微电网储能技术在风电上的发展现状与前景

冯森 曹钰鑫

摘 要：储能技术可以有效补偿和改善分布式风力发电的随机性、间歇性和波动性，从而保证微电网系统稳定运行。本文以微电网风力发电系统为例，对现阶段各储能技术的作用、分类和优化配置进行讨论，从不同维度对各储能技术的性能指标进行比较，并根据微电网的特点和要求，指出储能技术未来的研究方向和发展前景。

关键词：微电网;储能技术;风力发电

中图分类号：TM732;TM614文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2020）04-0121-02

Abstract： Energy storage technology can compensate and improve the randomness， intermittent and fluctuation of distributed wind power generation， so as to ensure the stability of the microgrid system. Taking the microgrid wind power generation system as an example， this paper discussed the role， classification and optimal configuration of various energy storage technologies at present， compared the performance indicators of each energy storage technology from different dimensions， and pointed out the future research direction and development prospect of energy storage technology according to the characteristics and requirements of microgrid.

Keywords： microgrid;energy storage technology;wind power

随着世界范围内对电力的需求不断增长，用户对电能要求也越来越多样化和复杂化。微电网依靠风能等可再生能源分布式发电的灵活性和可控性，对化解大型集中电网的弊端和充分挖掘经济效益有积极作用。储能装置是微电网的重要组成部分，通过与分布式发电机组的互补作用，保证其在较大功率范围内工作，平抑间歇性输出引起的功率波动，在并网和孤岛模式下都能保证微电网系统的安全稳定性。

1 储能技术在微电网中发挥的作用

1.1 提供短时供电

在并网与孤岛两种模式转换时出现的功率缺额，或者由于外界环境的不稳定引起可再生能源输出电能的变化，储能设备可以为电网中的用户提供备用供电，维持微电网系统的功率平衡，保证微电网不间断运行。

1.2 参与电力调峰

分布式风机的能量随风速的变化而变化，储能系统在负荷低谷时，对多余的能量进行储存;在负荷高峰时，将储存的能量释放回馈给微电网，削峰填谷，优化微电网经济运行和能量管理，提高能量利用率和电力系统灵活性。

1.3 改善电能质量

风能的间歇性和波动性均较强，为平抑输出功率波动引起的电流谐波畸变、电压闪变[1]等现象，需要对微电网并网逆变器进行控制，向电网和负荷提供功率支撑，从而使风电达到并网的要求。

2 微电网中常用的储能技术

储能装置的性能关系到其能否在微电网中发挥应有的作用。理想的储能装置通常具有以下特点：能量密度大，小体积存储大能量;功率密度大，补偿系统功率波动;储能效率高，能量交换及时;环境适应性强，不受外界干扰。

根据能量存储的形式，可将储能技术分为机械储能、电磁储能和化学储能。根据功能还可将储能技术分为能量型储能和功率型储能。能量型储能主要以蓄电池储能和压缩空气储能为代表，适用于大容量能量存储;功率型储能主要以超级电容储能和超导储能为代表[2]，具有较高的功率密度和较快的响应速度。以下是目前应用于风电微电网的主要储能技术。

第一，蓄电池储能。蓄电池储能发展起步早，制造技术成熟。将高能量密度的蓄电池储能与风电结合，可以满足高峰负荷时的电能需求，也可协助功率补偿装置，提高风电可调度性。

第二，超级电容储能。超级电容器在保持传统电容释放能量快的基础上，还具有更高的介电常数，更大的耐压能力和存储容量[3]。在高山气象台、边防哨所等偏远地区建设风电微电网时，超级电容成为理想的储能装置。

第三，超导储能。超导储能利用超导线圈储存电网供电励磁产生的能量，在需要时将磁能转换为电能输送回电网或直接向负荷供电。超导体线圈能量密度和利用效率高，能量动态响应快，可以有效控制风力发电机的转速偏差[4]，增强风机系统的运行稳定性。

第四，飞轮储能。风速随机性强，飞轮响应速度快，能及时跟踪电气量的波动。当风机输出功率大于负荷功率时，飞轮转子旋转加速，将电能转化为机械能进行存储;反之，飞轮拖动发电机释放能量，从而平滑输出。

3 各种储能方式比较

现阶段，各种储能装置都不能兼顾功率密度、能量密度、使用寿命、技术成熟、环保及经济成本等方面的要求。表1对各种储能方式的性能指标进行了比较，蓄电池储能凭借成熟的制造技术和经济成本优势应用广泛。虽然其他储能方式的相关理论研究已有很多，但距离商业化推广还有一定距离。

4 储能技术发展研究前景

4.1 加快储能技术性能优化

对于已通过商业评估、技术成熟的储能技术，进一步提升性能、降低成本，推进储能技术向模块化、标准化和集成化发展。对于应用前景广阔但技术掌握尚未国有化的储能技术，应加大研发力度，突破瓶颈，使其尽快达到示范验证水平[5]。

4.2 发展混合储能系统

单一储能方式或多或少存在局限性，还没有一种储能装置能完全达到电力系统对储能设备各个方面的要求。微电网在并网运行时，分布式风电的间歇波动性和负荷的峰谷电能差异通常并存，单一储能方式难以协调应对。因此，可以结合各个储能技术的特性发展混合储能系统。

4.3 优化储能系统的规划与配置

储能装置容量的配置将对系统电能质量、经济可行性和环境影响等方面产生重要影响。基于分布式风电场地址选择、负荷动态需求、设备寿命的经济性等方面的优化，储能装置能兼容多场景、有统一的对外标准、配置灵活可靠、易于维护等，从而实现储能的价值叠加。

5 结语

储能技术的蓬勃发展得益于先进的电力电子技术、材料技术和控制理论的不断完善。本文对微电网储能技术的作用、分类和性能进行探讨，并提出储能技术未来的研究发展方向。大规模风电并网推动储能技术不断发展，如何针对微电网的特性，制定出满足电网运行可靠性要求和用户个性化需求的储能方案，成为未来微电网研究的新课题。

参考文献：

[1]梁静，刘纳，李爱魁，等.适用于抑制电压闪变的储能技术比较[J].电源技术，2017（8）：1239-1241.

[2]王亚东，黄云峰，李晓彤，等.基于强化学习的复合储能微电网控制技术[J].山东工业技術，2019（6）：159，171.

[3]杜平，万玉良，吴坚，等.储能型风电场作为电网黑启动电源的关键技术问题[J].河南科技，2017（21）：127-128.

[4]刘越.探析储能技术在风力发电系统中的运用[J].电子测试，2019（4）：91-92.

[5]陈海生，凌浩恕，徐玉杰.能源革命中的物理储能技术[J].中国科学院院刊，2019（4）：450-459.