大规模储能技术对风电规模化发展举足轻重

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1、大规模储能技术对风电规模化发展举足轻重风力发电波动平滑储能1引言   风能作为一种清洁、高效的能源有其自身鲜明的特点，在大部分地区和大部分时间可很容易获取，但又有一定的随机性和波动性，并且不能直接进行储存。目前，作为主流机型的双馈型风电机组、直驱型风电机组以及以前的失速型风电机组，均可运行在不同方式下，即，有多少风、发多少电，这在风电所占电网比例较小的情况下是无可厚非的。随着风电的大规模发展，其在电网中所占比例也大幅增加。不幸的是，在用电低谷时段，往往是风力机出力最大的时段，造成电网调峰异常困难，电网频率、电压均易出

2、现较大波动，使得大家不得在承认风电是“绿色电力”的同时，又戏称之为“垃圾电力”。   为规范风电的进程，确保其健康、稳定发展，国家电网今年编制印发了《国家电网公司风电场接入电网技术规定(修订版)》中明确提出，风电场在任何运行方式下，应保证其无功功率有一定的调节容量；当风电场并网点的电压偏差在±10%之间时，风电场内的风电机组应能正常运行；要求风电机组在并网点电压跌落至20%额定电压时能够保持并网运行625ms、当跌落发生3s内能够恢复到额定电压的90%时，风电机组保持并网运行的低电压穿越运行要求。诚然，双馈、直驱机组

3、具备一定的低电压穿越能力、抑制输出功率波动能力，但其能力有一定限度[1]，此时，为风电场配备一定储能装置，就显得尤为必要了。   风力固有的变化性和随机性增加了风能利用的困难，使得必须在风力机系统中增加调速限速装置和储能系统。研究表明位于0.01Hz-1Hz的波动功率对电网电能质量的影响最大，平抑该频段风电波动，需借助大规模储能系统来实现。风力发电系统储能装置的作用是：在风力强时，除了通过风力发电机组向负荷供电外，将多余的风能转换为其他形式的能量在储能装置中储存起来；在风力弱或无风时，再将储能装置中储存的能量释放出来

4、并转换为电能，向负荷供电。   储能技术在在风力发电中，尤其显的重要，风速的变化会使原动机输出的机械功率发生变化，从而使发电机输出功率产生波动而使电能质量下降。应用储能装置是改善发电机输出电压和频率质量的有效途径。储能与大容量风力发电系统的结合是可再生能源的重要组成部分。通过对来自可再生能源的电能的储存与释放，将会使廉价的不稳定的能源变成稳定的具有较高价值的产品。此外，电网负荷有高峰和低谷特性，电力系统的负荷有峰有谷，用电能储存系统调节电力负荷很有必要。尤其在风力发电厂，由于风有时候起，有时候停，所以高效、安全、可行

5、性高的储能方法和装置对于风力发电场显得尤为重要。   按储存能量的形式不同，适合风力发电系统、有应用前景的储能方式主要有液流电池储能、钠硫电池储能、锂离子电池储能等，此外，超级电容器、超导、压缩空气储能等预计也会有一定发展。 2适合风力发电系统、有应用前景的储能方式2.1液流电池储能   液流电池或称氧化还原液流蓄电系统，与通常蓄电池的活性物质被包容在固态阳极或阴极之内不同，液流电池的活性物质以液态形式存在，既是电极活性材料又是电解质溶液。它可溶解于分装在两大储液罐的溶液中，由各个泵使溶液流经液流电池，在离子交换膜两

6、侧的电极上分别发生还原和氧化反应。这种电池没有固态反应，不发生电极物质结构形态的改变。与其它常规蓄电池相比，具有明显的优势。液流蓄电系统的功率取决于电池的面积和堆的节数，储能容量则取决于储液罐的容积，两者可单独设计。因而，设计的灵活性大，易于模块组合，受设置场地限制小，蓄电规模易于调节。各单池的反应物流体相同，容易保证电堆的一致性和均匀性，并可通过某几个单池来监测整个系统的充放电状态。也可以利用连接含有不同单电池数的电池组段构成分立的负载，以提供不同的输出电压。当负载变化或放电深度增加时，可用附加电池维持恒定的输出电

7、压，并利用“再平衡电池”连续校正阳极区和阴极区因物流不平衡引起的轻微副反应。理论上讲，液流化学蓄电系统的寿命长，可靠性高，无污染排放和噪音，建设周期短，运行和维持费较低，是一种高效的大规模储存电能装置。   液流电池的结构类似于燃料电池，可分为三个层次：单体(Cell)、电堆(Stack)和系统(System)。电池单体通过双极板串(并)联成“电堆”，就可以形成不同规模的蓄电装置。液流蓄电系统的功率取决于单电池内电机板的面积和堆的节数，储能容量取决于储液罐的容积和电解液的浓度。因此，功率与储能容量可单独设计，适用于大

8、容量蓄电。2.2钠硫电池储能   钠硫电池是以Na-beta-氧化铝为电解质和隔膜，并分别以金属钠和多硫化钠为负极和正极的二次电池,钠硫电池用于储能具有独到的优势，主要体现在原材料和制备成本低、能量和功率密度大、效率高、不受场地限制、维护方便等方面。钠硫电池已经成功的用于削峰填谷、应急电源、风力发电等可再生能源的稳定输出以及提高电力质量等方面。