摘要：隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展以及人們生活水平的不斷提升，社會用電需求持續(xù)增長，我國的資源節(jié)約與環(huán)境保護面臨著嚴峻挑戰(zhàn)，在此背景下，風力發(fā)電等新能源發(fā)電技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，不僅能夠在一定程度上滿足地區(qū)用電需求，緩解資源緊張形勢，還能實現(xiàn)環(huán)境保護目的。在風力發(fā)電系統(tǒng)運行中，電能儲存是十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，對儲能技術(shù)在風力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用進行研究，對提高風力發(fā)電系統(tǒng)運行效率具有重要作用。

關(guān)鍵詞：儲能技術(shù);風力發(fā)電系統(tǒng);應(yīng)用

1儲能技術(shù)包含內(nèi)容及其特點分析

儲能技術(shù)本身涉及技術(shù)內(nèi)容眾多，同時包括電容器以及超導部分等多個模塊，當其展開運作的過程中，不僅是對于風能轉(zhuǎn)化而來的電能進行疏導，同時也要在一定空間內(nèi)進行存儲，以保證之后的運輸還有功率轉(zhuǎn)化等步驟能夠順利進行，這也是對于儲能技術(shù)要求最為嚴格的一個環(huán)節(jié)，首先要應(yīng)對從風力能源而來的電能的轉(zhuǎn)化及輸送，最終還需要將其轉(zhuǎn)化為符合日常使用需求的電能類型。在其中超導部分的作用主要是通過超導線圈將電能產(chǎn)生的磁場能量進行有效存儲，并且在運行過程中根據(jù)主控端口需求將其轉(zhuǎn)換到電網(wǎng)當中進行供電使用。這一技術(shù)的應(yīng)用能夠在短時間內(nèi)快速進行轉(zhuǎn)換，而且響應(yīng)速度也能夠滿足正常的使用需求，這也是當前在風力發(fā)電過程中最常見的儲能方式。而除此之外，超級電容器以及飛輪等形式也是在儲能技術(shù)中比較常見的形式，對于風力發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換都具有不錯的效果，尤其是對于超級電容器基本等同于一個大型電能存儲設(shè)備，最大量能夠達到30MJ的程度。其基礎(chǔ)運作功率大，并且能夠在用電高峰期間提供穩(wěn)定的電能來源，但是對于突發(fā)情況下的電壓突變等問題應(yīng)對效果不能夠滿足實際需求，因此只在相對穩(wěn)定環(huán)境下進行使用，避免出現(xiàn)電力泄漏損耗或者其他危險情況。對于風力發(fā)電技術(shù)的電能存儲，不僅要考慮到實際應(yīng)用的狀況，同時安全領(lǐng)域的工作內(nèi)容也是相當繁瑣的，所以對于任何一項準備應(yīng)用于風力發(fā)電技術(shù)當中的儲能類型，都需要進行嚴格測試之后才能夠使用，并且應(yīng)該嚴格按照操作規(guī)范進行使用，避免出現(xiàn)意外危險。

2風力發(fā)電系統(tǒng)中儲能技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1碳納米管超級電容器

超級電容器儲能裝置主要由電流采集裝置、電解質(zhì)、隔離物以及兩個極板組成，通過對電解質(zhì)進行極化達到能量儲存目的。與蓄電池相同，超級電容器儲能裝置在充電過程中，以離子形式將電荷儲存下來，超級電容器儲能裝置通常采用活性炭纖維、金屬氧化物以及碳納米管等材質(zhì)作為基本電極材料。其中碳納米管儲能裝置的化學穩(wěn)定性與導電性非常強，并且具有較高的機械強度與長徑比，此類儲能裝置能夠進行超過10萬次的深度充放電循環(huán)，壽命非常長，同時還具有非常高的可靠性，且無需維護，十分適用于風力發(fā)電系統(tǒng)中。

2.2氫燃料儲能技術(shù)

氫燃料儲能裝置是一種電化學裝置，能夠?qū)⑷剂吓c氧化劑中的化學能持續(xù)轉(zhuǎn)換為電能。此類儲能裝置容量沒有上限，從電解質(zhì)角度來看，可將燃料電儲能裝置分為質(zhì)子交換膜燃料儲能裝置、直接甲醇燃料儲能裝置以及堿性燃料儲能裝置等。燃料儲能裝置可分為電解質(zhì)、陰極與陽極，工作原理也都基本相同?，F(xiàn)階段，固體氧化物燃料儲能裝置以及質(zhì)子交換膜燃料儲能裝置是風力發(fā)電系統(tǒng)中最為常見的燃料儲能裝置。質(zhì)子交換膜燃料儲能裝置運行流程如下：首先，氧氣與燃料氣體經(jīng)雙極板氣體通道進入燃料儲能裝置兩極，然后從膜電極部位擴散層進入催化層;其次，氫氣在膜陽極催化劑表面分解成電子、質(zhì)子與水，電子從外電路流過負載進入陰極，后兩種物質(zhì)經(jīng)質(zhì)子交換膜磺酸基到達陰極;最后，氧分子在陰極催化劑表面與進入陰極的三種物質(zhì)生成水分子。氫燃料儲能技術(shù)能達到長期儲能的目的，金屬化、液化以及壓縮化是氫氣儲能常用的方式，現(xiàn)階段可采用燃料儲能裝置、電解槽以及氫儲罐三個部分來構(gòu)建氫儲能裝置，并應(yīng)用在風力發(fā)電系統(tǒng)中。如果風能較多，電解槽就對水進行電解，生成氫氣，并存儲在氫儲罐內(nèi);當儲滿氫儲罐后，多余電力將轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)出負載，一旦風力發(fā)電出現(xiàn)赤字，燃料儲能裝置內(nèi)氫與氧就會發(fā)生反應(yīng)，進而產(chǎn)生電能，為系統(tǒng)負載提供所需電能。

2.3混合儲能技術(shù)

我國絕大部分風力發(fā)電系統(tǒng)都是采用蓄電池作為儲能裝置，但蓄電池儲能裝置功率密度相對較低，使用壽命相對較短，維護工作量較大，并且還會對環(huán)境造成污染，需要加強回收工作。而超級電容器儲能裝置則不需要維護，使用壽命相對較長，同時此類儲能裝置的功率密度以及效率都非常高，所以可采用有源式結(jié)構(gòu)以及無源式結(jié)構(gòu)兩種方式，將蓄電池儲能裝置與超級電容儲能裝置并聯(lián)起來，構(gòu)成一種混合儲能裝置。上述兩種并聯(lián)結(jié)構(gòu)方式應(yīng)用，能夠優(yōu)化蓄電池儲能裝置充放電過程，延長其使用壽命，增強整個混合儲能裝置系統(tǒng)技術(shù)性與經(jīng)濟性，從而達到提升系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化效率的效果。

3風力發(fā)電系統(tǒng)中儲能技術(shù)的應(yīng)用前景

近年來，隨著化石燃料逐漸枯竭，溫室效應(yīng)日益嚴重，可再生能源發(fā)電得到了極大的關(guān)注和發(fā)展，尤其是風力發(fā)電技術(shù)。由于風速每時每刻都在變化，這就導致風電出力的不確定性。大型風電場接入電網(wǎng)后，風電出力的波動將會產(chǎn)生諸多不利影響。我國風電機組大規(guī)模接入電網(wǎng)，風力發(fā)電所占的比重逐步增加，這種影響變的更加顯著。如果采取限制風電場的規(guī)模并減小其接入電網(wǎng)比重的措施，將會對風能的利用產(chǎn)生巨大的浪費，對風電的發(fā)展造成巨大影響。因此，如何提高風電場輸出功率的穩(wěn)定性，這一課題的研究越來越受到重視。當前，在風電場中加入儲能裝置，使其構(gòu)成風-儲聯(lián)合系統(tǒng)，已經(jīng)成為解決風功率隨機波動問題的有效途徑之一。針對風功率具有隨機性、波動性等特點，采用儲能技術(shù)作為功率補償，利用儲能裝置能快速存儲和釋放能量的特點，可以較為理想的解決風功率隨機波動這一缺點。將風電場和儲能系統(tǒng)聯(lián)合起來，并制定有效的控制策略，一定程度上可改善風功率的波動性，減小風電并網(wǎng)產(chǎn)生的一系列不良影響，提高風電場運行的經(jīng)濟性。在風力發(fā)電系統(tǒng)中，儲能系統(tǒng)在蓄能過程中遇到的最大問題是成本，因而儲能技術(shù)是否可以在風力發(fā)電系統(tǒng)中得到良好的運用，最值得研究的問題便是提升能量轉(zhuǎn)換效率與降低成本。通常情況下，給風力發(fā)電系統(tǒng)選擇儲能裝置時要考慮到成本、額定功率和環(huán)境狀況，及最關(guān)鍵的儲能技術(shù)的成熟度等諸多因素。風電系統(tǒng)是否可以實現(xiàn)真正儲能，第一應(yīng)該實現(xiàn)的是如何提高并管理好電能質(zhì)量。通?？梢允癸L電場保持穩(wěn)定電壓的裝置有超導儲能裝置、高速飛輪儲能裝置、超級電容器儲能裝置、液流電池儲能裝置和鈉硫儲能裝置。一旦外部電網(wǎng)發(fā)生質(zhì)量問題時，以上的儲能裝置可以立即提供支撐電壓，達到保證電網(wǎng)繼續(xù)運行的狀態(tài)。

4結(jié)束語

儲能技術(shù)在風力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用，能夠為系統(tǒng)正常運行儲備充足足夠電能，對增強風力發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性、提高風力發(fā)電系統(tǒng)運行水平具有重要作用。為此相關(guān)的研究人員此一定要加強對儲能技術(shù)的研究，進一步促進其在風力發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用。

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作者介紹：李鵬（1982.6.26—）;男;山東煙臺;漢;碩士;高級工程師;項目經(jīng)理;輸電線路;中國能源建設(shè)集團黑龍江省電力設(shè)計院有限公司。