风力发电系统中储能技术的应用

摘要：随着我国社会经济的快速发展以及人们生活水平的不断提升，社会用电需求持续增长，我国的资源节约与环境保护面临着严峻挑战，在此背景下，风力发电等新能源发电技术得到广泛应用，不仅能够在一定程度上满足地区用电需求，缓解资源紧张形势，还能实现环境保护目的。在风力发电系统运行中，电能储存是十分关键的环节，对储能技术在风力发电系统中的应用进行研究，对提高风力发电系统运行效率具有重要作用。

关键词：储能技术;风力发电系统;应用

1储能技术包含内容及其特点分析

储能技术本身涉及技术内容众多，同时包括电容器以及超导部分等多个模块，当其展开运作的过程中，不仅是对于风能转化而来的电能进行疏导，同时也要在一定空间内进行存储，以保证之后的运输还有功率转化等步骤能够顺利进行，这也是对于储能技术要求最为严格的一个环节，首先要应对从风力能源而来的电能的转化及输送，最终还需要将其转化为符合日常使用需求的电能类型。在其中超导部分的作用主要是通过超导线圈将电能产生的磁场能量进行有效存储，并且在运行过程中根据主控端口需求将其转换到电网当中进行供电使用。这一技术的应用能够在短时间内快速进行转换，而且响应速度也能够满足正常的使用需求，这也是当前在风力发电过程中最常见的储能方式。而除此之外，超级电容器以及飞轮等形式也是在储能技术中比较常见的形式，对于风力发电的能量转换都具有不错的效果，尤其是对于超级电容器基本等同于一个大型电能存储设备，最大量能够达到30MJ的程度。其基础运作功率大，并且能够在用电高峰期间提供稳定的电能来源，但是对于突发情况下的电压突变等问题应对效果不能够满足实际需求，因此只在相对稳定环境下进行使用，避免出现电力泄漏损耗或者其他危险情况。对于风力发电技术的电能存储，不仅要考虑到实际应用的状况，同时安全领域的工作内容也是相当繁琐的，所以对于任何一项准备应用于风力发电技术当中的储能类型，都需要进行严格测试之后才能够使用，并且应该严格按照操作规范进行使用，避免出现意外危险。

2风力发电系统中储能技术的具体应用

2.1碳纳米管超级电容器

超级电容器储能装置主要由电流采集装置、电解质、隔离物以及两个极板组成，通过对电解质进行极化达到能量储存目的。与蓄电池相同，超级电容器储能装置在充电过程中，以离子形式将电荷储存下来，超级电容器储能装置通常采用活性炭纤维、金属氧化物以及碳纳米管等材质作为基本电极材料。其中碳纳米管储能装置的化学稳定性与导电性非常强，并且具有较高的机械强度与长径比，此类储能装置能够进行超过10万次的深度充放电循环，寿命非常长，同时还具有非常高的可靠性，且无需维护，十分适用于风力发电系统中。

2.2氢燃料储能技术

氢燃料储能装置是一种电化学装置，能够将燃料与氧化剂中的化学能持续转换为电能。此类储能装置容量没有上限，从电解质角度来看，可将燃料电储能装置分为质子交换膜燃料储能装置、直接甲醇燃料储能装置以及碱性燃料储能装置等。燃料储能装置可分为电解质、阴极与阳极，工作原理也都基本相同。现阶段，固体氧化物燃料储能装置以及质子交换膜燃料储能装置是风力发电系统中最为常见的燃料储能装置。质子交换膜燃料储能装置运行流程如下：首先，氧气与燃料气体经双极板气体通道进入燃料储能装置两极，然后从膜电极部位扩散层进入催化层;其次，氢气在膜阳极催化剂表面分解成电子、质子与水，电子从外电路流过负载进入阴极，后两种物质经质子交换膜磺酸基到达阴极;最后，氧分子在阴极催化剂表面与进入阴极的三种物质生成水分子。氢燃料储能技术能达到长期储能的目的，金属化、液化以及压缩化是氢气储能常用的方式，现阶段可采用燃料储能装置、电解槽以及氢储罐三个部分来构建氢储能装置，并应用在风力发电系统中。如果风能较多，电解槽就对水进行电解，生成氢气，并存储在氢储罐内;当储满氢储罐后，多余电力将轉到转出负载，一旦风力发电出现赤字，燃料储能装置内氢与氧就会发生反应，进而产生电能，为系统负载提供所需电能。

2.3混合储能技术

我国绝大部分风力发电系统都是采用蓄电池作为储能装置，但蓄电池储能装置功率密度相对较低，使用寿命相对较短，维护工作量较大，并且还会对环境造成污染，需要加强回收工作。而超级电容器储能装置则不需要维护，使用寿命相对较长，同时此类储能装置的功率密度以及效率都非常高，所以可采用有源式结构以及无源式结构两种方式，将蓄电池储能装置与超级电容储能装置并联起来，构成一种混合储能装置。上述两种并联结构方式应用，能够优化蓄电池储能装置充放电过程，延长其使用寿命，增强整个混合储能装置系统技术性与经济性，从而达到提升系统能量转化效率的效果。

3风力发电系统中储能技术的应用前景

近年来，随着化石燃料逐渐枯竭，温室效应日益严重，可再生能源发电得到了极大的关注和发展，尤其是风力发电技术。由于风速每时每刻都在变化，这就导致风电出力的不确定性。大型风电场接入电网后，风电出力的波动将会产生诸多不利影响。我国风电机组大规模接入电网，风力发电所占的比重逐步增加，这种影响变的更加显著。如果采取限制风电场的规模并减小其接入电网比重的措施，将会对风能的利用产生巨大的浪费，对风电的发展造成巨大影响。因此，如何提高风电场输出功率的稳定性，这一课题的研究越来越受到重视。当前，在风电场中加入储能装置，使其构成风-储联合系统，已经成为解决风功率随机波动问题的有效途径之一。针对风功率具有随机性、波动性等特点，采用储能技术作为功率补偿，利用储能装置能快速存储和释放能量的特点，可以较为理想的解决风功率随机波动这一缺点。将风电场和储能系统联合起来，并制定有效的控制策略，一定程度上可改善风功率的波动性，减小风电并网产生的一系列不良影响，提高风电场运行的经济性。在风力发电系统中，储能系统在蓄能过程中遇到的最大问题是成本，因而储能技术是否可以在风力发电系统中得到良好的运用，最值得研究的问题便是提升能量转换效率与降低成本。通常情况下，给风力发电系统选择储能装置时要考虑到成本、额定功率和环境状况，及最关键的储能技术的成熟度等诸多因素。风电系统是否可以实现真正储能，第一应该实现的是如何提高并管理好电能质量。通常可以使风电场保持稳定电压的装置有超导储能装置、高速飞轮储能装置、超级电容器储能装置、液流电池储能装置和钠硫储能装置。一旦外部电网发生质量问题时，以上的储能装置可以立即提供支撑电压，达到保证电网继续运行的状态。

4结束语

储能技术在风力发电系统中的应用，能够为系统正常运行储备充足足够电能，对增强风力发电系统稳定性、提高风力发电系统运行水平具有重要作用。为此相关的研究人员此一定要加强对储能技术的研究，进一步促进其在风力发电系统的应用。

参考文献

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作者介绍：李鹏（1982.6.26—）;男;山东烟台;汉;硕士;高级工程师;项目经理;输电线路;中国能源建设集团黑龙江省电力设计院有限公司。