王寶安 郭正洋

摘要：在全球經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的潮流下，地球的能源短缺問(wèn)題日益突出，化石能源的可用儲(chǔ)存量日益減少，再加上氣候環(huán)境惡化問(wèn)題日益加劇，開(kāi)發(fā)和利用可再生能源已經(jīng)成為了世界各國(guó)的必選之路。風(fēng)力發(fā)電作為可再生能源，是可再生能源發(fā)電領(lǐng)域現(xiàn)階段技術(shù)最為成熟的發(fā)電技術(shù)，而且無(wú)污染、投資周期很短，是近年來(lái)發(fā)展最為迅猛的可再生能源發(fā)電技術(shù)。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)能技術(shù);風(fēng)電并網(wǎng);應(yīng)用前景

1儲(chǔ)能技術(shù)的概述

儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)中有著廣泛應(yīng)用，涵蓋發(fā)電、輸電、配電和終端用戶的所有方面。電網(wǎng)系統(tǒng)的儲(chǔ)能技術(shù)包括抽水蓄能、壓縮空氣、飛輪、化學(xué)電池、超級(jí)電容器等。除了比較成熟的抽水蓄能，其他儲(chǔ)能技術(shù)還處在工業(yè)化初期或研發(fā)階段。然而，各國(guó)政府已經(jīng)體會(huì)到儲(chǔ)能行業(yè)的重要性，因此都在不遺余力地發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)。為了創(chuàng)造一個(gè)清潔的、可持續(xù)的未來(lái)，中國(guó)政府正在把政策中心轉(zhuǎn)移到清潔能源技術(shù)。2013年底，中國(guó)發(fā)電總裝機(jī)量達(dá)1250吉瓦，其中包含91.4吉瓦風(fēng)電（占7.3%的比例）。除了火力發(fā)電和水力發(fā)電，風(fēng)電也是中國(guó)第三大電力來(lái)源。而中國(guó)的光伏發(fā)電裝機(jī)量達(dá)18.1吉瓦，占全國(guó)的1.5%，超越美國(guó)成為全球最大的光伏市場(chǎng)。

2儲(chǔ)能技術(shù)的分類

儲(chǔ)能技術(shù)根據(jù)其原理的不同可以分為電池儲(chǔ)能、抽水蓄壓儲(chǔ)能、超級(jí)電容儲(chǔ)能、機(jī)械儲(chǔ)能、超導(dǎo)儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能等。首先是電池儲(chǔ)能，目前市場(chǎng)上的主流方案為磷酸鐵鋰電池，主要用于風(fēng)儲(chǔ)、光儲(chǔ)、風(fēng)光儲(chǔ)、風(fēng)光（水）火儲(chǔ)等場(chǎng)景。小功率場(chǎng)合也可以采用可反復(fù)充電的鉛酸電池、干電池：如鎳氫電池，鋰離子電池等。其次是抽水蓄壓儲(chǔ)能，抽水蓄能主要用來(lái)與核電站配套。核電站的發(fā)電功率基本是固定的，難以像火電、水電站那樣調(diào)節(jié)發(fā)電功率。在建設(shè)核電站時(shí)，在電網(wǎng)中都要配套建設(shè)抽水蓄能電站，在晚上用電低谷時(shí)，將電能開(kāi)動(dòng)抽水機(jī)，將低處水庫(kù)中的水，抽到高處水庫(kù)中去，消耗電能;在白天用電高峰時(shí)，將高處水庫(kù)中的水，推動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，輸出電能。再次是超級(jí)電容儲(chǔ)能，電容器也是一種儲(chǔ)能原件，其儲(chǔ)存的電能與自身的電容和端電壓的平方成正比：E=C*U*U/2。電容儲(chǔ)能容易保持，不需要超導(dǎo)體。超級(jí)電容器的問(wèn)世實(shí)現(xiàn)了電容量由微法級(jí)向法拉級(jí)的飛躍，徹底改變了人們對(duì)電容器的傳統(tǒng)印象。目前超級(jí)電容器已形成系列產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)電容量0.5-1000F，工們電壓12-400V，最大放電電流400-2000A。超級(jí)電容器作為大功率物理二次電源，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域用途十分廣泛。在特定的條件下可以部分或全部替代蓄電池，應(yīng)用在某些機(jī)電（電脈沖）設(shè)備上，可使其產(chǎn)生革命性進(jìn)步。最后是機(jī)械飛輪，儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)具有高比能量、高比功率、高效率、長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是未來(lái)理想的儲(chǔ)能裝置。飛輪儲(chǔ)能電池系統(tǒng)包括三個(gè)核心部分：一個(gè)飛輪、電動(dòng)機(jī)—發(fā)電機(jī)和電力電子變換裝置。從原理圖可看出，電力電子變換裝置從外部輸入電能驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)，飛輪儲(chǔ)存動(dòng)能（機(jī)械能），當(dāng)外部負(fù)載需要能量時(shí)，用飛輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，再通過(guò)電力電子變換裝置變成負(fù)載所需要的各種頻率、電壓等級(jí)的電能，以滿足不同的需求。

3儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)電并網(wǎng)中的應(yīng)用

3.1提供短時(shí)電力調(diào)節(jié)。

風(fēng)電不是很穩(wěn)定，具有間歇性和波動(dòng)性，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)備用容量的增加，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益低下。而儲(chǔ)能技術(shù)可以很好的解決這一問(wèn)題。儲(chǔ)能裝置的輸出功率可以調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的功率。也就是說(shuō)，當(dāng)風(fēng)力超出用電功率的時(shí)候，儲(chǔ)能裝置就吸收功率，當(dāng)風(fēng)力沒(méi)有達(dá)到用電功率的時(shí)候，儲(chǔ)能裝置就會(huì)輸出功率，在這期間，儲(chǔ)能裝置起到了一個(gè)調(diào)節(jié)器的作用。這種裝置可以滿足大規(guī)模的電力儲(chǔ)存，是電力系統(tǒng)的一個(gè)良好的儲(chǔ)存器，目前最能滿足這種需求且經(jīng)濟(jì)效益最好的儲(chǔ)能技術(shù)是磷酸鐵鋰蓄電池系統(tǒng)或蓄水儲(chǔ)能系統(tǒng)。

3.2提高風(fēng)電機(jī)組的利用效率。

最大功率點(diǎn)跟蹤控制技術(shù)可以提高風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行效率，是它能夠最大限度的采集風(fēng)能。加拿大研究人員探討了采用飛輪儲(chǔ)能、電池儲(chǔ)能和超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)增加風(fēng)電穿透功率水平。中國(guó)研究人員發(fā)現(xiàn)，蓄電池儲(chǔ)能可以有效緩解棄風(fēng)現(xiàn)象，提高風(fēng)電機(jī)組的利用效率，它可以在電能通道擁擠的情況下儲(chǔ)存風(fēng)電場(chǎng)發(fā)出的多余功率，然后在風(fēng)力弱的時(shí)候再加以補(bǔ)給，進(jìn)行能量的替換，緩解風(fēng)電過(guò)多浪費(fèi)，風(fēng)電太少不夠用的情況，這種功能很適合我國(guó)新疆地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電情況，并且可以適當(dāng)解決所存在的問(wèn)題。

3.3提升風(fēng)電機(jī)組的低壓穿越性。

在提升風(fēng)電機(jī)組的低壓穿越性上，儲(chǔ)能技術(shù)可以發(fā)揮很好的作用，增加硬件電路的一種途徑是將超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置一雙電荷層電容器安裝在風(fēng)電組的直流母線上，當(dāng)直流鏈電壓過(guò)高時(shí)，吸收直流母線的功率，過(guò)低時(shí)釋放功率，以此維持穩(wěn)定，避免網(wǎng)測(cè)故障時(shí)，直流母線兩側(cè)的不平衡功率，對(duì)電容過(guò)度充電而造成的危害，可以有效的解決風(fēng)電機(jī)組低壓穿越時(shí)不平衡功率的消納問(wèn)題，起到一個(gè)調(diào)節(jié)的作用，讓電容不會(huì)損壞的同時(shí)還可以保證供電量，延長(zhǎng)了電容的壽命，促進(jìn)了企業(yè)效益的提升。

3.4提高風(fēng)電機(jī)組的電能質(zhì)量。

由于風(fēng)電是清潔可再生的能源，所以它在全網(wǎng)發(fā)電中所占比例越來(lái)越大，那么它所輸出的功率就成了引起電壓波動(dòng)和閃變的根本原因。而靜止無(wú)功補(bǔ)償器對(duì)于這一問(wèn)題的解決還有所欠缺，其中經(jīng)濟(jì)效益就是一大問(wèn)題。通過(guò)研究超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置，穩(wěn)定風(fēng)機(jī)輸出的效果，證明超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置更適合解決這一問(wèn)題，首先它響應(yīng)的時(shí)間短，能夠快速補(bǔ)償系統(tǒng)中的不平衡功率，有效平衡風(fēng)電廠的功率輸出，而且還從一定程度上節(jié)省里經(jīng)濟(jì)開(kāi)支，有一定的經(jīng)濟(jì)效益，充分的發(fā)揮了在這一問(wèn)題上的優(yōu)勢(shì)。

4結(jié)論

風(fēng)力這種清潔又可再生的能源越來(lái)越受人們的歡迎，尤其在中國(guó)的西北地區(qū)、新疆和內(nèi)蒙古，風(fēng)力資源都很豐富，正好適用于發(fā)電，比起傳統(tǒng)的能源發(fā)電，風(fēng)能發(fā)電更環(huán)保而且有很好的可再生性。儲(chǔ)蓄技術(shù)在風(fēng)電并網(wǎng)中發(fā)揮了很大的優(yōu)勢(shì)，它發(fā)揮著蓄電池的功能，在中間調(diào)節(jié)控制，既可以保證用電量，又能使電能不會(huì)過(guò)多的浪費(fèi)，解決了長(zhǎng)久以來(lái)困惑人們的難題，而且這種儲(chǔ)蓄技術(shù)在大規(guī)模的風(fēng)電并網(wǎng)中還有著很大的發(fā)展前景，還會(huì)繼續(xù)發(fā)揮它的強(qiáng)大功能。

參考文獻(xiàn)

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