推薦單位：大唐黑龍江新能源開發(fā)有限公司
本文作者：劉亮
摘要：風能作為一種綠色新能源發(fā)電具有不同于火電、水電等常規(guī)電源的波動性和間歇性，大規(guī)模并網(wǎng)運行會對電網(wǎng)的穩(wěn)定性造成影響,嚴重時會引發(fā)大規(guī)模惡性事故。儲能技術(shù)的發(fā)展為風電大規(guī)模并網(wǎng)及改善風電性能提供了有效的解決方案，在風電裝機容量不斷增加、規(guī)模不斷擴大的情況下，安裝動態(tài)響應(yīng)特性好，壽命長、可靠性高的儲能裝置能夠提供快速的有功支撐，增強電網(wǎng)調(diào)頻能力，有效解決風能的隨機性和波動性問題，大幅提高電網(wǎng)接納能力。風電場配置儲能裝置在改善風電場運行特性的同時，也意味著投資成本的增加，風電場增加儲能設(shè)備及其效益分析是儲能技術(shù)能否在風電場應(yīng)用的前提條件。
1、儲能技術(shù)應(yīng)用在風力發(fā)電系統(tǒng)中的作用
風力發(fā)電雖然是環(huán)保、可再生的能源，但其出力受自然條件影響非常大，具有較強的間歇性、波動性。此外風電場出力的變化規(guī)律與系統(tǒng)負荷的變化規(guī)律并不一致。為了抑制風電場的出力波動，提高風電場的利用率，可考慮給風電場配置儲能裝置。儲能裝置在風力發(fā)電中所起的作用主要有：
1.1 均衡供電，提高風電對用電企業(yè)的供電質(zhì)量和能力
風電有間歇性和不穩(wěn)定性，而用電的生產(chǎn)設(shè)備則力求連續(xù)、均衡、按最佳條件運行，以求的生產(chǎn)的高效率和高質(zhì)量。大規(guī)模儲能系統(tǒng)正可起此作用，風大電多時進行大規(guī)模蓄電，風小電少時由儲能設(shè)備隨時補充。
1.2 減輕電網(wǎng)“谷”期的壓力，增加“峰”期的供電能力
我國很多風電場在午夜后風力增大，而這時正式電網(wǎng)負荷的“谷”期，風電并網(wǎng)實際上是增加了電網(wǎng)“調(diào)峰”的負擔，特別是實行分時計價中，“谷”的電價很低，此時上網(wǎng)的風電越多，經(jīng)濟損失就越大，燃煤電廠因電網(wǎng)“調(diào)峰”需要而減發(fā)的任務(wù)也加重。風電經(jīng)儲能蓄電后上網(wǎng)，可大大減輕對電網(wǎng)“谷”期的壓力，并增加“峰”期的供電能力。
1.3 提高風電的使用價值
風力發(fā)電系統(tǒng)安裝了儲能裝置后，“谷”期將一部分多余風電儲存起來，這樣按照國家政策照顧的“平均價”售給電網(wǎng)的電能變少，而且在“峰”期將儲存的電能售給電網(wǎng)，上網(wǎng)電價將不再是國家政策照顧的“平均價”，而是提高至接近“峰”期的市價，提高風電自身的經(jīng)濟效益。
1.4 儲能裝置可以調(diào)節(jié)風電場無功出力
風電場無功出力不穩(wěn)定，有時候還會向電網(wǎng)吸收無功，導致電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定，或者電壓質(zhì)量變差，在加裝儲能裝置后。會明顯改善無功出力，對電網(wǎng)電壓質(zhì)量有很大的提高。
由此可見，給風電配置儲能系統(tǒng)后，既可以提高風電并網(wǎng)質(zhì)量運行效率，又可以一定程度上減輕系統(tǒng)的調(diào)峰壓力。
2、各種儲能技術(shù)在風電場中的應(yīng)用前景比較分析
本過高是限制儲能技術(shù)在風力發(fā)電中大量推廣應(yīng)用的共同問題，提高能量轉(zhuǎn)換效率和降低成本是今后儲能技術(shù)研究的重要方向。根據(jù)某儲能研究機構(gòu)對蓄能方式的長期研究得出的基本結(jié)論，在各種儲能技術(shù)中，抽水儲能和壓縮空氣儲能比較適用于電網(wǎng)調(diào)峰；電池儲能和相變儲能比較適用于中小規(guī)模儲能和用戶需求側(cè)管理；超導電磁儲能和飛輪儲能比較適用于電網(wǎng)調(diào)頻和電能質(zhì)量保障；超級電容器儲能比較適用于電動汽車儲能和混合儲能。如圖所示，可實現(xiàn)大功率長周期儲能的方式有壓縮空氣蓄能、泵儲存、液流電池（ 液釩）、鈉硫電池、鉛酸電池等。
圖1 蓄能方式對照圖
在風力發(fā)電中，儲能方式的選擇需要考慮額定功率、橋接時間、技術(shù)成熟度、系統(tǒng)成本、環(huán)境條件等多種因素。風電場的儲能首先要實現(xiàn)電能質(zhì)量管理功能，超級電容器、高速飛輪、超導、鈉硫和液流電池儲能系統(tǒng)能使風電場的輸出功率平滑，外部電網(wǎng)故障時能夠提供電壓支撐，維護電網(wǎng)穩(wěn)定；其次，鉛酸電池、新型鈉硫和液流電池儲能系統(tǒng)具有調(diào)峰功能，比較適合風電的大規(guī)模電能存儲。
3、風電場配置儲能系統(tǒng)的合理容量分析
充分利用風能，以最大限度地發(fā)揮設(shè)備的效能、減少傳統(tǒng)能源的消耗成為風電場建成后的首要目標。但是風速的變化對于風電場的出力影響很大，而電網(wǎng)必須連續(xù)、安全可靠、穩(wěn)定地向用戶提供電壓、頻率合格的優(yōu)質(zhì)電力。要達到保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行且最大化利用風能的這個目標，可以運用儲能裝置。目前，大容量儲能技術(shù)已不存在技術(shù)瓶頸，只是儲能設(shè)備成本過高。
3.1 風電場的傳統(tǒng)輸出方式
3.1.1 風力發(fā)電機始終以最大功率點跟蹤方式運行。當負荷較輕時，如夜間，儲存部分電能，當負荷重且遇到弱風時，將儲能設(shè)備中的電能用于補償。由于電網(wǎng)負荷的波動特性往往并不與風功率的波動特性一致，這總方法仍然存在如何合理選取儲能容量大小的問題。如果夜間風速特別強，就需要很大的儲能容量，否則將會引起風能浪費，于是很容易出現(xiàn)儲能容量不夠而造成的的夜間風能浪費和白天儲能不足的情況。
3.1.2風力發(fā)電機采用降額發(fā)電，即在正常情況下，風電場不按最大功率點跟蹤的方式運行，而是按照最大功率的一定百分比進行發(fā)電，如電網(wǎng)公司給定負荷曲線，按照電網(wǎng)公司需求相應(yīng)地降低或提升發(fā)電能力，以緩解發(fā)電量的隨機波動，但這種方法直接影響了風能利用的效率，降低了運營利潤，并且存在調(diào)節(jié)能力有限的問題。
3.2 風電場儲能系統(tǒng)的優(yōu)化配置計算步驟
針對上述3.1出現(xiàn)的問題，可以按一下步驟來對風電場儲能容量優(yōu)化設(shè)計：
3.2.1 統(tǒng)計風電場輸出曲線；
3.2.2 確定需要風電場穩(wěn)定輸出的功率P；
3.2.3 計算風電場出力大于P時的差額發(fā)電量S；
3.2.4 計算風電場出力小于P時的差額發(fā)電量S’；
3.2.5 比較S和S’的大小，即可確定配置儲能裝置的合理容量。
4、儲能裝置在風電場應(yīng)用的效益分析
4.1為更好的衡量風電系統(tǒng)配置儲能裝置的成本、效益，去動態(tài)的考慮投資的價值，也即資金的時間價值，其中用等年值進行方案比較的方法稱為等年值法。等年值法是經(jīng)濟評價中最常用的一種方法。
4.2風電場配置儲能系統(tǒng)后增加的成本主要包括：儲能系統(tǒng)的設(shè)備固定成本Ｋ,這主要與配置儲能系統(tǒng)的容量及放電功率有關(guān)。而風電場配置儲能系統(tǒng)后增加的收益B，這主要是通過儲能系統(tǒng)的低儲高發(fā)獲得。
風電場配置儲能系統(tǒng)后的年收益可表示如下：
AW=-K(A,P,i,n)+B-C
式中：AW —風電場年度收益；
K —一次性投資成本
I —貼現(xiàn)率
N —工程使用年限
B —工程年收益
C —工程年運行費用。
使用等年值進行經(jīng)濟評價時，只有AW≥0，該方案在經(jīng)濟上才是可取的，i的取值應(yīng)大于現(xiàn)在銀行存款利率。
4.3 加裝儲能設(shè)備后，能夠平滑風電場出力，對于提高電網(wǎng)穩(wěn)定性、電能質(zhì)量以及抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩都有有力的影響，為激勵風電場加裝儲能設(shè)備，可以實行峰谷分段上網(wǎng)電價的方式，提高風電場加裝儲能裝置后的經(jīng)濟效益，從風電場角度出發(fā)，谷值時少發(fā)電，就能提高總電費收入，而不加儲能裝置的風電場則會因為風電場輸出的特性與負荷特性的差異而少獲得電費。
4.4 在眾多的儲能方式中，鈉硫電池單體的比能量高，可大電流、高功率放電，無放電污染、無振動、底噪聲，利于環(huán)境保護，幾乎沒有自放電現(xiàn)象，放電率幾乎可達100%，通過串聯(lián)可以方便實現(xiàn)大容量存儲，這些優(yōu)點使鈉硫電池儲能成為現(xiàn)在風電儲能應(yīng)用中最具有發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景的方法之一。
5、目前，風電場安裝性能較高的新型鈉硫蓄電池儲能系統(tǒng)，其運行成本仍然較高，風電場還是虧錢的，造成虧損的原因是當前儲能設(shè)備尤其是蓄電池成本太高。但隨著科技進步，技術(shù)瓶頸被打破，儲能設(shè)備的規(guī)?；a(chǎn)，其單位容量的制造成本是會逐漸降低的。在儲能系統(tǒng)單位成本逐漸降低以及抬高系統(tǒng)負荷高峰時的協(xié)議電價，風電場配置儲能系統(tǒng)后是可以實現(xiàn)盈利的，此外因為儲能設(shè)備對于風電場的穩(wěn)定性輸出具有重要作用，可以減小風電場不穩(wěn)定輸出對電力系統(tǒng)的負面影響。所以電網(wǎng)公司方面或者國家應(yīng)給予安裝儲能裝置的風電場補助，這樣可以進一步減小由于儲能設(shè)備造成的虧損，提高風電場安裝儲能設(shè)備的積極性。
參考文獻
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