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

栾广超

辽宁大唐国际新能源有限公司 辽宁省 沈阳市 110000

摘要：无论是出于对地球生存环境的关注还是对国家“双碳政策”的响应，发展新能源是今后很长时期内不可逆转的趋势，而储能是应对风光发电不稳定性的必然途径，也是新能源发展道路上重要环节。当前风光发电和储能结合模式备受推崇，但是储能电站一般由投资方来承担，如搭配储能电站，风电和光伏电站的投资收益率将受影响；同时实现大规模并网，储能电站能力非常有限。因此，企业应根据当前的储能技术和投资的实际情况，结合行业发展趋势及企业自身特点，统一规划、合理布局储能电站，在风力发电系统中加强储能技术的应用，促进能源融合发展，为保障国家能源供应安全做出贡献。

关键词：风力发电系统；储能技术；应用

引言

储能技术可以实现风力发电功率的平稳输出，消除昼夜峰谷差，为新能源发电提供调峰调频和备用容量辅助服务，确保新能源发电平稳、安全接入电网，有效降低弃风、弃光现象，在新型电力系统中有着很大的应用前景。因此，应针对国家“双碳”目标的实际要求，在风力发电系统中加强储能技术的应用，以期对储能系统建设的设备选型和工程应用提供有益的参考。

1储能系统的简介

风力发电系统中储能技术的应用是一种能够存储和释放电能的装置，它可以在需要时存储电能和释放电能。这种系统通常用于平衡电力系统中的负载，提高风力发电系统的稳定性和效率。在风力发电系统中，储能技术主要应用于以下场景：（1）平衡电网负荷。当电网负载过高时，储能系统可以将电能储存起来，以备将来使用；当电网负荷过低时，储能系统可以将电能释放出来，用于提高电网的负载能力。（2）提高电网的稳定性。当电网出现故障或异常情况时，储能系统可以起到稳定电网的作用，避免电网出现大规模的波动和故障。（3）提高电网的效率。通过使用储能系统，可以降低电网的峰谷差，提高风力发电系统的效率。

2风力发电系统中储能技术的应用要点

2.1电化学储能系统

电化学储能系统以金属离子为活性离子，充电时正极材料中的金属原子失电子变成金属离子，通过电解质向负极迁移，在负极与外部电子结合并嵌插存储于负极，以实现储能；放电时金属离子吸收电子，迁移至正极，实现放能，主要包括锂离子储能电池，钠硫储能电池，全钒液流电池等。

（1）锂离子储能系统。目前正在开发和使用的锂电池正极材料除钴酸锂外，主要包括尖晶石型的锰酸锂、橄榄石型的磷酸铁锂以及层状结构的镍钴锰三元材料。

（2）钠硫储能电池。钠硫储能电池是一种以金属钠为负极、硫为正极、陶瓷管为电解质隔膜的二次电池。

（3）液流电池。液流储能电池是一种新型、高效的电化学储能装置。电解质溶液存储在电池外部的电解液储罐中，电池内部正负极之间由离子交换膜分隔成彼此相互独立的两室，电池工作时正负极电解液由各自的送液泵强制通过各自反应室循环流动，参与电化学反应。液流电池具有高功率的输出，可以进行能量转换且传输安全稳定，可进行深度的放电与大电流放电，并不需要进行特殊保护。液流电池可用于稳定新能源发电的波动，辅助调峰;但是与其他成熟技术(如锂离子)相比，其能量密度差、占地面积大、成本高，使得液流电池在分布式应用中不太理想。

2.2机械储能

（1）压缩空气储能。压缩空气储能的工作原理是利用电网的非高峰期，将空气压缩并储存在枯竭井、大型地下洞室、蓄水层里;在用电高峰期，以一种特殊构造的燃气涡轮机，释放储存的压缩空气进行发电。压缩空气蓄能系统具有运行周期长的特点。该系统建设、运营费用低廉，经济实用，安全可靠。但是，这种方法对储气库的选择有很大的限制，目前仅局限于试点项目，尚未达到广泛的商业可行性。

（2）飞轮储能。飞轮储能是利用能量转换的原理，依靠电动机带动飞轮以高速度旋转储能，再利用旋转飞轮带动发电机发电，实现能量转换的储能方式。作为一种新型的物理储能方式，飞轮储能与传统化学电池相比，具备有以下特性:充放电迅速，整个系统的充/放电过程在极短时间内就可完成，飞轮储能系统效率约90%，工作效率较高。尽管飞轮具有潜在的应用场景，但由于能量密度低且价格昂贵，因此不适合在大型城区实现。

2.3电磁储能

电磁储能包括超导磁储能及超级电容器储能，属于功率型储能技术。

（1）超导磁储能。超导磁储能是一种利用超导线圈将电能转换为磁能进行储存，并在电网需要时迅速释放的储能方式，其功率输送的速度是极快的，可以达到毫秒级。鉴于其转换与循环的效率相对较高，具有较高的比容量及功率密度。

（2）超级电容器储能。超级电容器具有循环效率高，能够快速充放电的特点。利用超级电容器储能具有高功率密度及高循环次数且工作温度限制少等优点，其特点是运行时间短、负载平稳、峰值电能质量好。但限制其应用的关键在于较低的能量密度、较高的自放电速率和较高的成本。

3风力发电系统中储能技术的优化策略

3.1强化产业顶层设计，制定适宜发展路线

首先，明确储能产业在国家“双碳”目标实现与能源转型发展战略中的位置与作用，发挥政府管理部门的引领作用，组织开展储能核心技术与应用领域战略的研究，制定储能产业可持续发展路线图。同时，在风力发电系统中，强化顶层设计，推出并完善储能与新能源协调发展的长效机制，形成系统、成熟的基础理论体系，促进储能产业的长远、稳定发展。其次，积极探索对纳入到政府规划或者区域试点的储能项目进行激励政策支持，比如，采取专项资金扶持、基金增持、财政补贴、税收优惠等多样化措施，以保持储能产业的稳定性和持续性发展。最后，基于国内储能产业发展问题的分析，相关部门可持续完善储能项目的行政审批流程、并网调度规则、系统安全标准，建构与储能产业发展相适应的标准体系，保障储能项目以独立身份参与电力系统，加强引导应用需求与核心技术对接，发挥储能服务电力市场的作用。

3.2加强技术研发投入，降低储能发展成本

在风力发电系统中，强化储能技术发展基础性研究至关重要，因此，有必要强化储能领域技术研发投入，重点支持那些能够显著提升储能经济性、起到前沿引领性作用的项目，对储能产业发展能起到积极促进作用。其一，整合科研院所、高等院校、社会企业等相关组织建立储能产业技术创新与应用推广联盟，加强储能技术研发投入，重点突破储能系统并网、高性能电解质材料、电极界面设计、工程制造工艺等难题，以推进储能技术的协同创新。其二，结合新能源的开发规模、可再生能源发电特性、储能接入方式等特点，开展配电网“消纳能力”的研究，加强技术创新与成果应用，明确分布式新能源配套储能的科学比例，切实推动配电系统与储能的协同发展。其三，在风力发电系统中，强化技术创新以降低储能系统的成本，不断在技术曲线积累、商业价值实践方面进行突破。为此，要不断加大科研投入力度，开发多种新型储能方案，确保多种技术协同发展以供电网储能系统选择，提升储能在智能电网、分布式能源、工业节能等领域供应链的韧性水平。

3.3加强储能产业行业标准体系建设和市场监管

储能大规模应用和发展,质量和安全性是不可逾越的门槛。在政策驱动和市场诱惑下,近年来很多企业和资本转行、跨界涌入储能产业,自身缺乏足够的技术研发和生产制造经验积累,生产出的储能产品在质量、性能及安全性上均难以达到行业标准要求,为能在行业站住脚,实施低价策略,引发当前储能全产业链价格战,导致储能项目招投标环节重价轻质,质量低劣产品、存在安全隐患产品能以次充好大量流入市场,行业出现无序竞争的混乱局面。建议相关部门从包括储能标准、行业监管、市场培育等多方面入手,进一步规范行业发展秩序,调整优化相关政策机制,加强储能产业行业标准体系建设,强化行业监管准入等多个方面,让行业回归市场,实现健康发展。一是推进重点技术标准的研制与实施。组建标准化委员会与工作组,重点推进安全、质量与环保等标准的研制。二是深入开展安全质量检测和认证。研究和建立锂电储能系统安全性检测和认证制度,培育建设一批储能综合检测平台和认证机构。三是强化项目生命周期管理。加快实现全流程、全要素的精细化、系统化管理、构建储能项目全生命周期管理体系,保障储能系统长期安全稳定运行和环保回收再生。四是加强市场监管,规范各环节利益主体行为,净化市场竞争秩序,避免市场失灵。

结束语

当前，风电、光伏发电容量在电力系统中所占比例持续增加，大规模随机性电力的集中接入使得电网在功率平衡和稳定控制等方面的问题日益复杂，使电力系统的安全运行面临极大的挑战。而具有快速响应能力的储能技术的接入能够有效实现风力发电系统在各种工况下功率和能量的平衡。因此，本文通过对风力发电系统中储能技术的应用进行分析具有重要的意义。

参考文献

[1]杜剑强，李木盛，付小军，李斌.工程造价管理[J].海上风电建设成本趋势分析及石化行业投资建议，2022.（6）：85-91.

[2]储能行业深度报告：六类储能发展情况及其经济性评估，英大证券责任有限公司.附表5-33.

[3]傅旭，李富春，杨欣，杨攀峰.基于全寿命周期成本的储能成本分析，2-5.

[4]郭子兴.储能技术在光伏发电系统中的应用[J].电子产品世界,2021,28(11):83-85.

[5]陈磊,郭芳.计及限流—储能协调控制的高渗透率微电网故障穿越能力探讨[J].南方能源建设,2019,2(02):20-27.