风力发电系统中储能技术的应用分析

风力发电系统中储能技术的应用分析

万春

国家电投集团江西电力工程有限公司南昌分公司  

江西省南昌市   3300006

摘要：随着不可再生能源的日益减少，可再生能源变得越来越重要。风能作为可再生能源重要的一种形式具有巨大的开发潜力，依靠着较低的发电成本与较好的环境效益，在全世界范围内引起了广泛关注。风电具有清洁、环保和无污染的特点，利用风力大规模发电能有效降低火力发电的规模，降低因为火力发电燃烧化石能源而带来的环境污染。然而，风力发电也同时具有很强的波动性与随机性，可控能力较弱。因此，风力发电系统中储能技术的应用显得尤为重要。

关键词：风力发电系统；储能技术；应用

1风力发电储能技术概述

随着新能源发电的不断发展，许多先进的能量储存技术已经被开发出来，并在实际工程中得到了广泛的应用和推广。将能量储存技术应用于风力发电系统中有以下两方面优势：一是能量储存技术能够提高电力系统的稳定性，并可解决风电资源的间歇性问题；二是利用储能技术，风力发电系统可以稳定运行，为人们提供更加可靠的能源供应，满足大规模的能源需求，从而可以有效地利用资源。总之，储能技术在风电系统中的应用不仅可以满足负荷侧的需求，还可以根据实际情况进行适当调整，提高电网的稳定性、适应性和经济性，同时提高电网整体的运行效率。

2风力发电系统中储能技术的应用

2.1相变储能技术

相变储能技术已成为储能系统中的一项主要技术，是调节能源供需的有效途径，其本质是一项通过材料在相变过程中吸/放能量而实现对其储存和释放的技术，因其具有储能密度高、储能量大及温度波动小等优点，被广泛应用于风力发电系统中。主要应用在(1)相变储能用于设备散热。由于风力发电系统的特殊性和承受载荷的复杂性，系统运行时齿轮箱、发电机、变频器等部件会产生大量热量，容易出现过温故障。相变储能技术不仅可以控制系统内部温度，延长设备使用寿命，降低运行维护成本，提高风电机组的可用性，而且可以充分利用系统内部能量，提高发电和风电场的效率，具有较高的研发与应用价值，但目前还处于研发初始阶段，其工作效率、实用性、经济性等仍然是未来的主要挑战。(2)相变储能用于风电并网。实现大规模风电并网一直是风电发展的主要困难点，相变储能技术的发展在解决大规模风电并网问题中具有巨大发展前景，其通过储存多余的能量并用于高峰时间或根据需求进行调控，而且能极大改善电能质量，解决电网扰动，确保系统高效性。

2.2超级电容器储能技术

超级电容器具有功率模密度高，响应速度快等特点，一般情况下，超级电容器由电极、电解质和封装材料构成。充电过程中，在外部电压作用下，电解质中的电子向正极板移动，正电荷向负极板移动，在两个极板之间形成电势。由于超级电容器两个极板之间的距离非常小，因此能够储存更多的电能。放电时，电容器中的电场能以电流的形式释放。由于超级电容器所具有的充放电特性，使其能够同时双向、大范围、快速调节有功功率和无功功率，进而改善风力发电系统的稳定与电能质量。

2.3氢燃料储能技术

储氢装置是一种电化学装置，将燃料和氧化剂的化学能持续转化为电能。燃料电池储存装置的容量没有上限，根据电解质的不同，燃料电池可分为质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池和碱性燃料电池。燃料储存装置分为电解质、阴极和阳极，它们的工作原理相同。目前，风能系统中最常用的燃料储存单元是固态储存单元和质子交换膜燃料储存单元。质子交换膜燃料电池（PEMFC）能量储存系统的工作原理：首先，通过双极板的气体通道，将氢和燃料气体引入到燃料储存设备的两极，再由膜电极的位置扩散到催化层中；其次，膜阳极催化剂表面的氢气分解为电子、质子和水，电子以电荷方式通过外电路到达阴极，并通过质子交换膜的磺酸基到达阴极，在阴极催化剂的表面，氧分子与进入阴极的三种物质发生反应。氢燃料储存技术可以实现长时间的储存，金属化、液化和压缩是目前最常见的氢储存技术，可利用燃料储存装置、电解槽和氢储箱三大模块组成氢储存装置，并将其用于风电系统。当有更多的风力时，电解池将水电解，产生氢，储存于氢的容器中；在储存氢气的过程中，剩余的电量转移至输出负荷，如果风能出现亏空，则储存在燃料储存器中的氢和氧发生反应，产生电能，为系统负荷供电。

2.4长时储能技术

作为安全性高、扩展简单、使用寿命长的储能技术，液流电池受到了广泛关注。其不同于传统的锂电池，它的电能储存在电池外面的电解液罐中，最大的特点就是功率和能量在结构上解耦。由于能量和功率彼此独立，电池本身内部并没有电解液，具有本征安全的特点。

2.5水系钠离子电池

钠离子电池的具有资源分布广泛、生产成本低廉、环境污染小等优点，因此具有很大的潜力成为下一代大容量电池的主流技术之一[5]。其中磷酸钒钠（NVP，Na3V2(PO4)3）是一种典型的钠超离子导体结构，磷酸钒钠已成功开发为用于钠离子电池的优良正极材料，是一种优良的水系钠离子正极材料。因此以硫酸钠水溶液为电解液与钠离子超导体材料组成的水系钠离子电池在风力发电中的储能应用前景具有非常大的潜力。

2.6分布式储能技术

分布式储能技术的出现是为了解决传统储能方式的不足。传统储能是指将储能设备集中在一个地方存储。而分布式储能技术则是将储能设备分布在不同的地点，将电能进行分散储存。其电能利用率高、灵活性强、安全性高、还可以进行智能调度。目前，分布式储能技术已经被广泛应用于可再生能源领域，如风力发电系统。由于受到气候和地理位置等多种因素影响，使风力发电能量不稳定，出现“间歇性”问题。而分布式储能技术正是为了解决这一问题，通过将电力储存起来，在需要时释放，以此弥补可再生能源输出的波动性，使其稳定输出能量。在智能电网建设中，分布式储能技术也起到了至关重要的作用。它可以储存电量以配合智能电网提供电力调剂，形成“能量服务市场”和“局部应急储备能量”的能力，帮助实现能源转型升级和智能电网的实现。

2.7集中式储能技术的应用

这项技术要求将风电场的主线与储能设施相连，多余的能量储存起来，并根据现场情况进行调节。在风力资源大幅波动的情况下，逆变器被设置为“升压”，从而改变变流器的运行状况，在此过程中，该逆变器还可以对后备电池进行充电，从而达到蓄电的目的。

2.8混合储能技术

混合储能系统对于功率的分配方面结合了两种储能元件的优势，能够实现以较低的投入获取高功率密度，实现了高能量密度的一种混合系统。储能单元与大电网相连的方式有两种，一种为有源，一种为无源。有源方式为通过双向DC/DC变换器接入直流母线进行能量传输，无源方式为直接与直流母线相连，对于这两种而言因为包括了多种结构方式，所以也称为混合储能结构。通过超级电容与锂电池的混合方式可以组合成为双向DC/DC变换器后与直流母线相连，而另外一种方式为超级电容与锂电池通过一个三段看网络变换器接入直流母线的方式，这种结构的技术相对较为灵活，但是控制复杂。

结语

风能发电是一种可再生、环保的新型清洁能源，具有资源丰富、成本逐步降低、广泛应用、强度可调节、不需要燃料等优势。然而，风能发电也存在一些不足和挑战，其波动性与随机性，可控能力较弱。在风力发电系统中，能量存储技术是一种非常关键的技术，它能够保证电网的稳定运行，提高电网整体的运行质量。必须加大对风电中储能技术的研究力度，因地制宜，合理地选择适合的储能技术，以便更好地推动其在风电领域的应用。

参考文献

［1］林书文，于炳成．储能技术在解决大规模风电并网问题中的应用前景探讨［J］．价值工程，2020，39(25):220－221.