風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中儲能技術(shù)的應(yīng)用分析

趙妮 馬曉燕 阿拉善職業(yè)技術(shù)學(xué)院

1 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)儲能技術(shù)概述

1.1 電磁儲能

電磁儲能的核心是利用磁場將風(fēng)力產(chǎn)生的電力轉(zhuǎn)化為可供儲存的電力。目前，超導(dǎo)磁體儲能是一種被普遍使用的電磁儲能技術(shù)。超導(dǎo)磁體儲能技術(shù)無需進(jìn)行能源的轉(zhuǎn)換，可以直接將風(fēng)能產(chǎn)生的電力儲存起來，從而有效避免了電力的無謂浪費。此外，這種技術(shù)的操作流程也非常簡潔，使用起來并不復(fù)雜，速度極快，能夠提高電力儲存的效率。在需要儲存電力的情況下，這種方法能夠在短時間內(nèi)產(chǎn)生相對較大的功率，從而能夠迅速且準(zhǔn)確地滿足相關(guān)需求。

1.2 蓄電池儲能技術(shù)

簡言之，蓄電池儲能技術(shù)依賴于電池的氧化還原反應(yīng)來實現(xiàn)充放電。由于這個系統(tǒng)使用的設(shè)備并不復(fù)雜，因此，這項技術(shù)被廣泛地運用于小型分布式發(fā)電。由于構(gòu)成蓄電池的化學(xué)元素有一定的區(qū)別，因此，蓄電池儲能技術(shù)也會有所區(qū)別。根據(jù)相關(guān)研究人員的研究，將鉛酸電池運用于電力儲存的技術(shù)正逐步發(fā)展壯大。目前，鉛酸電池的容量可達(dá) 20MW。此類電池不僅擁有完善的技術(shù)，而且價格經(jīng)濟，因此在電力儲存方面無須投入大量資金。然而，鉛酸電池的壽命相對較短，一般只能維持4a，而且若是沒有得到適當(dāng)?shù)奶幹茫€會導(dǎo)致大氣環(huán)境的污染。目前，我們國家的無污染處理技術(shù)還有待提高，因此，這類型的電池的使用受到了限制。

鋰離子電池是一種常見的蓄電池類型，它的功率相對較高，但是它的性能會受到環(huán)境條件的顯著影響。鋰離子電池通常并不具備長久的使用壽命，因此，它們通常并不會被廣泛地用作風(fēng)力發(fā)電的儲能工具。

1.3 機械儲能

我國大部分的風(fēng)能儲存都是采用機械儲能技術(shù)。這種技術(shù)目前被廣泛應(yīng)用于電力儲存領(lǐng)域。其主要工作原理是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能進(jìn)行儲存。這種技術(shù)的實施流程相對簡單，操作過程中不會產(chǎn)生嚴(yán)重的安全問題。當(dāng)我們需要利用儲存的電力，只需將儲存的機械能量轉(zhuǎn)化為電力即可。飛輪儲能則是通過電力的推動將電力轉(zhuǎn)化為動力，然后進(jìn)行長期儲存。盡管這種技術(shù)可能會產(chǎn)生能量的互換，進(jìn)而導(dǎo)致一些能源的浪費，這也是其顯著的缺點。近年來，我國的電磁技術(shù)和超導(dǎo)磁懸浮軸承技術(shù)取得了飛速的進(jìn)步，并逐漸成熟，這些技術(shù)為飛輪儲能提供了強大的技術(shù)支持。

1.4 其他儲能形式

我國還擁有其他的儲能技術(shù)。在這些技術(shù)中，抽水蓄能設(shè)備已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用，然而由于風(fēng)能發(fā)電場的限制，它們并不能在風(fēng)能儲能中使用。此外，還有氫燃料電池儲能技術(shù)，主要利用氫氣作為儲能的媒介。氫燃料電池的制造過程相當(dāng)簡單，并且不需要大量的投入，也不會對環(huán)境造成污染。因此，它擁有極為廣闊的市場。根據(jù)我們國家的研究動向，科學(xué)家們正在努力降低這種電池的制造成本，如果能真正降低其制造成本，那么這種電池一定能被更廣泛地使用。

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

2.1 氫燃料儲能技術(shù)

電化學(xué)裝置類型的氫燃料儲能設(shè)備能夠持續(xù)將燃料和氧化劑中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。這種設(shè)備的容量非常大，根據(jù)電解質(zhì)的特性，燃料電儲能設(shè)備可以被分為三種類型，分別是質(zhì)子交換膜燃料儲能設(shè)備、直接甲醇燃料儲能設(shè)備和堿性染料儲能設(shè)備。此外，燃料儲能設(shè)備也可以被分解為不同的部分，例如電解質(zhì)、陰極和陽極，其運作原理都是一致的。

目前，固體氧化物燃料儲能裝置與質(zhì)子交換膜燃料儲能裝置被廣泛應(yīng)用于風(fēng)能儲能的過程。這兩種裝置的核心操作流程如下：首先，氧氣與燃料氣體會經(jīng)由雙擊板的氣體路徑進(jìn)入陰陽極，然后從膜電極的擴散層進(jìn)入催化層；其次，膜陽極催化劑的表面會出現(xiàn)氫氣的分解，生成電子、質(zhì)子和水等元素。在這里，電子從外部電路經(jīng)過負(fù)荷輸送到陰極，而其余的元素則經(jīng)質(zhì)子交換膜磺酸基輸送到陰極。第三個方面，在陰極催化劑的表面，氧原子與這三種元素發(fā)生交互，從而形成了水。

儲存氫能的技術(shù)能夠達(dá)到持續(xù)儲能的目標(biāo)，常見的儲能手段包括三種，也就是金屬化、液態(tài)和壓縮。目前，我們主要依賴燃料儲能裝置、電解槽和氫儲存罐等組件進(jìn)行氫儲能裝置的生產(chǎn)，然后將其應(yīng)用到風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)中。假如風(fēng)力極其強勁，那么電解池就會圍著水分子執(zhí)行電化學(xué)反應(yīng)，從而生成氫氣并儲藏在氫儲罐里。當(dāng)氫儲罐完全沒有容器的情況下，剩下的電力就會流向輸送負(fù)荷。一旦有電力需求，設(shè)備內(nèi)的氧氣與氫氣就會發(fā)生交互，從而產(chǎn)生電力，來滿足輸送負(fù)荷對電力的需求。

2.2 混合儲能技術(shù)

目前，我國的大部分風(fēng)能發(fā)電設(shè)備都采用了蓄電池這種儲能設(shè)備，但是這種設(shè)備的功率密度并不高，使用壽命也不長，維護(hù)和管理也相當(dāng)復(fù)雜。此外，它還可能對自然環(huán)境造成一些影響，因此，我們應(yīng)該更加重視回收工作。

超級電容器儲能設(shè)備無需進(jìn)行維護(hù)和管理，其使用壽命較長，并且具有極高的功率密度和運行效率。因此，它可以采用兩種不同的結(jié)構(gòu)形式，一種是有源結(jié)構(gòu)；另一種是無源結(jié)構(gòu)。通過將蓄電池儲能設(shè)備和超級電容器儲能設(shè)備相結(jié)合，我們可以創(chuàng)建出混合儲能設(shè)備。采用這種混合儲能設(shè)備的構(gòu)造方式，不僅可以優(yōu)化蓄電池儲能設(shè)備的充放電過程，延長其使用壽命，還能提升系統(tǒng)的技術(shù)性和經(jīng)濟性，最終有效提高儲能轉(zhuǎn)換的運行效率和質(zhì)量。

2.3 碳納米管超級電容器

四個關(guān)鍵組成部分構(gòu)成了超級電容器儲能裝置，即電流采集設(shè)備、電解液、隔離物和極板。它們通過圍繞電解液進(jìn)行極化處理，從而達(dá)到能量儲存的目的。就像蓄電池一樣，這個裝置在充電階段主要采用離子方式來保持電荷。通常，這個設(shè)備會使用活性炭纖維、金屬氧化物和碳納米管等各種元素來制造基本的電極。碳納米管儲能設(shè)備在這方面展現(xiàn)出極高的化學(xué)穩(wěn)定性和導(dǎo)電特性，同時也擁有相對較強的機械特性和較大的長徑比，能夠執(zhí)行超過10 萬次的充放電循環(huán)，具有極長的使用壽命，并且具有極高的可靠性，無需進(jìn)行任何維護(hù)管理。

3 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中儲能技術(shù)的應(yīng)用前景

在進(jìn)行電力供應(yīng)的調(diào)整時，我們通常會選擇使用如抽水儲能和壓縮空氣儲能等技術(shù)手段。對于規(guī)模較小的儲能設(shè)備，電池儲能是最佳的選擇，然而，如果是電動汽車儲能或混合儲能設(shè)備，那么使用超級電容儲能就更為恰當(dāng)了。此外，如果要進(jìn)行電網(wǎng)的調(diào)頻或保證電力的品質(zhì)，那么使用超導(dǎo)電磁儲能技術(shù)和飛輪儲能技術(shù)就更為恰當(dāng)。

在使用風(fēng)能發(fā)電設(shè)備時，我們通常會優(yōu)先關(guān)注儲能技術(shù)的費用，因此，未來我們需要特別關(guān)注和研究如何提高能量轉(zhuǎn)換的效率和降低儲能技術(shù)的費用。隨著風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的不斷進(jìn)步，許多儲能技術(shù)已經(jīng)逐漸完善和改良，并且在該系統(tǒng)的使用范圍也日益廣泛。儲能技術(shù)的各個層次，例如其成熟度、使用費用和特性，都將影響其在風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的實施，同時，系統(tǒng)能夠存儲電力的根本原因是具備對電力品質(zhì)的監(jiān)督能力。為了確保風(fēng)電場的電力傳輸能夠穩(wěn)定無誤，我們需要依賴相關(guān)的科技手段。目前，能夠?qū)崿F(xiàn)電壓穩(wěn)定的科技主要有超導(dǎo)儲能、液流儲能和超級電容儲能等。當(dāng)外部電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，這些科技手段能夠迅速并準(zhǔn)確地提供穩(wěn)定的電壓，進(jìn)而保證電網(wǎng)的正常運行。對于大規(guī)模的風(fēng)能發(fā)電設(shè)備，通常會采用能夠?qū)崿F(xiàn)峰值調(diào)節(jié)的儲能技術(shù)手段，包括鈉硫儲能電池和液流電池儲能技術(shù)等多種方法。

4 結(jié)語

目前風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)普遍采用多樣化的儲能技術(shù)，如果能夠科學(xué)且合理地使用，不僅可以顯著增加能源的存儲量，還會極大地提高系統(tǒng)的運行效率。