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

许杰  

中国电建集团四川工程有限公司   省市：四川省成都市成华区    邮编：610051 

摘要：近年来经济的发展，人们生活水平的提高，人们逐渐意识到可持续发展的重要。随着“双碳”计划的持续稳步推进，我国风力发电、光伏发电等新能源清洁发电技术迎来了宽广的发展空间。然而，风、光等发电技术具有在物理分布上随机性、不确定性，以及大规模并入电力系统具有不稳定性等天然特点。储能技术作为解决该问题的有效手段之一，在工程实际中的重要性就日益显著。本文就风力发电系统中储能技术的应用展开探讨。

关键词：储能技术；新能源；风电；光电

引言

储能设备是以蓄电池为主体，通过充放电控制策略及相应的控制算法，有效地将风光发电产生的能量进行存储。在实际应用中，由于风力和光伏发电在昼夜、季节、天气等因素影响下存在一定的波动性，因此需要设置储能装置对其进行充放电控制。

1新能源发电发展概况

随着“双碳”计划的持续稳步推进，我国风力发电、光伏发电等新能源清洁发电技术迎来了宽广的发展空间。据目前的数据统计，至2022年12月底，我国风电装机总容量达3.6544×108kW，同比增长率为11.2%。其中，新增装机容量为3.763×107kW，同比减少21%。2021年，我国风力发电量已达6.526×1011kWh，同比增长率为40.5%。2022年1月～2022年11月，风力发电量累计为6.1448×1011kWh，累计增速为12.2%。风力发电作为新能源发电系统的主要组成部分，在我国电力系统发电总量中占据着重要地位。2021年中国风力发电量占全国发电总量的8.04%，2022年1月至11月风电发电量约占总发电量的8.00%。风力发电并网使用率稳定地保持在较高水平。2021年12月，全国风电利用率达97.6%。北京、天津、黑龙江、上海、江苏、浙江、安徽、福建、江西等18个省、市的风电利用率达到100%。2022年，风电利用率达96.8%。在北京、天津、上海、江苏、浙江、安徽、广西、海南等13个省、市风电利用率达100%。随着半导体材料的进一步发展，光伏发电总量也在逐年稳步提升。2022年新增光伏并网总容量为8.7408×1011kW，其中集中式光伏电站容量为3.6294×1011kW，分布式光伏总量为5.1114×1011kW。截止2022年底累计光伏并网总容量为3.9204×1012kW，其中集中式光伏电站容量为2.3442×1012kW，分布式光伏总量为1.5762×1012kW。目前，在能源消费总量中非化石能源的占比已经提高到了17.3%左右，其中光伏发电量占比达到4.2%左右。由目前的统计数据分析可知，随着国家进一步加大对风电、光伏等新能源发电技术的投入和布局，新能源发电量的占比一定会进一步增加，并逐步替代传统火力发电在民生、生产发展中的重任，因此构建新型电力系统势在必行。

2储能技术在新能源发电领域中的作用

储能技术就是通过人为方式，实现能源的释放和存储。储能技术解决了新能源发电的随机性、波动性，从而有效地降低了分布式电源对电网的冲击。伴随着储能设备建设成本不断下降，新能源产业在电力系统中的地位逐渐提高。储能设备即可作为能量的缓冲器，又可作为后备电源，在解决输变电的不一致性问题上，可起到一定程度的改善作用，可以有效地提高电网的安全性、稳定性，使电力系统的可调度能力得到提高。储能设备有效地抑制了可再生能源的并网功率波动，降低了对电网的影响，提高了电网的经济性，减少了不必要能源消纳。储能技术在电力系统中的作用如图1所示。

图1　储能在电力系统各环节均有重要作用

3风力发电系统中储能技术的应用

3.1新能源侧

新能源输出功率具有不确定性和波动性，会增加并网难度。储能系统利用自身的能量时空平移特性，可提高风电输出功率的可控性，提高新能源并网接入能力。风力发电与光伏发电均受环境天气等因素影响。利用风、光资源之间的互补特性，并在系统中配置适当容量的储能装置，可平抑风、光并网所带来的波动，减少对电网造成的影响，还可以提高电网对新能源的接纳能力。

3.2电网储能技术

储能电站的接入可以有效提高电网的峰值负荷平衡能力，缓解高峰负荷期间的供电压力，实现截峰填谷，平滑配电网负荷波动，保证系统安全稳定运行，提高电网电压质量。由于无功补偿器具有灵活、快速响应的特点，当电网中有功功率的剧烈波动威胁到电网频率的稳定时，储能电站的辅助调频可以维持电网频率的稳定，提高电网侧系统吸收新能源的能力。由于分布式新能源大规模接入电网，电网侧覆盖了更多的微网和有功配电网，微网行程、光能等可再生能源的波动性对电力系统产生了负面影响。主动配电网由风光、可控负荷、分布式储能等分布式电源组成，能够主动参与运行、控制和管理，从而提高配电网对分布式新能源的接收能力。储能系统在主动配电网中也起着关键作用。

3.3相变储能用于风电并网

由于风电的固有问题与特性，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，这使得该技术比建造新风机、新电厂更有价值。相变储能技术不仅能有效调控风电，提高机组利用效率和电力稳定性;而且能极大改善电能质量，解决电网扰动，确保系统高效性。双碳目标的确立让新能源和储能技术受到高度重视，相变储能技术的发展脚步也必须抢抓机遇，加强灵活性、降低成本以及扩大市场等。

3.4用户储能技术

该储能装置可以使用户独立存储或释放电能，也可以通过外部储能的调度控制，并根据电价时间政策在一定的时间间隔内充电和放电，从而获得利润，降低用户的电费。当用电负荷处于高峰时，电价较高，用户利用储能装置进行放电，维持用电需求。当电力负荷处于低谷时，电价较低，用户通过储能装置储存电能，从而实现削峰填谷，减轻电网负荷的峰值压力，降低用户用电成本。当用户参与需求侧响应并对电网进行调整时，储能系统的接入可以提高用户参与需求侧响应的能力。当用户实现自用和在线余电时，很容易出现用户电量不足的情况。此时，储能装置作为不间断电源可以提高供电的可靠性。当发电装置处于输出峰值时，储能装置存储电能;当电网处于高峰负荷时，电价高，储能装置放电，用户在满足自身用电需求的同时，利用富余电量上网，从而获得效益。

4储能技术在新能源发电领域中应用方法

结合发电侧的工程实际情况，大体有以下3种方式可以实现：（1）方式一。出现频率偏差时，借助同步发电机的调频原理，利用调速器和偏差率相结合原理，共同作用改变发电机组的发力，迅速完成一次调频。继而进行二次调频，借助具有电力电子变流装置的新型储能设备将调频的响应控制在毫秒的范围内，可确保电信号频率稳定在标准值，实现良好的调频效果。（2）方式二。将发电机组与储能装置相结合，模拟成一个虚拟的同步发电机组。这样可以借助虚拟调频模型平台将传统的同步调频模型转移。在储能系统内加入能量控制系统，使虚拟的模型算法运行起来，实现储能系统对新能源并网的调峰调频。（3）方式三。借助电网调度统一支配的方式来实现调峰调频。储能系统在调度指挥的作用下完成对应指令，结合调度的有功、无功数值，进而对电网发出功率或者吸收功率实现调节控制。因为单一调频调峰的算法较为复杂，所以在借助电网完成辅助时，可进一步降低了调控的难度。

结语

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

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