储能技术在风力发电系统中的应用研究.pdf

1现 代 工 程 科 技Modern Engineering Technology第 3 卷第 1 期2024 年 1 月Vol.3 No.1Jan.2024储能技术在风力发电系统中的应用研究任 冬海油富岛（上海）化学有限公司，北京 100020摘要：为增强发电系统的可靠性和稳定性，对储能技术的应用范围进行分析，研究了如何在风力发电系统中最佳地应用储能技术，以最大限度地发挥其优势。提出了风力发电系统中储能技术的优化方法，该方法包括提高储能设备的效率，降低储能设备的成本以及提高储能设备的可靠性。最后，评估了该方案的实际应用效果。研究发现，储能技术的引入可以显著提高风力发电系统的性能，增强其可靠性和稳定性，并对电力系统的稳定性产生积极的影响。关键词：风力发电；系统；储能技术；运用中图分类号：TM614 文献标识码：AResearch on the Application of Energy Storage Technology in Wind Power Generation SystemsRen DongCNOOC Fudao(Shanghai)Chemical Co.,Ltd.,Beijing 100020Abstract:With the aim of enhancing the reliability and stability of power generation systems,the application scope of energy storage technology was analyzed,and the optimal application of energy storage technology in wind power generation systems was studied to maximize its advantages.And propose an optimization method for energy storage technology in wind power generation system,which includes improving the efficiency of energy storage equipment,reducing the cost of energy storage equipment,and improving the reliability of energy storage equipment.Finally,the practical application effect of the scheme was evaluated,and it was found that the introduction of energy storage technology can significantly improve the performance of wind power generation systems,enhance their reliability and stability,and have a positive impact on the stability of the power system.Keywords:wind power generation;system;energy storage technology;apply作者简介：任冬（1986），男，海油富岛（上海）化学有限公司电气工程师，研究方向为电气工程及其自动化。风能作为一种清洁、可再生的能源，在全球范围内得到了广泛应用。风力发电系统在电网中发挥着越来越重要的作用。然而，风能具有间歇性和不稳定性，给电网带来了一定的挑战。为了解决这个问题，储能技术被引入风力发电系统中。1储能技术的重要性储能技术可以解决风能的不稳定性问题。风能受到风速、风向等因素的影响，其输出功率也会随之波动。而储能技术的应用则可以在风能输出功率下降时，存储之前多余的能量，以备不时之需。这样可以使整个电力系统更加稳定，提高供电质量。储能技术还可以提高电力系统的效率。在风力发电系统中，发电机组的启动和停止需要耗费大量时间和资源。而储能技术的应用可以在机组停止运行时存储能量，在需要时释放出来，从而避免了频繁启动和停止操作，这样可以提高电力系统的效率，节约能源并延长设备的使用寿命。最后，储能技术还可以帮助风力发电系统更好地融入大电网。随着电网规模的不断扩大和电力市场的不断完善，电力系统的稳定性和可靠性越来越受到关注，而储能技术的应用则可以在电力系统中起到平衡作用，帮助控制系统稳定运行并减少对大电网的冲击，提高电力系统的可靠性和稳定性，更好地满足社会对能源的需求1。2风力发电系统中的储能技术2.1储能技术的种类风力发电系统中，储能技术是不可或缺的一部分。储能技术可以解决风力发电不稳定的问题，并提高系统的可靠性和效率。储能技术的种类多种多样，主要类型如图1所示。储能技术主要分为储电与储热。目前储能方式主要分为三类：机械储能、电磁储能、电化学储能。22024 年 1 月第 3 卷第 1 期现 代 工 程 科 技2储能技术主要分为物理储能（如抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等）、化学储能（如铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、锂离子电池）和电磁储能（如超导电磁储能、超级电容器储能等）三大类。根据各种储能技术的特点，飞轮储能、超导电磁储能和超级电容器储能话合干需要提供短时较大的脉冲功率场合，如应对电斥暂降和瞬时停电，提高田户的田电质量，抑制电力系统低频振荡、提高系统稳定性等：而抽水储能、压缩空气储能和电化学电池储能适合于系统调峰、大型应急电源、可再生能源并入等大规模、大容量的应用场合。各种储能技术的特性和适用场景是有区别的。在考虑大规模和大容量应用时，可以选择抽水储能、压缩空气储能和电化学电池储能。这些技术不仅适合系统调峰，还可以作为大型应急电源，甚至是可再生能源并入电网的重要手段。需要提供短时较大脉冲功率时，其他一些储能技术则更具优势。例如，飞轮储能、超导电磁储能和超级电容器储能。这些技术可以迅速响应并产生高功率输出，非常适合那些需要瞬间高能量的应用场景。图1 储能技术分类参考图2.2储能技术在风力发电系统中的应用方式2.2.1储存电能储能技术在风力发电系统中的应用方式多种多样，储存电能是其中的重要环节。以下是一些储能技术在风力发电系统中储存电能的具体应用方式。飞轮储能是机械储能的一种方式，通过使用高速旋转的飞轮来储存动能。在风力发电系统中，当风能充足时，飞轮会高速旋转并将能量储存起来，以动能的形式表现。而当风能不足时，飞轮的旋转速度会减慢，并驱动发电机进行发电。超级电容储能是一种高效的储能元件，它具有快速充放电、高循环寿命和高功率密度等优点。在风力发电系统中，超级电容可以作为缓冲和调节装置，在由于风能波动引起电力波动时，储存和释放电能2。压缩空气储能则是利用空气的压缩和膨胀来储存能量。在风力发电系统中，压缩空气储能技术可以储存多余的电能，并在需要时释放出来。这些不同的储能技术在风力发电系统中的应用方式储存电能，能够大大提高风力发电系统的效率和可靠性，减少对环境的影响，并为能源的可持续发展做出重要贡献。2.2.2稳定电网储能技术在风力发电系统中的应用方式多种多样，稳定电网是其中的重要应用之一。以下是一些储能技术在风力发电系统中稳定电网的具体应用方式。当风力充足时，风力发电机产生的电能将通过储能设备储存起来。这样，当风力发电输出降低或出现波动时，储能设备可以释放所储存的能量，确保电网的稳定运行。在风力发电系统中，电池储能可以平衡功率输出，储存多余电力，提高整个系统的可靠性。通过电池储能的介入，可以减少电网的充电和放电波动，起到稳定电网的作用。超导磁储能则利用超导线圈储存能量。在风力发电系统中，超导磁储能可以调节电力系统的无功功率，提高电力系统的稳定性。超导磁储能装置具有快速响应、高储能密度和低损耗等优点，在电力系统中可以作为无功补偿装置，调节电网的电压和频率，从而起到稳定电网的作用。这些不同的储能技术在风力发电系统中的应用能够稳定电网，大大提高电力系统的稳定性，减少电网的波动和扰动，从而有效地降低电网崩溃的风险，为能源的可持续发展做出重要贡献。2.2.3调节功率储能技术应用于风力发电系统中，在调节功率方面能够发挥重要作用。风力发电系统的输出功率会受到风速、风向等多种因素的影响，存在较大的波动和不确定性。因此，通过储能技术的调节，可以有效地稳定和调节风力发电系统的输出功率。蓄电池储能技术是一种调节功率的有效方式。蓄电池储能系统可以储存一定量的电能，并可根据需要释放出来。在风力发电系统中，蓄电池储能技术可以平衡风力发电系统的功率输出，调节电力系统的频率和电压，从而确保电力系统的稳定性和可靠性。超级电容储能技术也可以用于调节功率。超级电容储能系统具有快速充放电和高效能量转换的优点，可以3任 冬：储能技术在风力发电系统中的应用研究能源科技在短时间内实现功率的快速调节。在风力发电系统中，超级电容储能技术可以作为缓冲和调节装置，动态响应由于风能波动引起的电力波动，储存和释放电能，从而有效地稳定和调节风力发电系统的输出功率。超导磁储能技术也可以用于调节功率。在风力发电系统中，超导磁储能技术可以调节电力系统的无功功率，从而维持电力系统的电压稳定和频率稳定。同时，超导磁储能技术还可以作为有功备用装置，当风力发电系统出现故障时，可以迅速提供有功功率，保证电力系统的正常运行3。3风力发电系统中储能技术优化3.1提高储能设备效率在风力发电系统中，提高储能设备的效率是储能技术优化的重要方向之一。以下是一些提高储能设备效率的方法。（1）选用适合的储能技术。不同的储能技术有不同的优缺点，因此在选择储能技术时，需要考虑其适用性和效率。例如，蓄电池储能技术适用于长期储存电能，而超级电容储能技术则适用于短期储存和快速充放电。（2）选用高效储能元件。储能设备的效率与其使用的储能元件密切相关。因此，在选择储能元件时，需要选择具有高能量密度、高功率密度和高效率的储能元件。例如，超导磁储能技术利用超导线圈储存能量，具有高储能密度和快速响应的优点。（3）控制储能设备的运行参数。储能设备的运行参数对其效率也有很大影响。例如，蓄电池充电和放电倍率、充电时间和放电时间等都会对其效率产生影响。因此，需要控制储能设备的运行参数，使其在最佳状态下运行。（4）采用并联和串联储能设备。在风力发电系统中，可以采用并联和串联储能设备的方式来提高效率。通过将多个储能设备并联连接，可以增加系统的功率容量，提高系统的可靠性。而通过将多个储能设备串联连接，可以增加系统的电压等级，提高系统的稳定性和可 靠性。总之，提高储能设备的效率是风力发电系统中储能技术优化的关键之一。通过选择适合的储能技术、选用高效储能元件、控制储能设备的运行参数以及采用并联和串联储能设备等方式，可以进一步提高风力发电系统的效率和可靠性。3.2 降低储能设备成本在风力发电系统中，储能技术是解决风能波动和提高系统稳定性的重要手段。然而，储能设备的成本是制约其应用的重要因素。因此，降低储能设备的成本对于优化风力发电系统具有重要意义。以下是一些降低储能设备成本的方法。（1）材料选择是降低成本的关键。储能设备的主要成本来自电池和超级电容等元器件。选择价格低廉且性能稳定的材料能够显著降低设备的制造成本。例如，有些新型电池材料具有高能量密度、快速充放电、使用寿命长等优点，同时价格相对较低，可以作为优选材料。（2）提高能源利用效率也是降低成本的有效途径。通过改进电池管理系统和优化充电放电策略，可以提高储能设备的能源利用效率，从而减少浪费和降低成本。例如，采用智能充电技术，根据电池的充电状态和电量来调整充电电流，可以延长电池使用寿命并提高能源利用效率。（3）采用模块化和标准化设计也可以降低成本。模块化和标准化设计可以实现设备的批量生产和互换，减少生产成本和维修成本。同时，这种设计还可以提高设备的可靠性和可维护性，降低设备的故障率和缩短维修时间。（4）利用可再生资源为储能设备供电也是一种降低成本的方法。例如，利用太阳能为电池充电或为超级电容充电可以减少对传统能源的依赖，降低运行成本。同时，这种做法还有助于减少环境污染和资源浪费4。3.3提高储能设备可靠性在风力发电系统中，储能技术不仅需要解决风能波动、提高系统稳定性，同时也需要具备高度的可靠性。储能设备的可靠性直接影响到整个风力发电系统的稳定运行，因此提高储能设备的可靠性是优化风力发电系统的重要环节。以下是一些提高储能设备可靠性的 方法。（1）对于电池和超级电容等关键元器件，应选用具有稳定性能、高可靠性、使用寿命长的优质产品。这些高质量的元器件可以减少因设备故障而导致的系统停机时间，同时也可以延长整个储能系统的使用寿命。（2）采用先进的电池管理系统，先进的电池管理系统能够实时监控电池的状态，预测电池的充放电性能，42024 年 1 月第 3 卷第 1 期现 代 工 程 科 技4并采取相应的管理策略来确保电池的安全运行。而采用智能充电技术，可以避免过充、过放对电池造成的损害，延长电池的使用寿命。（3）对储能设备进行热管理也是提高可靠性的重要手段。由于电池和超级电容在工作过程中会产生热量，如果热量不能得到有效的控制和散出，可能会导致设备过热而受到损害。因此，通过采用适当的散热设计和冷却系统，可以确保储能设备在正常温度下运行，提高其可靠性。（4）采用模块化和冗余设计也是提高储能设备可靠性的有效方法。模块化设计可以将大型储能设备分解为多个小型、独立的模块，每个模块都具有独立的功能。如果某个模块出现故障，可以方便地替换和维修，而不会对整个系统造成太大的影响。而冗余设计则可以在关键部位或容易出现故障的环节增加备份设备，以确保系统的高可靠性。4案例分析以某个大型的风力发电项目为例，为了提高风力发电系统的稳定性和可靠性，该项目决定采用储能技术。经过综合评估，项目选择了锂离子电池储能系统来配合风力发电机的运行。在该项目中，锂离子电池储能系统被安装在风力发电机的机舱内。当风力发电机的输出功率高于电网需求时，多余的电能会被储能系统储存起来；当风力发电机的输出功率低于电网需求时，储能系统会释放储存的电能来补充电力缺口。这样，通过储能系统的调节，风力发电机的输出功率变得更加稳定，对电网的影响也显著降低。通过引入锂离子电池储能系统，该项目成功实现了风力发电机输出功率的稳定运行。这不仅提高了风能利用率，降低了能源浪费，还显著提升了风力发电系统对电网的友好性。此外，储能系统的引入还使得该风力发电项目在电力需求高峰期能够更好地满足电网的需求，提高了电力系统的稳定性。通过这个案例，可以得知储能技术在风力发电系统中的重要作用。在未来的风能发展中，随着技术的进步和成本的降低，可以预期更多的储能技术将被应用到风力发电系统中，这将进一步推动风力发电的发展，实现能源的可持续发展5。5结语综上所述，本文探讨了储能技术如何在风力发电系统中发挥重要作用，包括提高电力系统的稳定性、可靠性和效率。在分析了各种储能技术的优缺点后，发现电池储能技术具有较高的能量密度和功率响应能力，同时具有较快的充电和放电速度。因此，电池储能技术是未来风力发电系统中储能技术的重要发展方向。参考文献1 蔡彦枫,李晓宇.面向空中风力发电系统的高空风场观测研究J.南方能源建设,2023,10(4):1-9.2 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