浅谈储能系统在风力,光伏发电厂的应用

浅谈储能系统在风力,光伏发电厂的应用

孙丽

威腾电气集团股份有限公司    江苏南京210000

摘要：随着当前国家对于保护环境越来越重视，为能减少碳排放，逐渐的增加风力发电和光伏发电厂数量。为能让这类电厂稳定运行，就需要用到储能系统。本文就针对储能系统在风力和光伏发电厂中的实际应用，以此来明确储能系统的作用，不仅能储存能源，而且还能提高可再生能源的利用率。本文先分析风力和光伏发电方面储能系统应用的内容，然后提出储能技术在风力与光伏发电厂中的实际应用类型，明确具体储能系统的选择，为相关研究人员提供参考。

关键词：储能系统；风力发电；光伏发电

我国社会在建设与发展中，针对电能的需求在增加。但是，为能减少传统煤炭形式的发电，对于环境造成的污染，就逐渐的研究可再生能源发电项目，常见的风力风力发电和光伏发电是当前研究的重点[1]。而风力发电和光伏发电都会受到外界因素的影响，为能确保风力发电和光伏发电的稳定运行，就应合理的应用储能技术，进一步稳定的输出电压，从而来保证电能质量。

一、风力发电和光伏发电中储能技术实际应用

在我国相关会议中指出，如何能为围绕碳中和、碳达峰来调整能源结构，稳步推动可再生能源项目发展。加快风力发电和光伏发电，构建适应当前发展要求的电力系统，进一步完善能源的使用消耗体系，便于利用低碳能源能替代传统能源形式[2]。而因为风力发电会受到风力的影响，光伏发电会受到太阳光的影响，所以为确保在用电高峰期也能有充足的供电，就需要运用储能系统来配合使用，满足用电需求。

二、储能系统在风力和光伏发电中的应用类型

（一）机械储能

机械储能就是将原本的电能转化为机械能，往往这种类型的储能系统使用时间长，而将其细分又可以分为压缩空气、飞轮和抽水三种。其中的压缩空气就是指在电力系统负荷低的情况下，通过利用电能来带动空气压缩机工作，将空气存储在储气室中。然后如果电力系统发现电量不足，就会利用空气来带动换热器运动，导入到燃气轮机中发电。飞轮储能则是利用电机带动飞轮运行，通过动能的方式来转化电能。在需要电能的时候，就需要驱动飞轮，以此来释放动能。抽水蓄能则是在电网负荷低的情况下，利用电来将水从低处抽入到高处，等待电网用电不足的情况下，再将水从高处释放到低处，利用这样的方式来带动发电[3]。

（二）电气储能

针对电气储能又可以将其分为超导储能、超级电容储能这两种，超导储能是通过对超导线圈的利用，以此来存储电磁能。等待电网需要电量的时候，再反馈电磁能，并能灵活调整电网谐波等，从而来为其提供电力的设备。工作原理是在正常运行上，电流通过整流来为超导电感充电，然后保持稳定运行，因为是超导线圈来存储电能，所以在这其中的电能损耗较低，然后等待电网供电不足的时候再释放。或者是在电网发生瞬态电压降低的时候，那么都可以在超导电感中获取电能，便于灵活调整功率，保持电网的电压稳定。

（三）电化学储能

电化学储能是通过电池的方式来存储能量，因此种类就是受到电池类型的影响，比如锂离子、铅酸、钠硫和液流等形式。

其中的铅酸电池是通过铅和氧化物所组成的电极，电解质是硫酸溶液。而锂离子则是利用锂金属来构成，其中的电解质材料为非水溶液。钠硫电池则是以金属钠为基础的二次电池，同时液流电池则是分开正负极，便于各自循环的一种蓄电池方式。

（四）变相储能

这种储能方式是通过使用材料在变化的时候，能对应吸收和放出热量，可以利用电热蓄能的方式来存储能量。其中的冷蓄冷储能是指在电网负荷低的情况下，能利用制冷机来制冷，然后使用材料的显热性能，便于将能量加以存储[4]。在用电量大的情况下及时的释放能量，从而来有效的满足设备在运行上的用电需求。蓄热储能则是根据存储方式可以分为显热和相变还有反应这三种方式。

其中的显热则是使用储热材料，便于能对热能存储，这也是三种方式中最为常见的一种形式，不仅技术成熟，而且原理更加简单，成本投入更低。显热储能又可以将其分为液体显热、固体显热和液体和固体结合的显热方式。相变储能则是通过使用材料的方式，以此来在吸收和放出热量中存储能量。这一系统具备结构合理、相变潜热大等特点。在应用上一种是单一的储热方式，主要是利用膨胀石墨等材料，另外一种是利用合成油作为传热媒介，然后使用级联相变储热方案，从而来形成的混合储热行为。化学储热则是指通过对可逆化学反应的热来储存热能，这类储热方式不仅能长期存储，而且密度高，但是应用上技术复杂，所以还需要深入研究。

（五）化学储能

化学储能就是通过利用天然气等方式来作为能源载体，比如利用电制作氢，通过氢来作为载体，还可以将氢和二氧化碳反应后形成天然气。

三、储能系统在风力和光伏发电中的应用选择

当前，针对不同行业所能应用的储能系统方式各不相同，主流的有以上所介绍的各类储能类型，而且每一种储能系统都有着自己的特点。

（一）机械储能选择

抽水储能自身的容量大，同时成本费用投入少，但是在建设储能设施上会受到地区内的地形等限制。比如要能具备建立水库的环境，所以灵活性不足，如果发现电厂的周围没有足够的水源，就不应该使用这一方法。

压缩空气储能虽然成本低，但是同样需要有充足的空间来存储空气，可以通过地下洞穴的方式来存储，也可以建设储存罐的方式来存储。如果是需要利用储存罐来存储，就需要投入一定的成本，所以往往都是在一些规模不大的存储站来研究这一技术。而还有一些材料管线钢存储方式，当前还在研究中。所以，如果条件可以情况下，可以利用地下洞穴的方式来存储，如果发现电厂的周围没有适合的地下洞穴，同时建设存储罐的方式成本过高，就不能应用这一技术。

飞轮储能往往响应快，而且使用时间长，但是因为成本高，同时还会受到放电时间的影响，不适合一些大型电网的储能要求。

（二）电化学储能选择

铅酸电池因为在生产和拆卸等方面，会对周围环境造成较大的影响，而且使用时间短，其具体的储能容量也受到限制，因此不适合应用于大型的电网储能要求。

锂离子在当前有三元和磷酸这两种形式能应用于大型的储能要求，因为这一储能系统响应速度快，同时能很好的提高实际的转换效率情况，并且充放电速度也要更快，是兼顾功率和能量的重要系统。虽然三元锂电池的密度高，但是成本和安全性等都要比磷酸类型要低。

液流电池在应用上，需要在前期投入一定的成本，所以往往一些投资单位会考虑这一因素导致不愿意投入，选择一些成本更低的电池。

钠硫电池在运行上，针对周围环境温度要求较高，而且原材料还容易燃烧，因此不适合应用于电厂储能。

（三）电气储能选择

超级电容器储能因为密度低，同时自身属于是功率性设备，所以针对一些大型的电网储能需求来说，不能有效满足。

（四）化学储能

在化学储能上，氢气的运输和存储等成本过高。构建的氢站需要有产业链的支持，这样才能及时的绘本，所以需要能根据实际的氢产业发展情况，来明确是否可以建设氢站。

（五）变相储能

往往蓄热储能需要和火电厂相互配合，针对风力和光伏发电厂来说，如果需要存储电能的时候，将其再次转化为电能或者是其它能源，其中所耗费能量较多，无法及时的回本。

因此，从以上分析能看出，对于风力和光伏发电来说，使用磷酸锂电池来存储最为适合，能取得很好的储能效果。

四、锂电池储能系统配置

锂电池储能可以将其分为蓄电池、变流器、变压器、辅助和能量管理等系统，不同系统的实际作用各不相同，在相互配合下来构建锂电池储能系统。

（一）蓄电池系统

这一部分是由多个电池所组成，通过并串联的方式，以此来构建电池模块。多个电池模块通过并串联的方式来构建电池组。多个电池组来布置在集装箱中，每一个厂家的集装箱内的电池组数量各不相同，一般是2.5MWh~5MWh，集装箱的大小一般为40尺。

（二）PCS变流器系统

这一系统就是变流器，其目的是控制充放电过程，以此来转换交直流。系统是由控制单元和变流器来组成，通过接收到指令后，根据指令来控制充放电，以此来调节电网的功率。控制其通过与通讯接口连接，就能了解到电池的性能，做好对电池的保护，确保电池的安全运行。

（三）箱式变压器系统

如果储能系统所对应连接的是高压电，那么就需要配置变压器，一般情况下是一头联结者变流器，一头连接着高压电。

（四）储能辅助系统

储能辅助是由集装箱内的照明、空调等所组成，其空调主要是降低电池的温度，可以将其分为气冷和液冷两种方式，其中液冷的效率要能更高，但是成本也要更高，很多厂家往往是因为这一情况选择气冷。同时消防系统不能用水，会使用七氟丙烷来灭火。

（五）用变系统

储能系统自身在运行上也会耗电，主要是由发电厂供电，但是因为其中需要运输，所以成本高。另一方面是储能厂家在箱式变压器低压侧配备连接变压器，通过这样的方式来供电，这种方式更加便捷。

（六）电池管理系统

在集装箱中安装电池管理系统，以此来了解电池的实际运行情况，会对电池的电压、电流等数据采集，并根据采集的结果来判断电池情况，是否需要向EMS报警或者是对应的切断电池回路等。

（七）能量管理系统

能量管理系统是对整个储能系统监控，需要与电厂通讯，能及时的将储能系统的实际运行数据上传到平台中，在检测上包括电池、变压器等设备。

结语：

总而言之，随着风力和光伏发电厂的规模和数量在增加，因此为能让电网正常运行，就需要能合理运用储能系统。在应用储能系统中，因为当前还在不断深入中，所以在以后发展上要能根据风力和光伏发电厂的实际情况来对应选择储能系统，很好的满足电网需求，减少风力和光伏发电厂受到周围环境因素的影响，能更好的提供电能。

参考文献：
[1]邵宜祥,过亮,蔡国洋,刘剑,郭春岭,胡丽萍,孙素娟.飞轮储能风力发电系统的功率快速平滑控制策略研究[J].四川电力技术,2022,45(05):14-19.

[2]王丹阳. 飞轮储能系统在风力发电系统中的应用研究[D].华北电力大学(北京),2022.

[3]叶放. 新能源与多类型储能联合发电系统能量管理策略研究[D].沈阳工业大学,2021.

[4]纪项钟. 基于风力发电的混合储能系统的控制策略研究[D].华北电力大学(北京),2021.