提高风电消纳能力和储能技术研究综述

2020-07-02陈芳芳

时代农机 2020年4期

赵倩，陈芳芳

（云南民族大学电气信息工程学院，云南昆明 650500）

随着传统能源日益减少，环境问题日益突出，风力发电因其永久性、清洁性和灵活性越来越被认可，风电产业有着巨大的发展空间。在我国，如何缓解能源危机、解决环境资源问题、发展电力新能源，对于解决电力供需紧张和人民生活方方面面的提高都有重大意义，大力发展风电建设已成为我国能源结构的重要组成部分。

1 我国风电发展的特点

作为全球最大的风电市场，中国2019 年陆上风电新增并网容量为23.8GW，累计达到230GW。由于在2018 年底之前核准的陆上风电项目超过60GW，全球风能理事会（GWEC）预计，已经在2019年下半年兴起的装机热潮将在2020 年持续进行。2020 年，中国陆上风电新增装机容量可能会达到30GW。从新增装机布局来看，主要集中在山西、河北、广西、青海和宁夏五省区，分别为37 万千瓦、28万千瓦、27 万千瓦、25 万千瓦和20 万千瓦。诸多数据充分证明我国风电新能源正逐步走向快速发展阶段。

我国风电发展的特点如下：

（1）风电开发集中度较高。不同于欧洲国家的是我国风电开发模式主要为集中的、大规模的远距离传输，同时受风能分布不均的影响，风电开发地域也有很大不同。

（2）风电利用水平不断提升。中国内蒙古、辽宁、黑龙江等风能资源丰富的区域风电累计并网容量、风电设备利用率等指标与丹麦、德国等风电发达的国家基本相当。

（3）风电技术和管理水平较低。由于我国风机技术起步较晚，造成风电场的自动化水平较低，缺乏无功补偿设备。

2 提高风电消纳能力的措施及未来发展趋势

2.1 提高风电消纳的有效措施

（1）全面构建完善的风电发展政策。我国风电发展起步较晚，在大规模风电并网管理经验上还稍显欠缺，目前还没有出台国家层面的风电发展配套政策，如风电并网、调度等方面的准则及规范。同时，科学合理的制定分时电价政策，在用电低谷时，倡导电厂给风力发电提供空间，鼓励用户使用低谷电能。

（2）建立多种能源互补模式。结合我国现阶段的能源分布特点和电源结构，将电力系统中的水利发电、风力发电、光伏发电、煤碳发电等多种方式的电源联合起来，取长补短，节能减排，充分发挥各类电源互补优势，提高风电消纳能力。

（3）精准的风电功率预测。提高风电消纳能力的前提是保证电网的安全稳定运行，电力系统调度是影响风电消纳的关键因素。通过研究预测模型和风速、天气、湿度等气象预报来得到精准的风电功率预测结果，平衡风电波动，来达到电力系统优化调度的目的。

（4）优化风电建设布局。对于弃风限电地区，控制新增装机规模，防止产能过剩的问题。弃风问题严重的地区，优化存量，加强就地消纳。鼓励具备跨省跨区输电通道的送端地区优先配置风电项目。

2.2 风电消纳未来发展趋势

最直接的是从风力发电和并入电网等方面提高技术水平，如风电功率预测技术，风电场储能技术，风电并网自适应技术，风电场无功补偿技术等。

随着电动汽车的普及，结合风电出力间歇性波动性的特点，将汽车充放电和风电出力进行联合调度，让需求侧和电源侧充分配合，将为大规模实现风电消纳提供机会。

同时，能源互联网的提出，打破了传统独立能源的发展概念，打造智能电网。在电力系统的作用下，在新能源发电技术、微电网以及交通网、天然气等系统的共同作用下，建立化石能源向分布式可再生能源的转变，提高能源利用率，减少弃风量。

3 常用的风电并网储能技术

在环境问题日益严重的今天，新能源得到了迅速发展，风电的装机容量在不断扩大，但随之而来的问题是部分地区弃风严重，其波动性，间歇性的特点给电网稳定运行带来了挑战。储能技术具有稳定且灵活调节电网频率的能力，成为有效解决风电消纳问题的手段之一。

风电并网中的较成熟的储能方式大致分为以下几种方式：物理储能、电化学储能、化学储能、电磁储能和热储能，储能技术分类如图1 所示。根据装机容量需使用不同的储能技术，才能使电力系统安全稳定运行。

图1 储能技术分类

抽水储能技术目前来说发展最为成熟，由于其储能容量较大被广泛应用，使用寿命长。通过高水位到低水位之间势能和电能的转换来实现能量的转换。压缩空气储能也同样适用于大规模的储能，其原理是在电网处于负荷低谷期时，将电能用于压缩空气，在电网负荷高峰期时，释放压缩空气推动汽轮机发电达到储能。电池储能是将电能以化学能的方式储存起来，锂电池和液流电池从性能来看具有很大的优势。超导储能是利用超导体的特性制成的储能装置，其响应速度快且稳定。

综合对储能技术的探讨，将储能系统应用于新能源发电侧，和分布式电源协同规划，优化电力系统电源结构，对未来时段风电的消纳能力做出定量判断，有助于实现系统“削峰填谷”，增强机组出力的灵活调节，使弃风问题明显改善。