浅议储能技术在风力发电系统中的运用

杨光+张朋

摘 要：随着最近这些年化石燃料的逐渐枯竭，地球的温室效应日益严重，一些可再生能源得到了极大的关注，尤其是对于风力发电技术的发展。近些年我国的风电机组大规模的接入电网，从而使风力发电所占的比重不断增加。如果采取限制风电场的规模并减小接入电网的比重，那么将会对风能的利用造成一种严重的浪费，并且对我国的风电事业的发展造成巨大的影响。因此，如何提高风力发电系统的稳定性越来越受到我们的重视。

关键词：储能技术；风力发电；风电并网

中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）23-0100-02

1 风电并网产生的影响

在大规模风电并网发展的今天，风电功率的大幅度波动易破坏电网的功率平衡，进而带来电能质量的明显下降，危及电网的稳定运行。风电并网后将对以下几方面造成影响。首先，对于电网稳定性的影响，由于风能的不确定性将会导致风电功率的随机变化，对电力系统造成一种冲击，严重时可能使整个系统失去稳定性，造成系统瘫痪。其次，对电网电压的影响，一些大型的风电场接入电网后，将会对整个电网的电压稳定性产生一些影响，例如电网电压的波动、闪变以及电压不平衡现象。最后，对电网发电计划和调度的影响非常大，由于风能的间歇性、波动性和难以预测性直接给我国的电网制定发电计划、运行方式和调度造成了很大困难，加上国内外并没有一些较为准确的风功率预测系统，这样一旦风电机组的装机容量足够大，将会直接影响电力的调度运行，电力调度部门往往会被迫限制风电，而阻碍风力发电的发展。

因此，要想进行大规模的开发和利用风力发电技术，其最有效的手段就是將风电场并网运行，但是风电场自身的特性对整个电网安全性的影响也在不断的加剧。因此，为了提高风电接入电网稳定性，我们采取最为有效的办法就是改进风机的控制策略和应用储能装置。虽然，进行风力发电机组的控制策略改进实现起来相对简单，但是在对风力发电机控制方法的改进基本都是需要我们舍弃大部分风能来实现的，这样一来无法实现风能的最大化利用，并且受到风电机组自身的控制能力和风速的影响，对于改善的幅度也是有限的，很难能够达到我们预期的效果。而与改进风机的控制策略相比，要是将储能装置应用在风电场中，不仅能够达到抑制风电功率波动的目的，还能够在不改变已并网的风电机组控制策略的情况下，实现较大时间尺度内的风电机组的出力平滑。

2 风力发电系统中储能技术的分类

目前，我国的风力发电系统中的储能技术主要分为以下几类，首先是超导储能系统，通过运用超导线制造成一个线圈，将存储风力发电系统中的磁场能量，并且在有需求时，将储存的能量再次送回电网内。其次，超导电容器储能系统，通过利用电化学双电层结构研制的储能系统，不仅能够增强脉冲功率，还能使电荷在电解质溶液中，形成双电荷层。而蓄电池储能系统主要是通过电池的正极、负极，来提供氧化还原，从而完成充电和放电，蓄电池储能系统选择的化学物质不同，能够构建不同类型的储能系统。最后是飞轮储能系统，通过在机械运动的作用下，将长期的存储飞轮机械运动中的动能，使用时再将动能转换为电能。

3 储能技术在风力发电系统中的应用

本文以中小型风力发电系统结构为例，分析储能技术的应用。储能技术解决了风力发电不稳定的问题，运用互补的方法，完善中小型风力发电系统的运行环境。具体的构成结构如图1。

图1中，电能储存装置是指储能技术的应用，安装在风力发电系统的直流总线中，在直流端汇合了发电设备、电控设备，风力发电系统输出的交流电，在AC/DC逆变器的作用下，转换成了直流电，经过充电控制器，供电给直流负载，而储能技术的应用，就是将充电控制器的直流负载，存储并输送到DC/AC逆变器，转化为AC负载，而多余的电能仍旧会存储在电能储存装置中，以免发生电能浪费。储能技术在小型风力发电系统内，考虑到输出功率的变化，尤其是功率与风矿的关系，以此来确保负荷处于连续供电的状态。该中小型风力发电系统内，引入了储能技术，得到了高效的应用。结合储能技术，分析其在风力发电系统中的应用，如下：

3.1 负荷调节

风力发电系统的运行中，储能技术应用在负荷调节方面。当发电系统处于负荷低谷期时，储能技术适当的充电，系统在负荷高峰期时，主动放电，有效调节了负荷，以免风力发电系统有不恰当的操作情况，表明储能技术在负荷调节中的实践应用。

3.2 负荷跟踪

储能技术为风力发电系统提供了负荷跟踪的方法，风力发电系统中，在电力电子接口位置，接入了畜电池储能系统、飞轮储能系统、超导电磁储能系统等，运用储能技术，可以跟踪接口处的负荷变化，而且是在快速的状态下，跟踪负荷，把控风力发电系统的应用。

3.3 稳定系统

储能系统在风力发电系统中，无功功率、有功功率的变化非常快，并且较为明显，储能技术可以在频率振荡、功率中，发挥阻尼的作用，维护风力发电系统的稳定，所以风力发电系统逐步将储能技术，应用到风力发电的系统稳定中。

3.4 功率控制

功率控制是指储能技术主动校正风力发电系统的功率，还要控制功率因数。例如：在中小型风力发电系统内，储能技术与电力电子的接口位置，可以快速的提供有功功率、无功功率，目的是确保风力发电系统的稳定及功率效率。

3.5 黑启动能力

黑启动能力是储能技术在风力发电系统中的一类功能，在系统孤岛运行的过程中，储能系统可以提供系统启动的电能资源，确保风力发电系统启动的有效性。

3.6 延缓容量

风力发电系统有容量上的需求，储能技术可以在一定程度上，延缓系统对容量的需求，包括发电容量、输电容量。例如：储能技术延缓了风力发电系统的容量，可以削平负荷峰值，降低风力发电系统的容量需求，减轻调峰机组的运行压力，风力发电系统在延缓容量时，在恰当的位置，设置储能系统，促使储能技术能够在风力发电系统的低谷期实行充电，以此来简要负荷容量，增加系统输电的容量。endprint

3.7 提高利用率

储能技术在用电的高峰期，提高了风力发电系统的利用率，逐步增加发电系统的整体能量。例如：中小型风力发电系统，储能技术用于调节系统的不稳定，控制负荷的峰谷比，存储多出的电能，重新应用到负荷高峰時期，避免存储与转换期间发生电能损失，现代风力发电系统中，在提高利用率方面，可以选择碳纳米管超级电容器储能系统结构，优化风力发电系统的应用。

4 储能技术在风力发电系统中的前景

储能技术在风力发电系统中的应用前景，表现出较大的挖掘价值。在未来发展中，结合风力发电系统的运行，针对储能技术提出几点建议，首先，必须要注重储能技术在风力发电系统中的成本控制，从而逐步降低储能技术的成本，提升能量转换的实际效率，促使储能技术在未来风力发电系统中，能够得到普及应用。第二，要将储能技术的建设重点放在额定功率、环境条件、成熟度方面，这样能够管理好风力发电系统的电能质量，从而体现出储能技术在未来的应用前景。第三，储能技术中根据不同类型的技术种类，对风力发电系统调峰的作用，从而实现大规模的储能，保证风力发电资源的合理运用，避免造成大量的电能损失。第四，在风力发电系统中，实行多种储能技术混合应用的模式，这样能够确保储能技术在风力发电系统中实现经济型运用，还能做到能量管理与质量管理的经济可行的储能方案，推进储能技术的发展。

5 结语

风能属于一种清洁、经济、可再生的能源，受到电力行业的高度重视。如果在风力发电系统中全面的配置储能技术，不仅能够提高风力发电的水平，还能够降低对于不可再生能源的消耗，因此，电力行业必须要充分认识储能技术的重要性，保证储能技术在风力发电系统中的有效应用。

参考文献

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