基于風(fēng)力發(fā)電的配電網(wǎng)側(cè)儲能容量優(yōu)化設(shè)計(jì)

（中國電建集團(tuán)江西省電力建設(shè)有限公司，江西省南昌市，330000） 劉 剛

1 儲能設(shè)備對風(fēng)力發(fā)電電網(wǎng)系統(tǒng)的影響

1.1 減少電網(wǎng)擴(kuò)容頻率

由于電力屬于特殊能源，需要隨發(fā)隨用，而電網(wǎng)作為輸電主要形式，就要保證電源的穩(wěn)定供應(yīng)，當(dāng)輸電峰值超過電網(wǎng)輸電能力時，就要對電網(wǎng)進(jìn)行擴(kuò)容，以便滿足電力需求。實(shí)際上，由于工業(yè)生產(chǎn)與生活用電具有一定的明顯波動，而電力運(yùn)輸則可以24小時運(yùn)輸，這就導(dǎo)致電網(wǎng)擴(kuò)容后存在容量使用不足的問題，加入儲能設(shè)備后，可以調(diào)節(jié)用電高峰，降低高峰期用電電網(wǎng)負(fù)荷，從而減輕電網(wǎng)擴(kuò)容頻率，在現(xiàn)有電網(wǎng)容量前提下滿足用電需求。

1.2 減少風(fēng)力發(fā)電電能損耗

風(fēng)力發(fā)電受到氣候的影響因素較大，由于風(fēng)力存在變化，這就導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電輸出功率一直處于變化中，而電網(wǎng)則需要穩(wěn)定的電源供給，如果輸電功率波動較大，會對電網(wǎng)負(fù)荷產(chǎn)生影響。采用儲能設(shè)備，可以平衡風(fēng)力發(fā)電波峰與波谷。當(dāng)前電網(wǎng)中，風(fēng)力發(fā)電最小功率作為輸電的標(biāo)準(zhǔn)值，在這種情況下，高于風(fēng)力發(fā)電最小功率時的電量就不得不舍棄，影響風(fēng)力發(fā)電的效率，采用儲能設(shè)備，可以將多余電量儲存后進(jìn)行削峰填谷，提高風(fēng)力設(shè)備的最小輸電功率，提高風(fēng)力設(shè)備的發(fā)電功率。

1.3 減少常規(guī)備用電容

目前，風(fēng)力發(fā)電在并網(wǎng)后，由于發(fā)電功率一直處于變化中，因此往往需要配備一定的火電進(jìn)行調(diào)峰，以確保供電的穩(wěn)定性。隨著風(fēng)力發(fā)電的快速增長，在發(fā)電裝機(jī)容量占比中快速上升，減少對火電的依賴勢在必行，在這種情況下，提高風(fēng)力發(fā)電的穩(wěn)定性就十分必要。目前，采用儲能設(shè)備是減少常規(guī)備用電容最有效的方法。該原理與抽水蓄能原理十分相似，通過儲能設(shè)備儲存電量，用來平衡風(fēng)力發(fā)電中電網(wǎng)波動，從而提高輸電的穩(wěn)定性，降低對以傳統(tǒng)化石能源為依賴的備用電容依賴，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電的自主并網(wǎng)發(fā)電。

2 風(fēng)力發(fā)電中儲能接入方式

2.1 直流側(cè)儲能接入方式

直流側(cè)儲能接入方式，具有保證風(fēng)機(jī)兩端電壓的作用，當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行時，直流側(cè)儲能可以保證在低壓時風(fēng)機(jī)的電壓穿透能力得到提高，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中儲存風(fēng)機(jī)中的能量。一般直流側(cè)儲能采用超級電容器，配備以大容量蓄電池，保證風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中對電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)輸。當(dāng)電壓過高時，系統(tǒng)中儲存的能量會經(jīng)過電容器進(jìn)入到蓄電池中，完成充電過程，當(dāng)風(fēng)機(jī)電壓過低時，這時蓄電池會進(jìn)行放電，將存儲的能量放出，維持風(fēng)力發(fā)電電力輸出。采用直流側(cè)儲能方式，儲存的能量能夠起到削峰填谷的作用，風(fēng)力發(fā)電中電力效率得到提高，對于電網(wǎng)的沖擊也會降低，保證及時在低電壓環(huán)境下，風(fēng)機(jī)也能正常發(fā)電。

2.2 交流側(cè)儲能接入方式

風(fēng)力發(fā)電往往采用風(fēng)機(jī)集群的方式，采用集中連片分布，因此在儲能方式上，也可以分為集中式連接與分散式連接。由于每個風(fēng)機(jī)的瞬時功率不同，在發(fā)電時產(chǎn)生的電壓與電流也存在差別，因此在配電網(wǎng)儲能接入方式上，可以將不同風(fēng)機(jī)發(fā)出的電量進(jìn)行集中儲能。在將所有風(fēng)機(jī)設(shè)備接入后，經(jīng)過集中式的連接和負(fù)荷側(cè)的分散式的連接，實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)發(fā)電電壓、電流調(diào)節(jié)，降低風(fēng)力發(fā)電的波動，實(shí)現(xiàn)發(fā)電設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

3 基于風(fēng)力發(fā)電配電網(wǎng)側(cè)儲能容量優(yōu)化設(shè)計(jì)策略

3.1 采用高性能電容與儲能電池

風(fēng)力發(fā)電中，配電網(wǎng)側(cè)儲能容量要想充分發(fā)揮優(yōu)化風(fēng)電效果，就要根據(jù)風(fēng)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功率采用合適的電容與儲能電池。當(dāng)電池容量明顯小于風(fēng)機(jī)功率時，就會對儲能電池造成過充，這樣既會影響電池的使用壽命，也會造成風(fēng)力發(fā)電設(shè)備電源的浪費(fèi)。采用儲能電池明顯超過風(fēng)機(jī)發(fā)電功率時，會造成儲能電池采購成本的上升，造成資源的浪費(fèi)。需要根據(jù)風(fēng)機(jī)的額定功率與瞬時最大功率，確定儲能電池的容量與電容。在儲能電池選擇上，當(dāng)前除了鋰電池外，廣泛應(yīng)用的磷酸鐵鋰等其他電池材料也具有競爭優(yōu)勢。鋰電池充放電快，同等體積下容量高，但是采購成本較高，因此需要根據(jù)項(xiàng)目投資實(shí)際情況選擇儲能電池材質(zhì)，還要考慮到后期的安全維護(hù)。

3.2 選擇合適的電路接入方式

優(yōu)化線路接入方式，可以降低風(fēng)力發(fā)電中的電網(wǎng)波動，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。目前，在配電網(wǎng)側(cè)儲能容量設(shè)計(jì)中，主要分為直流側(cè)儲能接入方式與交流側(cè)儲能接入方式。從實(shí)踐來看，直流側(cè)儲能主要適合單臺及分散式風(fēng)機(jī)儲能，通過對單臺風(fēng)機(jī)的儲能優(yōu)化，可以保證風(fēng)機(jī)運(yùn)行時保持在穩(wěn)定狀態(tài)，確保在低壓時風(fēng)機(jī)通過儲能放電輸出穩(wěn)定電流，而在高壓時，儲能裝置吸收多余電量，完成電池儲能。交流儲能接入方式適合連片風(fēng)機(jī)群，對于不同分機(jī)出口的電壓、電流不同，采用交流儲能方式可以根據(jù)每個風(fēng)機(jī)的電壓與電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對不同電網(wǎng)的電壓優(yōu)化，解決風(fēng)機(jī)配電網(wǎng)側(cè)儲能容量分布問題。

3.3 儲能設(shè)備成本的優(yōu)化

風(fēng)力發(fā)電成本在部分地區(qū)目前已經(jīng)低于熱電廠發(fā)電成本，但是受制于發(fā)電的穩(wěn)定性，對于電網(wǎng)造成沖擊，因此影響風(fēng)力發(fā)電成本因素還體現(xiàn)在儲能裝置成本上。以側(cè)儲能為例，其成本包括場地費(fèi)用、建設(shè)成本、儲能設(shè)備成本、維護(hù)成本、設(shè)備折舊成本等。在對配電網(wǎng)側(cè)儲能容量優(yōu)化中，成本優(yōu)化是一項(xiàng)重要因素。在儲能成本中，占據(jù)主要成本因素的是儲能設(shè)備成本，該部分成本除了疊加到電力成本外，還可以考慮與火電企業(yè)合作，實(shí)現(xiàn)成本均攤。由于風(fēng)力發(fā)電中，側(cè)儲能容量不僅體現(xiàn)在增加風(fēng)力發(fā)電效率提高上，還能緩解風(fēng)力發(fā)電對電網(wǎng)的沖擊，通過儲能設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的平穩(wěn)供電。當(dāng)前，儲能成本較高，因此在衡量其投資回報(bào)時，除了直接的經(jīng)濟(jì)效益外，還要看到其對電網(wǎng)的間接調(diào)峰作用，特別是考慮到綠色風(fēng)電的環(huán)境效益，在這種趨勢下，對于配電網(wǎng)側(cè)儲能容量優(yōu)化才能有合理的成本優(yōu)勢。

4 結(jié)語

風(fēng)力發(fā)電功率具有不可預(yù)測性，特別是并入電網(wǎng)后，由于瞬時功率變化，會對電網(wǎng)穩(wěn)定造成沖擊。采用側(cè)儲能方式，可以有效平抑風(fēng)電波峰與波谷，使風(fēng)電能夠平穩(wěn)進(jìn)入電網(wǎng)。在側(cè)儲能容量優(yōu)化中，采用高性能電容與大容量電池，選擇合適的電路接入方式，可以有效提高側(cè)電網(wǎng)容量。此外，考慮到當(dāng)前儲能電池成本較高的現(xiàn)狀，還應(yīng)當(dāng)與傳統(tǒng)火力發(fā)電等企業(yè)進(jìn)行合作，共同投入資金建設(shè)側(cè)儲能設(shè)備，分?jǐn)傎Y金壓力。