储能技术在解决大规模风电并网问题中的应用前景

王瑞平

摘要：风力是风电机组的原动力，风速是决定风力大小的最重要因素。众所周知，波动性大和不确定性程度高是风速变化的固有特点，这些特点必然导致风电机组出力的大波动和高不确定性。在规模化风电机组集中接入的电力系统中，风电机组出力变化的这些特点会直接影响到所连电力系统的供电充裕性，同时对电力系统的常规调频、负荷跟踪，以及基荷电源等提出了新的要求。另一方面，由于风电机组不具有参与平抑电网扰动的能力，而且部分风电机组还难以“穿越”所连电网中发生的扰动，这些势必会影响到整个电力系统的运行稳定性。因此，在具有大规模风电集中并网的电力系统中，除了对电网的运行特性提出一些特殊的要求外，也会对风电机组的动态特性提出不同的要求。

关键词：储能技术;风电并网;应用前景

一、储能技术的概述

储能在电力系统中有着广泛应用，涵盖发电、输电、配电和终端用户的所有方面。电网系统的储能技术包括抽水蓄能、压缩空气、飞轮、化学电池、超级电容器等。除了比较成熟的抽水蓄能，其他储能技术还处在工业化初期或研发阶段。然而，各国政府已经体会到储能行业的重要性，因此都在不遗余力地发展储能技术。为了创造一个清洁的、可持续的未来，中国政府正在把政策中心转移到清洁能源技术。2013年底，中国发电总装机量达1250吉瓦，其中包含91.4吉瓦风电（占7.3%的比例）。除了火力发电和水力发电，风电也是中国第三大电力来源。而中国的光伏发电装机量达18.1吉瓦，占全国的1.5%，超越美国成为全球最大的光伏市场。电网系统储能技术的种类多样，以中国为例，主要采用锂电池、铅酸电池和流体技术。2013年这三种方式分别占60%、20%和14%。储能技术对电动汽车发展的重要性比较直观。电动汽车的充电、巡航里程和安全问题都涉及电池。比如说，由于电池引发的安全事故减弱了消费者的信心，影响了电动汽车的发展。对于中国来说，电动汽车的发展除了石油替代，还可以解决城市汽车尾气和噪声污染。

二、储能技术的分类

储能技术根据其原理的不同可以分为电池储能、抽水蓄压储能、超级电容储能、机械储能、超导储能、压缩空气储能等。首先是电池储能，大功率场合一般采用磷酸铁锂蓄电池，主要用于应急电源、电瓶车、电厂富馀能量的储存。小功率场合也可以采用可反复充电的干电池：如锂离子电池等。其次是抽水蓄压储能，抽水蓄能主要用来与核电站配套。核电站的发电功率基本是固定的，难以像火电、水电站那样调节发电功率。在建设核电站时，在电网中都要配套建设抽水蓄能电站，在晚上用电低谷时，将电能开动抽水机，将低处水库中的水，抽到高处水库中去，消耗电能;在白天用电高峰时，将高处水库中的水，推动水轮发电机组发电，输出电能。再次是超级电容储能，电容器也是一种储能原件，其储存的电能与自身的电容和端电压的平方成正比：E=C*U*U/2。电容储能容易保持，不需要超导体。超级电容器的问世实现了电容量由微法级向法拉级的飞跃，彻底改变了人们对电容器的传统印象。目前超级电容器已形成系列产品，实现电容量0.5-1000F，工们电压12-400V，最大放电电流400-2000A。超级电容器作为大功率物理二次电源，在国民经济各领域用途十分广泛。在特定的条件下可以部分或全部替代蓄电池，应用在某些机电（电脉冲）设备上，可使其产生革命性进步。最后是机械飞轮，储能飞轮储能系统具有高比能量、高比功率、高效率、长寿命等优点，被认为是未来理想的储能装置。飞轮储能电池系统包括三个核心部分：一个飞轮、电动机—发电机和电力电子变换装置。从原理图可看出，电力电子变换装置从外部输入电能驱动电动机旋转，电动机带动飞轮旋转，飞轮储存动能（机械能），当外部负载需要能量时，用飞轮带动发电机旋转，将动能转化为电能，再通过电力电子变换装置变成负载所需要的各种频率、电压等级的电能，以满足不同的需求。

三、储能技术在风电并网中的应用

3.1提供短时电力调节。风电不是很稳定，具有间歇性和波动性，会导致系统备用容量的增加，导致经济效益低下。而储能技术可以很好的解决这一问题。储能装置的输出功率可以调节风力发电系统的功率。也就是说，当风力超出用电功率的时候，储能装置就吸收功率，当风力没有达到用电功率的时候，储能装置就会输出功率，在这期间，储能装置起到了一个调节器的作用。这种装置可以满足大规模的电力储存，是电力系统的一个良好的储存器，目前最能满足这种需求且经济效益最好的储能技术是电化学蓄电池储能。

3.2提高风电机组的利用效率。最大功率点跟踪控制技术可以提高风电机组的运行效率，是它能够最大限度的采集风能。加拿大研究人员探讨了采用飞轮储能、电池储能和超导储能系统增加风电穿透功率水平。中国研究人员发现，蓄电池储能可以有效缓解弃风现象，提高风电机组的利用效率，它可以在电能通道拥挤的情况下储存风电场发出的多余功率，然后在风力弱的时候再加以补给，进行能量的替换，缓解风电过多浪费，风电太少不够用的情况，这种功能很适合我国新疆地区的风力发电情况，并且可以适当解决所存在的问题。

3.3提升风电机组的低压穿越性。在提升风电机组的低压穿越性上，储能技术可以发挥很好的作用，增加硬件电路的一种途径是将超级电容储能装置一双电荷层电容器安装在风电组的直流母线上，当直流链电压过高时，吸收直流母线的功率，过低时释放功率，以此维持稳定，避免网测故障时，直流母线两侧的不平衡功率，对电容过度充电而造成的危害，可以有效的解决风电机组低压穿越时不平衡功率的消纳问题，起到一个调节的作用，让电容不会损坏的同时还可以保证供电量，延长了电容的寿命，促进了企业效益的提升。

3.4提高风电机组的电能质量。由于风电是清洁可再生的能源，所以它在全网发电中所占比例越来越大，那么它所输出的功率就成了引起电压波动和闪变的根本原因。而静止无功补偿器对于这一问题的解决还有所欠缺，其中经济效益就是一大问题。通过研究超导储能装置，稳定风机输出的效果，证明超导储能装置更适合解决这一问题，首先它响应的时间短，能够快速补偿系统中的不平衡功率，有效平衡风电厂的功率输出，而且还从一定程度上节省里经济开支，有一定的经济效益，充分的发挥了在这一问题上的优势。

四、结论

风力这种清洁又可再生的能源越来越受人们的欢迎，尤其在中国的西北地区、新疆和内蒙古，风力资源都很丰富，正好适用于发电，比起传统的能源发电，风能发电更环保而且有很好的可再生性。储蓄技术在风电并网中发挥了很大的优势，它发挥着蓄电池的功能，在中间调节控制，既可以保证用电量，又能使电能不会过多的浪费，解决了长久以来困惑人们的难题，而且这种储蓄技术在大规模的风电并网中还有着很大的发展前景，还会继续发挥它的强大功能。

参考文献：

[1]袁小明，程时杰，文劲宇.储能技术在解决大规模风电并网问题中的应用前景分析[J].电力系统自动化，2013（1）：14-18.

[2]王文亮，秦明，刘卫.大规模储能技术在风力发电中的应用研究[C].中国科学技術协会年会，2010.