲能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

氫燃料儲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。此類儲能裝置容量沒有上限，從電解質(zhì)角度來看，可將燃料電儲能裝置分為質(zhì)子交換膜燃料儲能裝置、直接甲醇燃料儲能裝置以及堿性燃料儲能裝置等。燃料儲能裝置可分為電解質(zhì)、陰極與陽極，工作原理也都基本相同?，F(xiàn)階段，固體氧化物燃料儲能裝置以及質(zhì)子交換膜燃料儲能裝置是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中最為常見的燃料儲能裝置。

（二）混合儲能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

目前，我國絕大部分風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)都是采用蓄電池作為儲能裝置，但蓄電池儲能裝置功率密度相對較低，使用壽命相對較短，維護工作量較大，并且還會對環(huán)境造成污染，需要加強回收工作。而超級電容器儲能裝置則不需要維護，使用壽命相對較長，同時此類儲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)以及無源式結(jié)構(gòu)兩種方式，將蓄電池儲能裝置與超級電容儲能裝置并聯(lián)起來，構(gòu)成一種混合儲能裝置[3]。

（三）碳納米管超級電容器在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

超級電容器儲能裝置主要由電流采集裝置、電解質(zhì)、隔離物以及兩個極板組成，通過對電解質(zhì)進行極化達到能量儲存目的。與蓄電池相同，超級電容器儲能裝置在充電過程中，以離子形式將電荷儲存下來，超級電容器儲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。其中碳納米管儲能裝置的化學(xué)穩(wěn)定性與導(dǎo)電性非常強，并且具有較高的機械強度與長徑比，此類儲能裝置能夠進行超過10 萬次的深度充放電循環(huán)，壽命非常長，同時還具有非常高的可靠性，且無需維護，十分適用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中。

結(jié)論：

相關(guān)研究部門應(yīng)當(dāng)立足于生活實際需求以及社會發(fā)展現(xiàn)狀，加大對儲能技術(shù)的開發(fā)研究，提高風(fēng)力發(fā)電的效率和質(zhì)量。