储能技术在风力发电系统中的应用

储能技术在风力发电系统中的应用

冯吉胜

中国能源建设集团天津电力建设有限公司 天津 300171

近年来，伴随我国社会环保意识的不断提升，人们愈发重视新型能源的开发，以此减少对不可再生能源的依赖，实现整个社会的可持续发展。由于风力资源的特殊性，风光储气成为一种新式、节能效果优秀、潜力巨大的新式能源替代方案。目前，储能技术的应用已然发展成为能源行业的热点话题，其在发电系统中的削峰填谷、稳压稳流方面发挥中重要的作用。基于此，文章对储能技术在风力发电系统中的应用策略进行了研究，以供参考。

关键词：储能技术；风力发电；应用要点

1风力发电储能技术概述

我国高度重视风力资源的开发利用，通过不断提升风力发电工艺水平，有效利用风能资源，并将其中产生的电能进行储存和利用。储能技术对风电系统的稳定运行具有重要意义。由于风力具有不稳定性和间歇性，风电系统产生的电能也会存在波动。通过储能设备的应用，可以有效调节电网的频率和电压，提高电网的稳定性和可靠性。特别是在应对电力需求大、电力波动较大的情况下，储能系统能够快速响应，为电网提供稳定的电力输出。在风力发电系统中，当产生的电能超过需求时，多余的电能可以转化为储能，避免浪费。当需要使用电力时，储能设备可以迅速释放储存的电能，解决用户的用电需求。

2储能技术在风力发电系统中的应用研究

2.1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，其工作原理相同。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（PEMFC）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。

2.2碳纳米管超级电容器储能技术

碳纳米管超级电容器通过利用离子形式存储电荷来实现储能，其和蓄电池不同，电荷的存储并不涉及化学反应，而是依靠电荷间的吸附和解吸附过程，因此能够实现高速充放电、长寿命循环使用和较低的能量损耗。碳纳米管超级电容器由电解质、极板（包括正极板和负极板）、隔离物和电流采集设备等组成，其中电解质提供离子导电通道，极板则承担电荷存储功能，隔离物用于隔离正负极，电流采集设备用于收集和输出电能。传统上，超级电容器主要采用金属氧化物或活性炭纤维作为电极材料。然而，伴随碳纳米管的持续发展，碳纳米管开始作为电极材料应用于风电储能领域，其具有出色的导电性能、化学稳定性和机械强度，在高频充放电循环条件下仍能保持良好的性能，因此在风力发电系统中表现出较强的适用性。

2.3双电池储能技术

随着各种科技的不断发展以及进步，电池储能技术也得到了一定的发展，为了能够更好地延长电池存储的寿命，专家学者提出了使用双时间尺度协调的储能办法，这种方法在应用时可配置不同功率的电池储能单元，合理的控制因为风量变化而导致的功率波动现象，最终能够更好的提升风能供电的质量，确保储能装置在进行应用时得到较好使用效果。为了能够在一定程度上对于整个系统的成本进行节约，也可选择使用多个电池组，以此来构成一个大型的电池储能装置，并且通过双层控制的办法来调节因为风力波动而出现的供电功率波动的现象。同时，也可选择对于该技术进行改进，可将其变为双电池储存技术，通过两个电池组分别完成充电以及放电的工作，当风力强时，发电功率会比电网调度的功率更加高一些，此时可选择对于电池进行充电操作，把多余的电能进行有效地储存。相反，如果风力弱时，此时会出现发电量不足，那么电池当中所存储的电能就可选择在此时进行放电，有效地实现对于供电功率的弥补，该技术的应用能够在最大限度上避免因为电池的充放电非常频繁的切换，而导致出现电池的寿命降低的现象，有效地提升了风力发电时的稳定性，并且也能够对于设备的成本进行节约。

2.4混合储能技术

蓄电池现在已经成为风力发电系统当中最为重要的一个储能装置，但是不可否认的一点是蓄电池本身存在着寿命比较短，而且功能密度比较低，维护起来难度高等一系列特点，而这些技术难点在目前该阶段难以攻克，所以在这样的前提条件下，有学者提出了蓄电池装置跟超级电容器进行有效结合的方式。根据实践情况来看，这种混合式的储能技术能够有效地保留蓄电池当中本身存在着的各种优势，同时在这样的基础之上，还可通过无源式结构，以及有源式结构等实现跟超级电容器储能系统的互联，在蓄电池的基础之上融入了超级电容器本身的使用寿命比较长以及功率密度比较高，并且不需要对其进行维护等一系列的特质以及优点。该技术的应用本身具备着技术性以及经济性这两种特点，而且在对于能量进行转化时，其效果较好。尤其是在风力发电系统本身存在着运行异常的条件下，混合式的储能技术的有效使用，可让装置快速的进行响应，并且投入到系统运行当中，无论是充电还是放电的速度都得到了大幅度的提升，可更好的弥补高峰阶段存在着的电力缺口的现象，并且也能够使风力发电系统本身维持着平衡性，使整体的供电变的更加的可靠。

2.5超导储能系统

发电系统在进行供电的过程当中是会产生磁场能量的，而超导储能系统的应用则可利用超导线所组成的线圈，对于这些能量进行短暂的存储。不仅如此，还能够在系统有需求时，把这些所产生的磁场能量进行返还，超导储能技术的优势也使其在风力发电系统当中使用的范围逐渐加宽，综合来看，其主要的技术优势包含着以下几点：一是超导储能技术在进行应用的过程当中，可对于能量进行快速的响应，并且提升能量转换的效率，该技术的使用可快速地对于能量进行释放，并且向系统当中返还相应的磁场能量。在这个过程当中能够节省对于能量进行转换的这一环节，提升了能量传输的效率，有效地提升了可比功率以及比容量；二是使用该技术对于磁场能量进行存储的时候，可有效地降低能量方面的损耗，跟其他的储能系统进行比较，可发现该技术的使用对于磁场能量的存储效率非常的高，同时在对于磁场能量进行输送的时候，输送效率也比较高。三是该技术在应用的过程当中能够有效地提升频率，包括电压以及无功功率的准确性，甚至于可对其进行有效的调节。除此之外，风力发电系统在运转的过程当中，在进行实时功率以及能量转换的时候可能会存在着损耗的现象，所以完全可以选择使用储能系统来对其进行补偿。

结语

综上所述，将储能技术使用在风力发电系统当中已经成为未来发展的主要趋势，在对于储能技术进行应用时，可根据风力发电系统的实际需求来选择不同的技术。同时，在对其进行应用时必须不断地提升储能技术的能量转换的效率，降低使用该技术的成本，促进不同储能系统的混合式技术的有效应用。

参考文献：

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