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

彭利

中广核新能源投资（深圳）有限公司内蒙古分公司 内蒙古呼和浩特市 010020

摘要：在我国电力事业蓬勃发展中风力发电技术也得到不断创新，以提升工作质量与效率，确保行业的安全稳定运行。储能技术在风能发电系统中的应用，不仅能防止风能发电功率的频繁波动，维持电压的稳定性，同时也能对电能的质量提供坚实的保障，确保发电系统能够维持优秀的运作状况。本文研究的重点是关于风能发电系统中储能技术的属性和实际运用。

关键词：风力发电；储能技术；应用

引言

虽然储能系统在新能源发电系统中起着非常重要的作用，但由于其自身功率密度小、工作环境恶劣等问题，当前仍无法被广泛应用。为了解决这些问题，储能技术不断发展创新。其中，以电池为主的电化学储能技术、以超级电容为主的压缩空气储能技术、以锂电池为主的储热技术等得到了广泛应用。

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，储能技术在电力系统中的作用。

2风力发电技术仍存在的问题

（1）不稳定的发电能力：由于风速的变化，风力发电机组的发电功率会波动。在风速较低或过高的情况下，风力发电机组的发电能力会受到限制，这种不稳定性给电网的运行带来了挑战。（2）地理局限性：风力发电需要具备适宜的地理环境，如较高的风速和广阔的开阔地区。这限制了风力发电的地理分布，使得一些地区无法充分利用风能资源。此外，风力发电机组的建设也需要大量的土地空间，这在一些相对拥挤的地区可能会受到限制。（3）储能和输电问题：风力发电的不稳定性和地理局限性使得储能和输电成为一个挑战。由于风速的波动性，风力发电机组产生的电能可能会超过或不足以满足电网的需求。因此，需要储能技术来平衡供需，并将多余的电能储存起来以备不时之需。此外，由于风力发电机组的分布通常较为分散，输电线路的建设和维护也是一个挑战。

3风力发电系统中储能技术的具体应用

3.1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。

3.2飞轮储能技术

该技术的构成要素包含高速飞轮、电机、真空泵、轴承支撑系统等，储备电能期间，飞轮储能系统运行，系统能的电机会把电能转化为飞轮动力势能；有放电需求时，则通过高速旋转的飞轮带动电机发电，将电能供给到外部用电设备。研究发现，飞轮储能技术运行效率远超压缩机燃气轮机90%以上，应用寿命大于20年；同时，优点突出，如没有污染、能持续工作、维护便捷等；但是，系统使用费用高等缺点也需要处理。

3.3电磁储能

电磁储能主要包括超导储能和超级电容。（1）超导储能。超导储能是使用电阻为零的超导体制成储存电能的装置，不仅可以在超导体电感线圈内无损耗地储存电能，还可以通过电力电子换流器与外部系统快速交换有功和无功功率，用于提高电力系统稳定性，改善供电品质。目前超导储能能量密度较低，循环次数达100000次以上，充放电效率约为90%，功率上限可达兆瓦级，响应速度为毫秒级，续航时间很短，通常在秒至分钟级，目前处于应用研发和试验示范阶段。应用瓶颈在于其价格昂贵，维护复杂及电流过大易导致超导特性丧失等问题。（2）超级电容。超级电容通过极化电解质来储能，属于双电层电容的一种。其储能过程并不发生化学反应，因此这种储能过程是可逆的。目前超级电容能量密度较低，循环次数达50000次以上，充放电效率约为90%，功率上限可达兆瓦级，响应速度为毫秒级，续航时间很短，通常在秒至分钟级，目前处于应用研发和试验示范阶段。应用瓶颈在于其存在投资成本高、能量密度低及有一定自放电损耗等问题。

3.4锂金属电池

锂金属电池是指以锂金属作为负极，使用有机电解液的锂离子电池。与传统锂离子电池相比，锂金属电池具有较高的能量密度，理论上可以将目前已知的所有锂离子电池串联起来，从而构成一个超大规模的储能系统。此外，锂金属电池还具有更长的循环寿命、更小的体积和重量等优点。近年来，随着新能源发电系统应用规模的不断扩大，以锂金属电池为主的电化学储能系统正在新能源发电系统中发挥着越来越重要的作用。其中包括以欣旺达为代表的三元锂金属电池储能系统以及以中航锂电为代表的磷酸铁锂电池储能系统。其中，欣旺达推出了基于磷酸铁锂电池和三元锂离子电池组成的储能系统。该储能系统具有高电压、高能量密度、低成本和长寿命等优点。此外，该储能系统还具有可充电、可持续使用以及快速充电等优点。目前该储能系统正在新能源发电系统中进行试用，并取得了良好效果。随着相关技术的不断成熟和商业模式的不断探索，新能源发电系统中以锂金属电池为主的电化学储能系统将得到进一步发展与完善。

3.5铅酸蓄电池

由于国内外对铅酸蓄电池产品在电力系统储能方面的应用已经有了较为系统和深入的研究，因此蓄电池储能相关技术应用具有较其他储能方式更高的成熟度，并且应用范围也最为广泛。铅酸蓄电池能提供的最大能量密度相对较低，价格方面一般不会过于昂贵，建成后的使用维护成本相对较低，技术与应用已经十分地接近于成熟，因此有着大量的商业成功案例。随着我国的铅酸蓄电池行业市场规模的不断壮大与发展，其产品也是逐渐地创新演变为主要采用以密封型材料结构为主的形式，是一种免维护的储能新型技术产品，目前最大储能产品容量可达约40MW。在密封形式和阀控型等设计方面的进一步优化的基础上，为铅酸电池回收系统设备的高效稳定运行提供了强有力的技术保障。但是铅酸储电池应对极端外部环境条件或其他某些影响因素的问题上存在着一定的不足，这也导致了产品的应用范围会受到一定程度的制约。

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

[1]任锐焕．智能配电网中分布式储能布局优化配置研究[J]．电气应用，2021，40(4)：31-35．

[2]李宇昕，金钧．基于超级电容储能技术的CRH380BG动车组自力行走技术研究[J]．电气应用，2022，41(5)：67-72．

[3]金东,马宪国.储能电池在风光互补发电系统中的容量配置分析[J].能源研究与信息,2019,35(1):25-29，54.

[4]阚志忠,柴秀慧,靳本豪.基于蓄电池-超级电容混合储能的风力发电功率平滑控制[J].燕山大学学报,2018,42(6):501-509.