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

高梦婕

新疆新能源研究院有限责任公司 新疆 乌鲁木齐 830026

摘要：光伏电站的发电效率以及效果和电能质量等多方面都比传统电站表现得更优秀，但由于现代光伏电站实际输出功率不能得到实时管控，在其运行中还容易受到周围环境变化等因素影响，所以有关工作者需对该项问题进行深入研究。而储能技术是一项有效解决措施，对光伏电站实际储能进行强化，并从根本上开展实时管控，这样不仅可以解决光伏电站未来发展问题，还能降低光伏电站运行对电网造成的破坏。

关键词：风力发电；储能技术；应用

引言

随着世界社会经济形势的快速发展，越来越多的发达国家和地区已开始日益重视资源环境保护，全球气温迅速变暖温室效应等现象都严重影响着全人类的生活。为了尽快改善地球当前生活环境，一些研究机构和社会团体对于绿色新能源项目的开发研究投入在不断地增加。为解决风力发电系统规模应用给电网带来的一系列问题，风电储能联合运行技术已成为最新的研究热点。

1储能技术对新能源电力系统发展的重要性

1.1为新能源发电大规模使用创造条件

风能发电技术和太阳能发电技术等均为当前新能源发电系统中的重要的组成部分。新能源具有清洁、可循环等传统化石能源所不具备的优势，但是也存在波动性和间歇性的特点，影响电网的运行安全稳定性。储能技术的应用可有效改善新能源并网时的稳定性问题。

1.2能够改变能源供应结构

随着能源需求逐渐加大，单一使用传统的化石能源，不利于我国经济的可持续发展，而且会引发严重的环境危机。要保障能源充分，就必须改变当前能源供应结构。在新能源使用过程中，结合用户的实际能源需求，采用适合方式对新能源系统进行科学设计，通过合理使用储能技术（独立或并网），保障能源供给，并保护环境。

1.3调峰和控制输出平稳

风力发电和光伏发电等新能源电信号具有间歇性和波动性这两个明显的特点，是目前在电网中无法对新能源大规模使用的最主要原因。使用储能技术是解决这一问题的有效手段。通过储能设备对电站进行调峰，确保其后期能够平稳输出，同时不会增加电网的容量，并能够提高新能源的利用率。

2风力发电系统中储能技术的具体应用

2.1氢燃料储能技术

电化学装置类型的氢燃料储能设备能够持续将燃料和氧化剂中的化学能转化为电能。这种设备的容量非常大，根据电解质的特性，燃料电储能设备可以被分为三种类型，分别是质子交换膜燃料储能设备、直接甲醇燃料储能设备和碱性染料储能设备。此外，燃料储能设备也可以被分解为不同的部分，例如电解质、阴极和阳极，其运作原理都是一致的。目前，固体氧化物燃料储能装置与质子交换膜燃料储能装置被广泛应用于风能储能的过程。这两种装置的核心操作流程如下：首先，氧气与燃料气体会经由双击板的气体路径进入阴阳极，然后从膜电极的扩散层进入催化层；其次，膜阳极催化剂的表面会出现氢气的分解，生成电子、质子和水等元素。在这里，电子从外部电路经过负荷输送到阴极，而其余的元素则经质子交换膜磺酸基输送到阴极。第三个方面，在阴极催化剂的表面，氧原子与这三种元素发生交互，从而形成了水。

2.2混合储能技术

目前，我国的大部分风能发电设备都采用了蓄电池这种储能设备，但是这种设备的功率密度并不高，使用寿命也不长，维护和管理也相当复杂。此外，它还可能对自然环境造成一些影响，因此，我们应该更加重视回收工作。超级电容器储能设备无需进行维护和管理，其使用寿命较长，并且具有极高的功率密度和运行效率。因此，它可以采用两种不同的结构形式，一种是有源结构；另一种是无源结构。通过将蓄电池储能设备和超级电容器储能设备相结合，我们可以创建出混合储能设备。采用这种混合储能设备的构造方式，不仅可以优化蓄电池储能设备的充放电过程，延长其使用寿命，还能提升系统的技术性和经济性，最终有效提高储能转换的运行效率和质量。

2.3碳纳米管超级电容器

超级电容蓄能装置是由电流采集装置、电解质、隔离物和两块电极构成，利用电解质极化实现能量存储。与蓄电池一样，超级电容储能设备在进行充电时以离子的方式存储电荷，而超级电容的存储设备一般是由活性炭纤维、金属氧化物和碳纳米管等材料构成。

2.4超导储能系统

超导储能系统与上述的飞轮储能系统在工作原理上存在着差异性，其主要工作原理是由超导线圈将电磁能直接储存起来，在用户侧有使用需要时再将电磁能返回电网或其他负载的一种储能方式。超导线圈储能技术与其他储能方式相比具有一些技术优点：超导线圈进行能量释放时产生的电能传送和反应速度较快，在完全无功率损耗的能量传输状态下，运行该系统时基本不用另外再去进行其他各种能量形式参数间的相互转换，储能过程转换速度快、功率消耗小、容量大，储能系统效率明显高于飞轮储能系统；超导储能系统可以将能量长时间储存，并可以保证储能过程中不会有任何能量损耗；超导储能系统在建造时选址较为灵活，可忽略建设地点条件因素的限制，同时后期维护方便简单，设施整体污染较小。

2.5物理储能

物理储能方式包含抽水储能、飞轮储能以及压缩空气储能等几种类型，可以通过物理储能方式储存电能，在具体应用中，电力企业一般可以融合发电类型与环境实际情况等对储能方式进行选择，以此实现对能源的有效利用。抽水储能方式虽然在储能容量方面具有较强优势，但这项技术会受到环境限制，如果环境位置不够合适，就会耗费更多应用成本。而飞轮储能一般是把电能转变成机械能，该项技术功率密度虽然比较高，但缺乏充足能源储存量，并且在磁悬浮以及材料等有关技术制约下，无法进行大规模的应用。最后就是压缩空气储能，与抽水储能存在一定相似性，对于环境方面要求比较高，通常需要使用在具有良好密封性的空间中，其建设速度快，造价也比较低，不过在储能效率上还存在一定不足。

3风力发电系统中储能技术的应用前景

风力发电系统中，风力发电功率不断变化，产生不确定性。随着风力发电系统的大量投入，风能的比例逐渐提高，电网对风电的依赖程度也越来越明显。若采用限制风电场规模、降低风能接入电网比例等措施，将极大地浪费风能资源，影响风力发电的发展。因此，如何改善风力发电系统的稳定性，成为备受关注的问题。目前，将储能设备引入风电场，形成风储联合发电系统是一种有效的方法，由于风力的随机性、波动性等特性，采用储能技术进行电力补偿，能迅速地储存和释放电能，从而较好地克服风力的随机性和波动性。通过对风力发电和蓄能发电的联合，设计出一套行之有效的控制方案，可在一定程度上降低风电对电网的不利影响，提高风力发电的经济效益。另外一个问题是储能系统的运行费用，能否将其应用于风力发电系统，关键在于提高其能源转化效率，减少投资。

结束语

储能技术对于保障风力发电系统的动态稳定性、可靠性起到非常重要的作用，以风电、太阳能为主的新能源装机规模增长迅速，并占据着越来越大的比重，但是因其出力随机性、间歇性等特点，使得这些新能源的利用受到了制约，配置储能系统既能有效促进风电、光电消纳，又可实现削峰填谷和减轻电网波动，进而提高电网运行的协调性以及安全稳定性。配置储能项目还可以将冗余电能存储起来，增加经济效益。因此积极研究风电、太阳能等可再生能源与储能相结合的应用技术，研制开发新型储能设备是储能利用技术今后是否能够真正应用于传统风力发电系统的前提条件。

参考文献

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