储能技术在风力发电系统中的应用探究

2020-12-08

魅力中国 2020年26期

（鲁能新能源（集团）有限公司甘肃分公司，甘肃兰州 730070）

引言

随着社会经济的不断发展，越来越多的人们开始重视环境保护，全球气温变暖、温室效应等等都影响着人们的日常生活。为了改善当前环境，相关职能部门对于新能源的研究也在不断加大力度。近几年来，我国提出了新能源振兴计划，就风力发电而言，其对环境造成的污染较小，可再生性强，得到了人们的广泛认可。从一定意义上来讲，风力发电涉及到了方方面面的相关技术，充分运用储能技术，将风能进行管理，从而不断提高风力发电的效率和质量。根据相关的实际调查我们可以看出，当前我国的风力发电技术已经运用于一些领域中，并且正朝着风电场输出功率的方向进一步发展，预计两年之后风力发电将作为我国最为重要的发电技术[1]。

一、储能技术的分类和特性

（一）飞轮储能系统

飞轮储能技术基本原理是装置中圆盘在电能驱动带动下发生旋转，在此过程中电动机电能转化成圆盘旋转的动能，这些动能被储存在加速质量块内，在需要时，发电机就会在飞轮驱动下进行发电。飞轮储能技术储存时间通常以“小时”为单位，存储容量相对一般，但此类储能装置具有较强动态性，能够在短时间内释放出极大能量，因此常常用于快速调节电力系统频率。飞轮储能技术的出现，有效弥补了短时与长时储能系统的不足，因此该储能技术可用于补偿风力发电系统中发电功率短期变化现象。

（二）超导储能系统

在实际工作过程中，超导储能系统相比飞轮储能系统具有一定的差异性。它是将电能转变为磁场能量进行有效的存储，当相关人员要进行使用时则再次转变为电能。超导储能技术作为一种新型技术，能够对电能进行长时间的有效存储，并且在转化过程中将能量损耗降低到最低，从而提高了能量使用效率。在将磁场能量进行电能的输出时，其转化效率及速度极快。从一定意义上来讲，超导储能系统的能量转化效率大约在95%左右。超导储能系统的主要应用优势在于具有良好的动态性，能够对系统指令做出极快的反应，因此其在社会领域中的运用十分广泛，能够在很大程度上提高系统的稳定性，运用于输配电工程等等[2]。

（三）蓄电池储能技术

在从一定意义上来讲，蓄电池储能技术应当是最早的储能技术手段之一，经过长期的探究和摸索，在生活中得到了一定的实际应用。长期以来，相关学者对于蓄电池的储能技术研究较多，随着其容量的不断扩大，存储容量也进一步得到了提升和发展。蓄电池储能技术已经逐渐成为了人们日常生活中不可或缺的部分。

（四）超级电容器储能技术

超级电容器储能技术是基于电化学双电层理论而产生的，该储能技术的超级电容器储能装置能释放巨大脉冲功率，在充电时确保电力表面始终处于最佳状态，同时周边电解质溶液内的异性离子也会被电荷所吸引，从而附着在电极表面，最终促使双电荷层产生。

（五）其他储能技术

除上述几类储能技术之外，目前较为常用的储能技术还包括抽水储能技术、压缩空气储能技术以及氢燃料电池储能技术等。抽水储能技术通常应用在电力系统调峰以及集中式发电方面，该技术受地理条件影响较大，不少风电场无法满足抽水蓄能电站建设条件，所以在风力发电系统中难以应用。

二、风力发电系统中储能技术的具体应用

（一）氢燃料储能技术在风力发电系统中的应用

氢燃料储能装置是一种电化学装置，能够将燃料与氧化剂中的化学能持续转换为电能。此类储能装置容量没有上限，从电解质角度来看，可将燃料电储能装置分为质子交换膜燃料储能装置、直接甲醇燃料储能装置以及碱性燃料储能装置等。燃料储能装置可分为电解质、阴极与阳极，工作原理也都基本相同。现阶段，固体氧化物燃料储能装置以及质子交换膜燃料储能装置是风力发电系统中最为常见的燃料储能装置。

（二）混合储能技术在风力发电系统中的应用

目前，我国绝大部分风力发电系统都是采用蓄电池作为储能装置，但蓄电池储能装置功率密度相对较低，使用寿命相对较短，维护工作量较大，并且还会对环境造成污染，需要加强回收工作。而超级电容器储能装置则不需要维护，使用寿命相对较长，同时此类储能装置的功率密度以及效率都非常高，所以可采用有源式结构以及无源式结构两种方式，将蓄电池储能装置与超级电容储能装置并联起来，构成一种混合储能装置[3]。

（三）碳纳米管超级电容器在风力发电系统中的应用

超级电容器储能装置主要由电流采集装置、电解质、隔离物以及两个极板组成，通过对电解质进行极化达到能量储存目的。与蓄电池相同，超级电容器储能装置在充电过程中，以离子形式将电荷储存下来，超级电容器储能装置通常采用活性炭纤维、金属氧化物以及碳纳米管等材质作为基本电极材料。其中碳纳米管储能装置的化学稳定性与导电性非常强，并且具有较高的机械强度与长径比，此类储能装置能够进行超过10 万次的深度充放电循环，寿命非常长，同时还具有非常高的可靠性，且无需维护，十分适用于风力发电系统中。