分析儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

王寶安 張楠 吳朝陽(yáng)

摘要：隨著社會(huì)的進(jìn)步，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)水平不斷的發(fā)展，人們的生活質(zhì)量有了顯著提高，我國(guó)對(duì)能源的需求也隨之不斷的增加。國(guó)際相關(guān)部門(mén)預(yù)測(cè)，我國(guó)在未來(lái)的二十年將成為世界上能源消耗的大國(guó)，因此我國(guó)現(xiàn)階段需要大力發(fā)展能源事業(yè)，其中風(fēng)力發(fā)電將成為我國(guó)發(fā)電的主導(dǎo)技術(shù)，當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中儲(chǔ)能技術(shù)是比較重要的研究課題，儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用能夠有效的防止風(fēng)力發(fā)電的功率反復(fù)變化，輸出電壓較為平穩(wěn)，保障電能質(zhì)量和風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)能技術(shù)；風(fēng)力發(fā)電；應(yīng)用

一、儲(chǔ)能技術(shù)的類(lèi)型

1.1超導(dǎo)電力磁儲(chǔ)能技術(shù)

超導(dǎo)電力磁儲(chǔ)能技術(shù)是指利用超導(dǎo)體電感線(xiàn)圈對(duì)電網(wǎng)供電時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)能量進(jìn)行存儲(chǔ)，儲(chǔ)存的能量待需要時(shí)有效的釋放出來(lái)供電網(wǎng)使用。超導(dǎo)電力磁儲(chǔ)能技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)，如：超導(dǎo)電力磁儲(chǔ)能系統(tǒng)能量釋放的速度快，能量輸送的過(guò)程無(wú)需能量轉(zhuǎn)換，比容量及比功率較大，響應(yīng)的速度快且效率較高；超導(dǎo)電力磁儲(chǔ)能技術(shù)在能量?jī)?chǔ)存的過(guò)程中損耗比較小，能量回饋的效率高；超導(dǎo)電力磁儲(chǔ)能技術(shù)可以較好的調(diào)節(jié)電壓、頻率及功率。目前超導(dǎo)電力磁儲(chǔ)能系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中。

1.2超級(jí)電容儲(chǔ)能技術(shù)

超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)是基于雙電層電容器而研制的儲(chǔ)能裝置，超級(jí)電容儲(chǔ)能技術(shù)能夠使脈沖功率增強(qiáng)，充電時(shí)間比較短，充電時(shí)電解質(zhì)溶液里的異性離子被電荷吸附并附著在電極表面，產(chǎn)生雙電荷層，從而形成了雙電層電容。目前我國(guó)已經(jīng)對(duì)超級(jí)電容儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行了十幾年的研究，并已研制出了一系列的超級(jí)電容儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)品。超級(jí)電容儲(chǔ)能技術(shù)多應(yīng)用于電能質(zhì)量功率峰值較高的在電力系統(tǒng)中，能夠有效的提高電力系統(tǒng)的供電能力。

1.3飛輪儲(chǔ)能技術(shù)

飛輪儲(chǔ)能技術(shù)是利用電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)使飛輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生動(dòng)能，待有需要的時(shí)候，通過(guò)飛輪的動(dòng)能使發(fā)電機(jī)發(fā)電，供用戶(hù)使用。超導(dǎo)和電磁懸浮技術(shù)、大功率變流技術(shù)等技術(shù)的出現(xiàn)使飛輪儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展迅速。飛輪儲(chǔ)能技術(shù)使能量轉(zhuǎn)化時(shí)損耗較少，轉(zhuǎn)化率可達(dá)到90%以上，另外噪聲小、可持續(xù)工作、無(wú)污染及維修簡(jiǎn)便等特點(diǎn)也是飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)所在。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)在停止充電后，最長(zhǎng)也可連續(xù)工作數(shù)十個(gè)小時(shí)。目前電力系統(tǒng)的電網(wǎng)調(diào)峰和頻率控制工作主要應(yīng)用飛輪儲(chǔ)能技術(shù)，某些發(fā)達(dá)國(guó)家的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)已開(kāi)始應(yīng)用飛輪儲(chǔ)能技術(shù)。

1.4蓄電池儲(chǔ)能技術(shù)

蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)一般由電池、交直流逆變器、控制裝置組成，利用電池正極和負(fù)極的氧化還原反應(yīng)來(lái)進(jìn)行放電及充電，目前蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)廣泛的應(yīng)用于太陽(yáng)能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，根據(jù)化學(xué)物質(zhì)的不同，蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中的電池類(lèi)型也不同，如鈉硫儲(chǔ)能電池、鉛酸儲(chǔ)能電池、鋰離子儲(chǔ)能電池、鎳鎘儲(chǔ)能電池、鎳氫儲(chǔ)能電池、液流儲(chǔ)能電池等等。

1.5壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)

壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中比較廣泛，是利用氣輪機(jī)進(jìn)行電網(wǎng)調(diào)峰的一種儲(chǔ)能技術(shù)，在電網(wǎng)負(fù)荷較低的時(shí)候，利用電能將空氣壓縮并密封存儲(chǔ)，當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷較高的時(shí)候，將壓縮的空氣釋放出來(lái)推動(dòng)汽輪機(jī)運(yùn)動(dòng)發(fā)電。

1.6氫燃料電池儲(chǔ)能技術(shù)

氫燃料電池儲(chǔ)能系統(tǒng)是將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，但目前由于運(yùn)輸及存儲(chǔ)的安全性、提取費(fèi)用較高等問(wèn)題并未被廣泛的應(yīng)用。

1.7抽水儲(chǔ)能技術(shù)

抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)一般應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)峰、集中式發(fā)電當(dāng)中，由于地理?xiàng)l件的限制，大多數(shù)風(fēng)電場(chǎng)無(wú)法應(yīng)用抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)。

二、儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)電并網(wǎng)過(guò)程中的應(yīng)用

2.1提高系統(tǒng)穩(wěn)定性

電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的根本問(wèn)題是功率平衡問(wèn)題。電力系統(tǒng)的有功功率、無(wú)功功率交換可以借助儲(chǔ)能系統(tǒng)的快速功率響應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而能夠保障系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定。風(fēng)電場(chǎng)從系統(tǒng)中吸收的無(wú)功功率會(huì)隨著風(fēng)電并網(wǎng)容量增大而增大，引起系統(tǒng)電壓上升。為應(yīng)對(duì)這種情況，風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)配置合理容量的儲(chǔ)能裝置來(lái)保障系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性。同時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力可在在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行快速、高效的補(bǔ)償，降低諧波畸變率，提高系統(tǒng)抗擾動(dòng)、保持功率平衡的能力，保證系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。綜上所述，為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)配置一定容量的具有快速響應(yīng)能力的儲(chǔ)能系統(tǒng)，可以靈活有效地提高風(fēng)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.2增加風(fēng)電穿透功率極限

風(fēng)電出力的隨機(jī)性和波動(dòng)性是大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)問(wèn)題的根本原因，由此產(chǎn)生的電力系統(tǒng)的電壓波動(dòng)、電壓電流波形畸變、閃變等電能質(zhì)量問(wèn)題，會(huì)降低風(fēng)電穿透功率極限。儲(chǔ)能裝置與先進(jìn)的電力電子裝置相結(jié)合可以提高電能質(zhì)量。影響風(fēng)電穿透功率極限（WPP）水平的因素因系統(tǒng)而異，因此不同系統(tǒng)配備的儲(chǔ)能技術(shù)也不同。風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)后，若為了保證電能質(zhì)量而強(qiáng)行降低風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)容量，會(huì)降低風(fēng)電穿透功率。對(duì)此，主要靠短時(shí)功率的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償提高系統(tǒng)的電能質(zhì)量，這就要求儲(chǔ)能系統(tǒng)具備毫秒級(jí)功率動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力。因此，儲(chǔ)能技術(shù)可以提高系統(tǒng)的WPP水平。此外，風(fēng)電場(chǎng)發(fā)生出力波動(dòng)或故障時(shí)，其中的異步發(fā)電機(jī)加速失去穩(wěn)定，產(chǎn)生電壓崩潰，對(duì)風(fēng)電穿透功率極限的影響十分明顯。此時(shí)，借助儲(chǔ)能系統(tǒng)可為系統(tǒng)增加風(fēng)電穿透功率。

2.3提高供電充裕性

此外，風(fēng)電機(jī)組出力波動(dòng)和負(fù)荷變化還會(huì)引起系統(tǒng)供電充裕性不足。這是由于大規(guī)模風(fēng)電的并網(wǎng)，使得系統(tǒng)中傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的出力靜態(tài)特性發(fā)生變化，導(dǎo)致系統(tǒng)供電不足。此時(shí)，儲(chǔ)能技術(shù)可作為備用電源進(jìn)行發(fā)電，平滑風(fēng)電出力曲線(xiàn)。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電比例較高時(shí)，系統(tǒng)對(duì)調(diào)頻及負(fù)荷跟蹤和事故備用有了更高的要求。這就要求儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電周期應(yīng)在分鐘級(jí)，同時(shí)，也提高了系統(tǒng)對(duì)基荷機(jī)組組合的要求。當(dāng)風(fēng)電并網(wǎng)容量較大時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電周期可維持在小時(shí)至日級(jí)。針對(duì)風(fēng)電發(fā)力的隨機(jī)性和波動(dòng)性給電網(wǎng)帶來(lái)的不適應(yīng)，儲(chǔ)能裝置的靈活響應(yīng)特性使得其在電力系統(tǒng)中可以當(dāng)作一個(gè)具有不同時(shí)間尺度的電源，為解決大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)供電充裕性問(wèn)題提供了思路。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，能源公司作為電力能源開(kāi)發(fā)的重要機(jī)構(gòu)之一，為保證給人們創(chuàng)造更多的電力能源，需重視風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研發(fā)，應(yīng)不斷的引用先進(jìn)的儲(chǔ)能技術(shù)來(lái)對(duì)開(kāi)發(fā)的電能進(jìn)行存儲(chǔ)，并將其應(yīng)用到適宜的場(chǎng)合，為人們提供可靠的電力能源。總之，儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用大大提高了電力資源的利用率，最大程度上滿(mǎn)足人們對(duì)電力資源的需求。提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與適應(yīng)性，促進(jìn)電力資源的優(yōu)化配置，降低了電力企業(yè)的投資成本及電能的應(yīng)用成本，不僅大大提高了電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，且其社會(huì)效益與十分顯著。

參考文獻(xiàn)：

[1]李士武，張延續(xù).淺談儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].工程技術(shù)（文摘版），2016.

[2]董爽.儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016.

（作者單位：特變電工新疆新能源股份有限公司）