电能互补中风力发电场储能技术的应用策略.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 02 日 作者简介：文桥（1996），男，汉族，贵州遵义人，本科，中国电建集团贵州工程有限公司，助理工程师，研究方向为电力工程专业。-22-电能互补中风力发电场储能技术的应用策略 文 桥 张春国 敖德欣 中国电建集团贵州工程有限公司，贵州 贵阳 550002 摘要：摘要：风能是可再生能源的基石，在全球向可持续能源转型中发挥着关键作用。然而，它固有的间歇性带来了重大挑战，需要创新的解决方案来确保持续的能源供应。整合不同可再生能源的能源互补性成为应对这些波动的关键战略。将储能技术集成到风电场中是这种方法的前沿，为应对风的不可预测性提供了缓冲。这种集成不仅稳定了电网，还提高了风能的效率和可靠性。风能储能的应用不仅仅是技术进步;这是迈向更有弹性和可持续的能源未来的关键一步。在我们深入探讨这一主题的同时，我们将探讨风能和存储技术之间的协同作用，强调它们在更广泛的能源互补背景下的作用。这种探索对于了解我们如何更有效地利用风能，并在一个日益可再生的世界中确保稳定可靠的能源供应至关重要。关键词：关键词：风力发电场；储能技术；电能互补 中图分类号：中图分类号：TM614 0 引言 面对日益严重的环境问题和传统化石燃料的枯竭，寻求可持续能源解决方案已成为全球当务之急。风能潜力巨大，碳足迹低，已成为可再生能源领域的领导者。然而，风力的可变性和不可预测性是一个主要障碍，往往导致供需不匹配。这种可变性突出表明，需要强大的解决方案来存储峰值风期间多余的能量，并在间歇性风期间释放多余的能量。先进的储能技术的出现为应对这些挑战提供了一条有希望的道路。通过将电池、抽水蓄能或压缩空气储能等存储系统集成到风电场中，可以缓解间歇性问题，提高电网的稳定性。这种集成不仅确保了更可靠的风能供应，还有助于将风能更顺利地集成到现有的电网基础设施中。此外，全球能源政策的演变，以及对可再生能源的日益偏爱，进一步放大了风力系统中高效储能解决方案的重要性。随着各国努力实现雄心勃勃的可再生能源目标和减少温室气体排放，能源储存在使风能更广泛地渗透到能源结构中的作用变得越来越重要。在此背景下，风能储能技术的研究不仅是一项技术研究，而且是向可持续和有弹性的能源未来更广泛过渡的重要组成部分1。这一研究背景为详细探索能源储存如何有效补充风能奠定了基础，为更可持续和可靠的能源系统铺平了道路。1 风力发电场储能技术概述 1.1 风力发电场储能技术使用必要性 由于风力资源的间歇性，储能技术在风力发电中发挥着重要作用。风力涡轮机在风速充足的情况下发电，但这种功率是零散的，可能随着天气条件的变化而变化。电池和抽水储存等储存系统在高风期捕获剩余能量，在需求高或风速低的情况下释放能量是非常重要的。这样可以确保持续可靠的电力供应，加强电网的稳定性，防止能源浪费。储能起到缓冲作用，使发电和消费挂钩。在风能生产过剩时期，多余电力储存以备将来使用，从而减少弃电，优化能源利用。相反，当风力功率不足时，可以释放储存的能量以满足需求，防止中断，并减少对备用电源的需求。这种供需平衡能力对于将风力发电无缝地整合到电网是重要的。1.2 储能技术种类与工作原理 为了应对间歇性的问题，风力发电站采用了多种能源存储技术。电池是最常见的选择之一，它以化学方式储存电能，并在必要时释放。例如，锂离子电池因其高能量密度和快速响应时间而广受欢迎。而抽水蓄能利用重力势能储存并释放电力。在风力发电过剩的时期，过剩的电力通过水泵将水从下水库输送到上水库。当电力需求上升时，水就会被释放并向下流动，中国科技期刊数据库 工业 A-23-通过涡轮发电。其他存储技术包括压缩空气能量存储(CAES)、飞轮和热存储系统。CAES 将压缩空气储存在地下洞穴中，需要电力时释放出来驱动涡轮。飞轮在旋转的转子中储存动能，根据需要转换为电能。蓄热系统，例如熔盐，储存由多余电力产生的热量，并利用其产生蒸汽发电。1.3 储能技术优势 储能技术在风电集成方面具有一些优势。通过对风力输出和负荷需求的变动提供快速的响应时间，提高了电网的稳定性。同时，还能有效利用剩余能量，减少放电，优化风电场的经济效益。储存能源也提高了可再生能源的可靠性，使之成为更可靠的电力来源。但是，这些技术并非没有挑战。成本仍然是一个重大的障碍，尽管随着技术进步和规模经济的实现，价格正在逐步下降。存储和转换中的能量损失也会影响整个系统的效率2。此外，在可持续发展的背景下，需要慎重考虑存储系统的制造和处理对环境的影响。2 风力发电场储能技术在电能互补中应用的作用 2.1 提高网络的稳定性和可靠性 风力发电场存储技术的集成对提高电网的稳定性和可靠性起着至关重要的作用。风能在本质上是间歇性的，发电量随风的可用性而波动。这种可变性对保持恒定的电力供应构成了挑战，特别是在小风或突然阵风的情况下。通过结合存储系统，如大型电池，可以存储在强风时期产生的能量，然后在弱风时期释放它，确保恒定和稳定的能源供应。这种能力对于防止可能干扰网络运行的故障和波动至关重要。此外，储能起到了缓冲作用，平滑了风电供应曲线，这对维持电网供需平衡至关重要。这种平衡对于防止过载和确保用户的能源需求得到系统的满足，从而提高能源系统的整体可靠性至关重要。2.2 促进可再生能源的更大渗透 储能技术使风能更深入地渗透到能源结构中。传统电网的设计是为了提供一致和可预测的电力供应，而风力发电的多变性质可能会带来整合挑战。由于存储技术能够存储多余的能量，并在需要时释放出来，因此，与传统发电厂相比，存储技术使风力发电场的功能更强，提供稳定和可预测的电力。这种适应性使电网更容易容纳更大比例的风能，从而减少对化石燃料的依赖，并朝着更可持续的能源结构迈进3。此外，在高效存储解决方案的支持下，增加风能的使用，有助于减少温室气体排放，符合全球应对气候变化的努力。储存和管理风力发电的能力也减少了对备用电力的需求，如天然气或燃煤电厂，进一步减少了能源部门的碳足迹。2.3 优化能源资源管理 将储能技术应用于风能，大幅度优化了能源管理。这些技术可以通过储存风高峰时期产生的多余能量来有效利用风能资源。这种优化在风能潜力大的地区尤其重要，因为如果不捕获和储存大量的能源，这些地区可能会损失大量的能源。储能系统提供了存储多余能量的灵活性，并在高需求时期使用它，而不管风的条件。这种灵活性对于最大限度地提高风力发电场的效率和确保产生的能源不被浪费至关重要。此外，战略性地储存和释放能源的能力允许更有效地管理能源资源，使能源生产与消费模式保持一致。这种调整对于减少能源浪费和提高电网的整体效率至关重要。2.4 支持网络服务和辅助市场 风能系统的储能在支持电网服务和辅助市场方面发挥着关键作用。存储技术使风电场能够提供频率调节、电压控制和旋转储备等辅助服务。这些服务对于维持电网的稳定和质量至关重要。例如，频率调节意味着保持供需平衡，以保持电网频率稳定，这对风能等间歇性能源构成了挑战。储能罐可以对这些波动做出快速反应，根据需要释放或吸收电力，以维持电网频率。此外，提供这些辅助服务的能力为风力涡轮机运营商在辅助市场开辟了新的收入来源。通过参与这些市场，具有存储能力的风力发电场可以为电网运营商提供有价值的服务 3 风力发电场储能技术在电能互补中应用的难点 3.1 初始投资高，经济可行性强 风能系统存储技术的实施往往受到所需的高初始投资的阻碍。先进的储能解决方案，如锂离子电池或抽水蓄能系统，需要大量的前期成本。这些成本不仅包括购买存储单元本身，还包括相关的基础设施，如电力转换系统和网络集成技术。对于许多风电项目来中国科技期刊数据库 工业 A-24-说，这些成本可能令人望而却步，特别是在发展中地区或小规模运营的项目。此外，这些项目的经济可行性经常受到当前市场动态的质疑。储能系统的投资回报取决于几个因素，包括电力成本、政府激励和监管框架。在化石燃料得到大量补贴或可再生能源激励有限的市场，将存储技术与风能结合起来的经济理由就不那么令人信服了4。这一经济挑战是在风力系统中广泛采用存储技术的主要障碍，特别是在财政资源有限或市场条件不利的地区。3.2 技术限制和效率问题 尽管发展迅速，目前的储能技术在效率、寿命和能量密度方面仍然面临限制。例如，电池驱动的存储系统虽然越来越流行，但随着时间的推移会退化，导致容量和效率下降。这种退化不仅会影响存储系统的长期生存能力，还需要在风电项目的整个生命周期内进行额外的更换或维护投资。此外，电池的能量密度也是一个问题，特别是当需要存储大量的能量时。大规模电池安装的物理足迹和环境影响也很重要。其他形式的储存，如抽水蓄能或压缩空气蓄能，在地理上是有限的，可能不是在所有地方都可行。这些技术和效率上的挑战阻碍了存储系统与风能的无缝集成，影响了这些组合解决方案的整体性能和效率。3.3 电网整合和监管挑战 将风能和储能技术集成到现有电网中带来了复杂的技术和监管挑战。电网基础设施，特别是在较老的系统中，可能无法管理风能的间歇性以及能源存储的动态。升级网络基础设施以适应这些技术不仅需要大量投资，还需要先进的网络管理系统。此外，许多地区的监管框架没有跟上可再生能源和存储解决方案的技术进步。对于将存储系统集成到电网、存储可再生能源的定价或这些系统参与电力市场，通常没有明确的指导方针或政策。这些监管漏洞可能会给投资者和运营商带来不确定性，阻碍风能存储项目的开发和部署。驾驭这些监管环境并倡导支持性政策对于成功地将存储技术集成到风力系统至关重要。4 风力发电场储能技术在电能互补中的应用策略 4.1 混合存储系统的战略实施 在储能技术应用过程当中，重要的策略是使用混合储存系统，系统应用过程当中能够对不同类型的储存技术进行合理的使用，比如对超级电容器以及电池进行综合性的应用，而各个系统的应用均具有的优点与缺点。比如电池能够对更加高密度的能量与以提供，但其响应时间相对较慢，而超级电容器在应用过程当中其能量提供更为快速，但其能量密度相对较低。通过更加合理地对相关技术进行结合，能够创造出较为高效且具有一定通用性的能源储存解决方案，能够确保可变性得到合理的管理，此方法在一定程度上也能够使单一性的储能技术存在的风险得以降低。如若技术过时，则能够及时对技术进行更换。另外，混合动力系统在应用过程当中能够对电网需求、风力需求以及经济等各项因素进行综合性的考量，对于电厂进行针对性的制定具有更加高效及个性化的特点5。4.2 更加先进的能源预测及管理系统 能，预测管理系统进行优化，能够有效地促进风能储存技术进行不断的完善，对于封控及能源需求进行合理的预测，能够确保能源储存及释放，更加高效对于风力较大时的方发电量进行预测，能够使运营方更具合理的管理多余的能量，并且基于风量相对较小，以及需求量较高时，将其能量合理的释放，先进的能量管理系统在应用中能够确保以更加自动化的方式完成相应的过程。通过实时数据分析的模式，确定何时对能源进行储存及释放。此系统在应用过程当中能够更加合理的整合可再生能源的综合市场，并且对电力市场信息进行有效的完善，从而对于能源管理方式进行合理的优化。此策略在使用的过程中，使得能源储存效率得到提升，并且在一定程度上使得能源消耗量及占有率得到更加合理的优化，确保供电项目的经济可行性得到一定的提升。4.3 使用可持续性环境友好储能方案 对于环境友好性的储能方案进行应用，是风能储存技术应用的重要基础，不仅需要选取环境影响相对较低的技术模式，同时需要在整体系统的生命周期内部进行有效的优化，对于新的储能技术进行开发。比如对锂电池以及液流电池进行应用有着极为重要的作用。另外在储能系统生命周期结束时，需要进一步对其进行合理的回收，使其可持续性得到提升储存系统及环境性需要制定更加合理的法规标准，以此保证其环境友好的综合性特点，通过储能技术的应用及选择，中国科技期刊数据库 工业 A-25-需要选取更具可持续性的储能方案，而将相应的系统与可再生能源进行合理的结合。5 结语 风力发电储能技术在应用过程当中有着极为重要的作用，能够确保电力系统的效率及稳定性提升，确保可再生能源能够得到更加高效的整合，使能源转型获得重要的基础，通过对锂电池超级电容器等诸多创意型技术进行应用，使风力发电储能技术更为完善，在技术业务中需要考虑成本及技术的综合特点，确保技术应用更为合理，从多角度解决储能技术在发展中存在的问题。使风能发电更加具备可持续性，推进低碳转型的发展需要，后续的发展中行业研究者及技术开发者需要共同努力对技术进行不断优化，对于电力供应的新技术进行有效的研发。参考文献 1 谢 丽 蓉,侯 培 浩,包 洪 印,等.基 于 弃 风 利 用 的 塔 筒 电 梯 储 能 系 统 优 化 配 置 J.太 阳 能 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