储能技术在风电并网中的应用研究进展

储能技术在风电并网中的应用研究进展

彭国祥

中国水利水电第九工程局有限公司

摘要：随着全球对清洁能源的需求不断增加，风电作为一种可再生能源得到了广泛的关注和应用由于可再生能源的发展迅速，成为了最具潜力和最受关注的清洁能源之一。然而，风力发电的不稳定性和间歇性使得风电系统面临着诸多的挑战，其中一个关键的问题是如何储存和管理风电系统产生的过剩能量，因储能技术具有高效性、可靠性，被广泛应用于风电并网系统中，成为解决这一问题的有效手段。

关键词：储能技术；可再生能源；风力发电；风电并网

引言：近年来，能源短缺和环境污染现象越来越为严重，已经成为影响人类生存和发展的重要问题，目前，风力发电无污染、可再生、投资少、效益高，是一种具有极高利用价值的发电技术之一，在全储能技术可以将风能转化为电能并储存起来，以便在需要时释放出来，从而提高风电系统的可靠性和稳定性。

一.储能技术在风电并网中的应用

（一）风电-储能系统的构成和工作原理
1.储能技术在提高风电系统响应能力中的应用

风电系统的响应能力是系统在面对突发的负荷变化或故障时，能够快速调整输出功率以维持电网的稳定性。传统的风电系统依赖于风速的变化来调整输出功率，但风速的变化是不可控的，因此风电系统的响应能力有限。储能技术可以在风速突然变化或负荷突然增加的情况下，提供短时间内的额外功率，以平衡系统的瞬时功率需求。储能技术可以通过调整风电系统的输出功率，帮助电网维持稳定的频率，当电网频率偏离标准范围时，还可以快速放电或充电，以调整风电系统的输出功率，帮助电网恢复到稳定状态。
2.储能技术在风电系统备用容量中的应用

系统在面对突发负荷增加或故障时，能够提供额外的功率以满足需求的是备用容量。传统的风电系统由于受限于风速的变化，备用容量有限，储能技术的应用可以提供可靠的备用容量，可以在风速突然下降或负荷突然增加时，提供短时间内的额外备用容量，可以快速放电，提供额外的功率以满足系统的备用需求。在风速长时间低迷或负荷长时间高峰的情况下，可以提供长时间的备用容量。可以在风速较高时充电，以储存多余的功率；在风速较低时放电，提供备用容量。根据电网频率的变化，还可以快速放电或充电，以调整风电系统的输出功率，提供稳定的备用容量。
3.储能技术在微型风电网中的应用

随着可再生能源的快速发展，微型风电网作为一种分布式能源系统，具有灵活性和可持续性的优势，逐渐受到关注。然而，由于微型风电的不稳定性和间歇性，其并网存在一系列的挑战，如电网频率和电压的波动、电力质量的下降等。储能技术作为一种有效的解决方案，被广泛应用于微型风电网中，以提高电网的稳定性和可靠性。首先，储能技术可以平衡微型风电的波动性，提供稳定的电力输出。通过将风能转化为电能并储存起来，储能系统可以在风速波动或风电输出不稳定时，释放储存的电能。这样可以减少电网频率和电压的波动，提高电网的稳定性。其次，储能技术可以提供备用电源，应对突发的电力需求，当风速较低或风电输出不足时，可以提供额外的电能。这样可以减少对传统电网的依赖，提高微型风电网的可靠性和抗干扰能力。此外，储能技术还可以改善电力质量，减少电网的谐波和电压波动。通过储能系统的调节，可以平滑微型风电的输出功率，同时，储能系统还可以提供调相能力，使电网的电压波动更加稳定，减少电力质量问题。

二.储能技术的挑战与机遇
（一）.技术挑战

储能系统在储存和释放能量时的能量损失即为储能技术的效率，目前，大部分储能技术的效率仍然较低，例如电池储能系统的充放电效率通常在80%至90%之间，可以减少能量损失并提高系统的经济性，储能技术的容量和持续时间是指储能系统能够储存和释放的能量和时间长度。目前，大部分储能技术的容量和持续时间仍然有限，无法满足大规模能源储存的需求，提高储能技术的容量和持续时间是一个重要的技术挑战，可以增加系统的灵活性和可靠性，储能系统的建设、运营和维护所需的费用成本较高，限制了其在能源领域的广泛应用，降低储能技术的成本可以提高系统的经济性和竞争力。
（二）.经济挑战

储能技术的投资回报周期是指投资者从储能系统中获得的收益所需的时间长度，目前，大部分储能技术的投资回报周期较长，使得投资者对储能项目的兴趣有限，缩短储能技术的投资回报周期可以吸引更多的投资和推动储能市场的发展，储能技术的发展还面临着市场机制和政策支持的挑战。现如今，许多国家和地区的能源市场和政策框架并未充分考虑储能技术的特点和需求，限制了储能技术的发展和应用，建立健全的市场机制和政策支持可以促进储能技术的商业化和市场化。竞争与合作的挑战也是储能技术的发展目前正在面临的，储能技术市场竞争激烈，各种不同的储能技术争相进入市场。同时，储能技术的发展也需要各方的合作，包括能源公司、储能设备制造商、政府机构等。在竞争与合作中找到平衡是一个重要的经济挑战，可以推动储能技术的发展和应用。总之，储能技术在能源领域的应用面临着技术挑战和经济挑战，克服这些挑战需要技术创新、市场机制和政策支持的共同努力，以推动储能技术的发展和应用，实现可持续能源的转型和发展。

三.发展方向与展望

（一）提高储能技术的效率和可靠性

提高储能技术的效率和可靠性是储能领域的重要挑战之一，为了解决这个问题，需要进行技术创新和研发新型储能材料和设备，首先，提高储能技术的效率可以通过优化储能系统的设计和运行来实现，例如，改进电池储能系统的电极材料和电解液，为了其充放电效率的提升。同时，优化储能系统的控制算法，以提高能量转换的效率。此外，采用能量回收和再利用的技术，将储能系统的能量损失降至最低。其次，提高储能技术的可靠性可以通过增强储能系统的安全性和稳定性来实现，例如，改进电池储能系统的防火和防爆性能，以减少安全风险，优化储能系统的电池管理系统，对电池状态的监测和控制能力的提高。最后可以采用多种储能技术的组合，提高系统的可靠性和冗余性。
（二）开发新型储能材料和设备

为了实现以上目标，需要开发新型储能材料和设备。例如，可以研发新型电池材料，如锂硫电池和固态电池，提高电池储能系统的能量密度和循环寿命。可以开发新型超级电容器材料，如二维材料和金属有机骨架材料，提高超级电容器储能系统的功率密度和循环寿命。还可以研发新型储能设备，如压缩空气储能和重力储能系统，以满足不同应用场景的需求。
    为了推动新型储能材料和设备的研发和应用，需要加强科研机构和企业之间的合作，可以建立联合研究中心和技术创新平台，促进技术交流和合作。同时，可以加大对储能技术研发的投入，提供资金和政策支持，鼓励企业和研究机构进行创新和实践。总之，提高储能技术的效率和可靠性需要进行技术创新、开发新型储能材料和设备、通过优化设计和运行、增强安全性和稳定性以及开发新型材料和设备。
结束语：储能技术在风电并网中的应用研究取得了显著进展，储能技术可以平衡风电的波动性，提供稳定的电力输出，减少电网频率和电压的波动，可以提供备用电源，以应对突发的电力需求，提高电网的可靠性。还可以提供调频和调相能力，改善电力质量，减少电网的谐波和电压波动，然而，储能技术在风电并网中仍面临一些挑战，如成本高、能量密度低、循环寿命短等。因此，未来的研究应重点关注储能技术的成本降低、能量密度提高和循环寿命延长，以推动储能技术在风电并网中的广泛应用。

参考文献：

[l]李文斌 储能系统平抑风电场功率波动研究四 重庆:重庆大学2012

[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].中国科学技术协会年会，2010

[3]刘艳梅.浅谈储能技术在风电并网中的应用研究[J].华东科技，2013（01）