储能技术在风力发电系统中的应用分析

赵少强 时俊磊

摘要：当前，我国社会和经济发展水平的提高，使我国面临的资源紧缺问题日益突出，因此，我国许多地区在早期就已经开始探索新能源，并且效果良好。尤其随着国家“双碳”目标的出台，新能源的开发日益受到重视。但在风电领域，风能的随机性和不稳定性成为了风电开发的瓶颈。要解决风电系统的不稳定问题，就需要采用能量存储技术。

关键词：储能技术；风力发电；应用

1新型电力系统储能需求分析

1.1发电侧储能需求分析

新型电力系统中新能源发电从电力能源补充部分变为主体，光伏、风电等装机规模不断扩大。传统的燃煤发电可控且能够连续出力，而新能源发电则具有较强的不可控性、随机性和波动性，使得电力系统稳定安全问题、电力供应连续性问题以及电能质量问题凸显出来。除此之外，在当下经济高速发展的背景下，电能的需求也在日益增加，发电侧需要增加新的发电装置来满足用户侧的负荷需求。储能在用电低谷将余力电能存储起来，在用电高峰或新能源供应不足时再释放出来，可以帮助平滑新能源发电的输出，提高电能质量，减少弃风弃光的现象，提高现有设备利用率，减少对装机容量的需求，节约成本。

1.2 电网侧储能需求分析

在新型电力系统中，集中化、体系化的传统电网体系向扁平化、分散化方向发展，地方性、计划性的发用电调度向全国性、开放性的电力市场方向发展，这些都给电网发展带来了许多挑战。一方面由于新能源出力的不稳定性，发用电的峰谷差增大，新能源发电的大规模、分布式并网需要电网调平负荷以及提高电能质量和其自身的安全稳定性；另一方面电网具有公共品性质，电网末端及偏远地区的电力供应、应急电力供应等难题都需要解决。储能技术是构建智能电网的重要环节，通过在电网的重要关键节点以及末端和偏远地区布置移动式或固定式的储能，可以帮助电网削峰填谷、负荷调平以及调频，满足电力的供应需求。

1.3 用户侧储能需求分析

随着技术的进步，新型电力系统中原有的单一电能供应已经向冷热电汽水的多能转换方向转变，以电能为中心的综合能源系统已广泛展开试点工作。用户侧负荷特点已经从传统的刚性转向柔性，由单一消费型转向生产与消费相结合，源荷互动性增强。储能在用户侧应用广泛，大规模、集中化的储能主要是综合能源系统中的储能设施，小型、分散化的储能则包括分布式电源配套的储能设施以及电动汽车、不间断电源、充电设施等。除此之外，储能可以改善用户侧管理，帮助节能节电，使得用户的用电行为更经济高效。

2 储能技术的主要类型

2.1 电磁储能技术

电磁储能技术主要包括超导磁储能、电容储能和超级电容器储能3种方式，其中，超级电容器储能在实践运用中可保持75%的储能量，其同时具备电容器、电池的储能特点，该储能方式的主要应用原理为双电层理论。使用超级电容器储能方式开展储能工作时，其释放过程具有可逆性，可重复使用，反复利用次数在100 000次左右。与常规电容器相比，超级电容器的使用寿命较长，并具有强稳定性、高安全性与更宽的温度阈限。将其与电池进行有效结合后，既能提升电池放电与充电的整体效率，还能有效延长电池的使用寿命。此外，超级电容器在实际应用中能够极大抑制风电功率的快速波动，提高风电场电力运行的稳定性。

2.2 化学储能技术

铅酸电池储能是化学储能技术的重要方式之一，其中的电解液成分为稀硫酸，与锂电池相比，铅酸电池正负极构成具有较大差异，造成这一差异的主要原因是制作过程中采用的化学成分存在极大区别，即能量密度、空间需求不同。从能量密度的变化程度上看，铅酸电池的能量密度较小；对于空间需求来说，铅酸电池需要的空间较大。在了解铅酸电池储能的内在构成后，操作人员要选择合适的材料，将适宜的铅酸电池材料运用到化学储能技术中[2]。

2.3 物理储能技术

物理储能技术较为常用的是压缩空气储能方式。在实际应用中，压缩空气储能的操作步骤包括储能与释能，具有高转化率，其能源转化率可保持在75%左右。进行储能操作时，电动机内的压缩机将对空气进行降温、压缩，并将该气体存储到对应的海底储气罐、报废矿井内；在开展释能操作期间，受高温影响，空气将流入燃烧室内，使燃气发生膨胀，而燃气机轮则能在该空气的影响下为发电机发电。在实际应用过程中，操作人员若想利用压缩空气储能方式来获取准确数据，需要提前勘查相关区域的地形条件，并明确储能技术的操作环境，使操作环境达到储能标准，继而获取较佳的储能质量[3]。

3风力发电系统中储能技术的具体应用

3.1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。碳纳米管储能器件的化学稳定性和电导率都很高，而且其力学性能和长宽比也很高，可以连续工作十万次以上，使用寿命很长，可靠性很高，不需要任何的维修，在风电场中是很适合的。

3.2氢燃料储能技术

储氢装置是一种电化学装置，将燃料和氧化剂的化学能持续转化为电能。燃料电池储存装置的容量没有上限，根据电解质的不同，燃料电池可分为质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池和碱性燃料电池。燃料储存装置分为电解质、阴极和阳极，它们的工作原理相同。目前，风能系统中最常用的燃料储存单元是固态储存单元和质子交换膜燃料储存单元。

质子交换膜燃料电池（P E M F C）能量储存系统的工作原理：首先，通过双极板的气体通道，将氢和燃料气体引入到燃料储存设备的两极，再由膜电极的位置扩散到催化层中；其次，膜阳极催化剂表面的氢气分解为电子、质子和水，电子以电荷方式通过外电路到达阴极，并通过质子交换膜的磺酸基到达阴极，在阴极催化剂的表面，氧分子与进入阴极的三种物质发生反应。氢燃料储存技术可以实现长时间的储存，金属化、液化和压缩是目前最常见的氢储存技术，可利用燃料储存装置、电解槽和氢储箱三大模块组成氢储存装置，并将其用于风电系统。当有更多的风力时，电解池将水电解，产生氢，储存于氢的容器中；在储存氢气的过程中，剩余的电量转移至输出负荷，如果风能出现亏空，则储存在燃料储存器中的氢和氧发生反应，产生电能，为系统负荷供电。

3.3混合储能技术

目前国内风力发电系统大多采用蓄电池作为能量存储设备，但其能量密度较小、寿命较短、维修工作量大且环境污染严重，需加大回收力度。超级电容储能装置具有免维护、耐用、能量密度高且效率高的特点，分为主动和被动两种。混合储能装置是通过平行连接一个电池储能装置和一个超级电容器储能装置组合使用而产生的，使用这两种并联方式优化电池的充电和放电过程，延长电池的使用寿命，提高其技术和经济性能，提高电池的转换效率。

4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]刘越.探析储能技术在风力发电系统中的运用[J].电子测试,2019(04):91-92.

[2]辛博然.风力发电系统中储能技术的应用分析[J].现代制造技术与装备,2019(01):29-30.

[3]吴邦鸣.探析储能技术在风力发电系统中的运用[J].科技创新与应用,2018(31):162-163.

[4]胡其图.储能技术在风力发电中的应用[J].科技创新导报,2018,15(22):15+17.

[5]董爽.储能技术在风力发电系统中的应用[J].山东工业技术,2016(01):200.