储能技术在风力发电系统中的应用

储能技术在风力发电系统中的应用

石丽娟

津宸工程设计有限公司 天津 300250

摘要：目前，随着能源资源的进一步缺乏，新能源逐渐受到了人们的关注，因而很多国家开始了对风能发电系统的研究。由于风力的来源很不稳定，进而使得风力发电系统的稳定性不够，因而，需要在风力发电系统之中使用储能的技术和方法，从而有效地提高风力发电的稳定性问题。与传统的能源相比，风力发电不需要任何的矿物资源，因此没有燃料的成本问题，更为重要的是风力发电对环境没有任何的污染。因此，相关技术人员将风力能源的稳定性不强的问题解决了之后，其即将成为一种非常受欢迎的新能源。

关键词：风力发电；储能技术；应用

引言：随着社会的进步，市场经济水平不断的发展，人们的生活质量有了显著提高，我国对能源的需求也随之不断的增加。国际相关部门预测，我国在未来的二十年将成为世界上能源消耗的大国，因此我国现阶段需要大力发展能源事业，其中风力发电将成为我国发电的主导技术，当前风力发电系统中储能技术是比较重要的研究课题，储能技术的应用能够有效的防止风力发电的功率反复变化，输出电压较为平稳，保障电能质量和风力发电网络的正常运转。

1储能技术的分类概述及其基本特点

储能单元的建模主要包括储能电池组模型、DC /AC 换流器模型以及各部分之间的数据接口，其结构和光伏发电单元的总体结构比较相似。大型储能电站的储能单元的总体结构如图1 所示。

图1 储能单元框图

1.1飞轮储能系统

所谓飞轮储能，主要是通过对电动机的运用实现飞轮的高速运转，从而将电能转化为动能，进行有效的存储和管理，在需要对其进行使用时，再用飞轮带动发电机进行对外发电。根据相关的实践调查研究我们可以看出，为了有效降低飞轮储能所造成的损耗，越来越多的企业和单位开始运用超导磁悬浮技术，运用复合型材料不断提高储能的密度，降低整体系统的重量和体积。从一定意义上来讲，要充分发挥出飞轮储能系统的作用和价值，必须使用一些性能较好的材料以及电子变流技术。相关数据表明，飞轮储能技术在进行能量转化的过程中能够实现的转换效率大约在90%左右。飞轮储能系统的优势在于不会对周边环境造成污染，可以随时随地，不限次数的进行充电放电，维修保养便利等等，在实践运用过程中得到了人们的广泛关注和认可。近年来，对于飞轮储能技术的开发和利用一直在进行，人们发现利用积木式的组合能够使得飞轮储能技术的效率更高，充放电效率提高。

1.2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。

1.3蓄电池储能技术

蓄电池储能技术是最早在储能方面得到应用的，已经在生活中的很多方面得到了实际应用。在经过几代科学家的努力研究之后，蓄电池的容量逐渐扩大，储存容量不断得到提高，逐渐成为生活中不可或缺的部分。在现阶段，一般的铅酸蓄电池容量为20MW，是最开始蓄电池的近百倍，铅酸电池在风力发电系统中比较常见，这与铅酸电池的成本低以及可靠性高密不可分，并且对于环境的要求不是很严格。但是也存在一些缺陷，比如说当达到使用寿命之后很难进行无害化处理，造成对环境的影响。镍氢电池已经在2008年北京奥运会时得到了应用，北京地区的混合电动车都是使用镍氢蓄电池作为移动电源。但是镍氢电池的能量密度与其实际使用环境有关，当放电电流比较小时，其能量密度能够超过80kWh/kg，但是当放电电流比较大时，能量密度降低到40kWh/kg。对于锂离子电池，由于其生产工艺比较复杂，并且受环境影响比较严重，因此也就造成锂离子电池无法胜任实际风力发电中的需求，很难进行应用。最后就是全钒液流电池，在应用时涉及到电解液和汞之间的相互作用，在电极表面发生氧化还原反应，以此来实现对电池的充放电过程。目前全钒液流电池已经成为研究的主流，我国国家科学院大连化学物理研究所已经掌握了比较领先的技术。

1.4超级电容器储能技术

以电化学相关理论为基础的电能储能技术即为超级电容器储能技术。该技术在应用期间，能够散发一定的脉冲功率，使其整体应用状态愈加理想。工作人员应用该项储能技术展开风力发电相关工作，能够使其电力表层部分长期保持稳定状态。同时，在应用期间，异性离子在化学作用下，能够与电荷产生一定作用力。长此以往，相关离子逐渐依附在电极位置。双电荷层的出现与其息息相关。工作人员使用超级电容器展开电能储存环节工作，能够在短时间将大量的电能有效地收集起来。同时，受其自身特性影响，工作人员可以反复使用同一个超级电容器展开该环节工作，且不影响电能储存环节工作的开展效率。为使该储能技术能够在应用期间达到理想状态，相关工作人员应该对其进行深入研究。同时，采取合理措施对其电压等部分进行有效控制。

1.5其他储能形式

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；压缩空气储能技术通过燃气轮机来进行调峰，其能量转换效率非常高；氢燃料电池储能技术的工作原理是将化学能转化为电能，在航空航天领域应用较为广泛，但受成本及安全等因素的影响，目前还无法全面应用到所有行业。

2 储能技术在风力发电中的应用前景分析

在经过技术积累之后，已经有很多储能技术在电力系统中得到了实际应用。在电网调峰中，一般会使用到抽水储能和压缩空气储能。但是在对电能质量进行保护时，使用电磁储能和飞轮储能比较合适。但是还是有很多储能技术无法得到应用，很大程度上都是因为成本的限制，并且还存在能量转换效率比较低的缺陷。在风力发电不断成为研究热点的背景下，各种储能技术的应用前景更加可观，因此就需要在未来的工作中不断加大对储能技术的研究，尽量减小成本，提高能量转换效率，这样才能够使得储能技术在风力发电中的应用更加广泛。目前高速飞轮和超级电容器这些技术已经能够使得风电场的输出电能功率更加平滑。

3功率转换系统

在风力发电机和电网之间，需要建立功率转换系统，以此来实现负载和储能单元之间的双向能量传递。根据在风力发电场中的环境不同，功率转换系统也可以分为：单台风机直流侧并联PCS、风电场交流侧并联PCS、风电场HVDC输电直流侧并联PCS以及混合储能系统PCS拓扑结构。第一种功率转换系统在双馈风力发电机中应用比较多，当PCS并联在永磁同步电机的转子直流母线侧时，需要增设直流变交流设备。第二种功率转换系统一般在风电场的出口处的低压侧进行安装，并且需要加设交流变直流设备。第三种功率转换装置需要辅助对储能单元进行控制，实现对充放电功率的控制，对风能的波动进行补偿。

4 结语

总而言之，储能技术是现代风力发电系统中的重要技术之一，也是现代风力发电中研究比较多的课题。因而需要研究好储能技术，以满足现代风力发电的需要，从而为人们提供更加稳定的电力服务。目前，风力发电系统中的储能技术有很多种，其功能和作用也有很大的差异，因而需要根据风力发电的实际情况对储能技术和装置进行合理的选择，以增加风力发电系统的可行性，提高风力资源的利用效率。因此，现阶段研究风力发电系统中储能技术具有非常重大的现实意义。

参考文献

[1]杨润广.储能技术在光伏发电系统中的应用[J].科技创新与应用，2021（10）：188-190.

[2]辛博然.风力发电系统中储能技术的应用分析[J].现代制造技术与装备，2019（01）：29-30.

[3]汤卓凡.飞轮储能在风力发电系统中的应用研究[D].华北电力大学（北京），2018.