风电并网中储能技术应用研究

吕金鹏

身份证号：152301197704171035

摘要：风力发电技术以其广泛应用与显著经济效益，已成为当前新能源战略中的关键环节。此技术在运作过程中实现零污染排放，展现了绿色发展的理念。尽管风力发电拥有种种优势，其变幻莫测的特性亦为电力系统稳定运行注入了不确定性。为保障电网的可靠性及连续性，刻不容缓地需要对风电并网状况下存于的不稳定因素进行深入分析，并采纳储能技术来强化风能资源的调配与利用。本文研究了风电并网中储能技术应用，旨在为相关人员工作提供参考。

关键词：风力发电；储能技术；风电并网

引言：

随着经济发展与社会进步的脚步不息增速，人类对能源的渴求亦日益扩张，其中，风力发电作为一种绿色能源逐渐成为人们广泛关注的焦点。在风力发电过程中，电能供应的不足与不稳定性问题亟待解决。当前，储能技术的迅猛发展为这一难题提供了新的解决路径。储能技术的应用不仅优化了能源供应链，确保了电力系统的稳定高效运行，而且通过能量的释放与调控，显著提高了风电并网的可靠性，并在传输过程中有效降低了电压波动，从而保障了能源的高品质输出。

一、风电并网对电力系统的影响

风电作为一种清洁、可再生的能源，在我国电力体系中占据着愈发重要的位置。随着风电装机容量的持续增长，其并网运行对电力系统稳定性的影响也日益凸显。风能的间歇性和波动性意味着风电功率输出不稳定，在大规模风电接入电网时，需要精细的电网运行调度和控制策略以保证系统的稳定。例如，风力发电量的不确定性要求电网辅助服务的调整，以适应这一功率波动，保持频率和电压的稳定。传统的火力发电机组由于其具有较大的旋转惯性，能提供较强的调频支撑。而风电机组通常不直接提供惯性响应，这可能削弱整个系统在面对突发事件时的自我恢复能力，从而可能导致系统的动态不稳定。风电场的分布式特性，使得电力流向更加分散，这要求重新设计保护系统以识别和隔离故障[1]。风电的非稳定功率输出也冲击着原有的发电和负荷平衡逻辑，系统的冗余备用需求或因此上升。风电输出的随机性可能会引入电网安全风险，尤其是当风电渗透率很高时。为了适应风电的接入，配电网可能需要升级现有的基础设施，包括增强输电线路的承载能力和改善电能质量控制装置。

尽管风电并网带来了上述挑战，伴随着电力电子技术的飞速发展，相应的解决策略也在不断涌现。例如，通过部署高度灵活的储能系统，可以有效地缓解风电输出的波动性。发展先进的电网运行优化算法，提升风电预测准确性，以及优化电网资源调度策略，也都是应对风电并网挑战的有效手段。

二、风电并网需要解决的问题

风力发电作为新能源技术的重要组成部分，在并网过程中，确实面对诸多挑战。具体来讲，频谱稳定性的确保是首要考虑的问题，它直接影响到整个电网的运行效率与安全性。频率波动过大将引发保护装置误动作，甚至可能导致电网失稳，所以必须制定精确控制策略，实行灵活的调频来维持稳定频谱。低电压影响的降低，同样不可小觑。风电输出的间歇性与波动性可能导致电网电压短时下降，这要求风电系统具备良好的低电压穿越能力，这关乎到保障电网安全稳定地供电给所有用户。在设计防护机制时，要综合考虑风电系统拓扑结构，选用先进的功率电子设备，以提高系统的韧性和适应能力。提升电能质量，也是风电并网中亟需重视的领域。介于风电是通过发电机转换风能为电能，此过程中不可避免地会引入谐波和电压闪变等问题[2]。需要依靠优化发电机控制策略，并加装滤波器、储能装置等辅助设备来减少不良影响，并确保电能品质符合国家标准。加强稳定性控制和维护，是保障风电安全并网的另一个关键点。这涉及到风电机组的设计和运行，包括高效的监测系统来实时监控风速、温度等关键因素，及时调整运行状态，以及确保通过恰当的维护序列，系统能长期稳定运行。

风电并网的难点在于其间歇性和可变性带来的影响，以及这些影响对电网稳定性的挑战。解决这些问题需要综合考虑多方面因素，涉及机械、电气以及控制策略多学科交叉的知识与技术的应用。而相应的方案则要基于对现有电网结构及运行机制的深刻理解，并在此基础上进行科学创新与技术研究，才能确保风力发电技术的健康、高效并网，进而推动新能源事业的持续进步。

三、风电并网中储能技术的作用

储能技术在风电并网系统中扮演着至关重要的角色，其存在不仅显著提高了风电场的调度能力，也对维持电网的稳定性和可靠性发挥着不可或缺的影响。与风能的间歇性和不稳定性相对应，储能技术表现出来的缓冲和调节功能显得尤为重要。将储能技术与风电系统相结合，有效缓解了由于风力发电波动性大和可预测性低带来的电能质量问题。储能技术能够平抑风电输出功率的波动，增强电网的调节能力。风电作为一种清洁能源，在发电过程中受自然条件影响较大，风速的变化直接作用于风机的旋转速度，从而引起发电量的大幅波动。而储能设备可以吸收风电过剩的电能，在风能不足时释放电能，保证电网负荷的稳定供应。这种调峰调频的作用是整合可再生能源进入电力系统的关键技术之一。

储能系统通过其独特的能量转换功能，对提升风电场的电能质量贡献显著。风力发电机组的输出电压及频率受风速影响，易造成电压和频率波动，而储能系统可以对这些波动进行实时调整，优化电气特性，从而增强了电网的稳定性。更进一步讲，这也为电网故障时提供了一定的支撑，能够承担电网紧急情况下的供电保障作用[3]。储能技术的运用还促进了电能的经济性。通过进行能量的时移，即在电能需求低时储存能量，在高峰时段释放能量，有效降低了因需求高峰带来的电力成本。电网运营商可以利用储能技术进行能量管理，提升电力系统的经济运行效率。

储能技术的引入显著优化了风电并网系统的性能，不仅从技术层面提升了风电场的稳定性和可调度性，也在经济层面为电网运营带来了实质性的好处。在未来，随着储能技术的不断进步和成本的降低，其在风电并网中的应用将会愈加广泛和深入，推动可再生能源与传统电力系统的进一步融合。

四、风电并网中储能技术的应用建议

为适应风力发电的间歇性和波动性，应采纳电化学储能系统，如锂离子电池或流动电池。这类储能设备能够快速响应调度指令，为电网提供必要的调峰支持。考虑到大规模储能系统容易遇到成本与寿命限制，所以需要在系统设计初期就采用分级储能策略。具体而言，结合大容量的机械式储能如抽水蓄能或压缩空气储能，以及高响应速度的电池系统，能有效分散风险并延长整体系统的服务寿命。为保障系统运行的长期经济效益，应配置智能控制系统以优化储能装置的运行策略。智能控制系统应能实时分析风电输出及电网需求，根据不同情境决定储能装置的充放电时机与强度，确保能量在最佳时段被存储或释放，进而提高能效比[4]。在计及环境与经济双重因素的基础上，风能储存系统应选用环境友好材料，并在设计中独特考虑循环利用与最终处理阶段，以符合可持续发展目标。结合材料科学进展，探索和开发具有更高能量密度、更长稳定性以及可再生材料的新型储能技术，对于推动风电并网的长远可靠性与经济性而言，都是不可忽视的重要研究方向。对于风电并网系统而言，储能技术不仅是一种能量的调节工具，更应作为系统稳定性与经济效益的关键保证。只有通过深刻剖析并网系统的需求，运用跨学科知识来综合考量和设计储能解决方案，才能在确保电力系统稳定的同时，实现风能资源的最大化利用。

结束语

据此，将储能技术融合至风电并网系统，可有效对冲风力发电固有的时变性与非连续性弊端。此技术为多余电力提供了积储空间，待需求出现之时释放，极大降低了能源的无效耗散，并为我国的电力网络带来了稳定与高效的发展势头。

参考文献：

[1]张建宇.风电并网中储能技术应用研究[J].通信电源技术,2023,40(7):98-100.

[2]肖义凡.储能技术在新能源电力系统的应用[J].水利电力技术与应用,2023.

[3]殷学雷.储能技术在风电并网中的应用分析[J].光源与照明,2022(8):3.

[4]王宇.储能技术在风电并网中的应用分析[J].石油石化物资采购,2023(5):190-192.

作者简介：姓名：吕金鹏，性别：男，民族：汉，现单位：北京唐浩电力工程技术研究有限公司，研究方向：风力发电