摘要：风能作为一种绿色新能源发电具有不同于火电、水电等常规电源的波动性和间歇性，大规模并网运行会对电网的稳定性造成影响,严重时会引发大规模恶性事故。储能技术的发展为风电大规模并网及改善风电性能提供了有效的解决方案，在风电装机容量不断增加、规模不断扩大的情况下，安装动态响应特性好，寿命长、可靠性高的储能装置能够提供快速的有功支撑，增强电网调频能力，有效解决风能的随机性和波动性问题，大幅提高电网接纳能力。风电场配置储能装置在改善风电场运行特性的同时，也意味着投资成本的增加，风电场增加储能设备及其效益分析是储能技术能否在风电场应用的前提条件。

 

1、储能技术应用在风力发电系统中的作用

 

风力发电虽然是环保、可再生的能源，但其出力受自然条件影响非常大，具有较强的间歇性、波动性。此外风电场出力的变化规律与系统负荷的变化规律并不一致。为了抑制风电场的出力波动，提高风电场的利用率，可考虑给风电场配置储能装置。储能装置在风力发电中所起的作用主要有：

 

1.1 均衡供电，提高风电对用电企业的供电质量和能力

 

风电有间歇性和不稳定性，而用电的生产设备则力求连续、均衡、按最佳条件运行，以求的生产的高效率和高质量。大规模储能系统正可起此作用，风大电多时进行大规模蓄电，风小电少时由储能设备随时补充。

 

1.2 减轻电网“谷”期的压力，增加“峰”期的供电能力

 

我国很多风电场在午夜后风力增大，而这时正式电网负荷的“谷”期，风电并网实际上是增加了电网“调峰”的负担，特别是实行分时计价中，“谷”的电价很低，此时上网的风电越多，经济损失就越大，燃煤电厂因电网“调峰”需要而减发的任务也加重。风电经储能蓄电后上网，可大大减轻对电网“谷”期的压力，并增加“峰”期的供电能力。

 

1.3 提高风电的使用价值

 

风力发电系统安装了储能装置后，“谷”期将一部分多余风电储存起来，这样按照国家政策照顾的“平均价”售给电网的电能变少，而且在“峰”期将储存的电能售给电网，上网电价将不再是国家政策照顾的“平均价”，而是提高至接近“峰”期的市价，提高风电自身的经济效益。

 

1.4 储能装置可以调节风电场无功出力

 

风电场无功出力不稳定，有时候还会向电网吸收无功，导致电网电压不稳定，或者电压质量变差，在加装储能装置后。会明显改善无功出力，对电网电压质量有很大的提高。

 

由此可见，给风电配置储能系统后，既可以提高风电并网质量运行效率，又可以一定程度上减轻系统的调峰压力。

 

2、各种储能技术在风电场中的应用前景比较分析

 

本过高是限制储能技术在风力发电中大量推广应用的共同问题，提高能量转换效率和降低成本是今后储能技术研究的重要方向。根据某储能研究机构对蓄能方式的长期研究得出的基本结论，在各种储能技术中，抽水储能和压缩空气储能比较适用于电网调峰；电池储能和相变储能比较适用于中小规模储能和用户需求侧管理；超导电磁储能和飞轮储能比较适用于电网调频和电能质量保障；超级电容器储能比较适用于电动汽车储能和混合储能。如图所示，可实现大功率长周期储能的方式有压缩空气蓄能、泵储存、液流电池（ 液钒）、钠硫电池、铅酸电池等。

 

在风力发电中，储能方式的选择需要考虑额定功率、桥接时间、技术成熟度、系统成本、环境条件等多种因素。风电场的储能首先要实现电能质量管理功能，超级电容器、高速飞轮、超导、钠硫和液流电池储能系统能使风电场的输出功率平滑，外部电网故障时能够提供电压支撑，维护电网稳定；其次，铅酸电池、新型钠硫和液流电池储能系统具有调峰功能，比较适合风电的大规模电能存储。

 

3、风电场配置储能系统的合理容量分析

 

充分利用风能，以最大限度地发挥设备的效能、减少传统能源的消耗成为风电场建成后的首要目标。但是风速的变化对于风电场的出力影响很大，而电网必须连续、安全可靠、稳定地向用户提供电压、频率合格的优质电力。要达到保证系统安全稳定运行且最大化利用风能的这个目标，可以运用储能装置。目前，大容量储能技术已不存在技术瓶颈，只是储能设备成本过高。

 

3.1 风电场的传统输出方式

 

3.1.1 风力发电机始终以最大功率点跟踪方式运行。当负荷较轻时，如夜间，储存部分电能，当负荷重且遇到弱风时，将储能设备中的电能用于补偿。由于电网负荷的波动特性往往并不与风功率的波动特性一致，这总方法仍然存在如何合理选取储能容量大小的问题。如果夜间风速特别强，就需要很大的储能容量，否则将会引起风能浪费，于是很容易出现储能容量不够而造成的的夜间风能浪费和白天储能不足的情况。

 

3.1.2风力发电机采用降额发电，即在正常情况下，风电场不按最大功率点跟踪的方式运行，而是按照最大功率的一定百分比进行发电，如电网公司给定负荷曲线，按照电网公司需求相应地降低或提升发电能力，以缓解发电量的随机波动，但这种方法直接影响了风能利用的效率，降低了运营利润，并且存在调节能力有限的问题。

 

3.2 风电场储能系统的优化配置计算步骤

 

针对上述3.1出现的问题，可以按一下步骤来对风电场储能容量优化设计：

 

3.2.1 统计风电场输出曲线；

 

3.2.2 确定需要风电场稳定输出的功率P；

 

3.2.3 计算风电场出力大于P时的差额发电量S；

 

3.2.4 计算风电场出力小于P时的差额发电量S’；

 

3.2.5 比较S和S’的大小，即可确定配置储能装置的合理容量。

 

4、储能装置在风电场应用的效益分析

 

4.1为更好的衡量风电系统配置储能装置的成本、效益，去动态的考虑投资的价值，也即资金的时间价值，其中用等年值进行方案比较的方法称为等年值法。等年值法是经济评价中最常用的一种方法。

 

4.2风电场配置储能系统后增加的成本主要包括：储能系统的设备固定成本Ｋ,这主要与配置储能系统的容量及放电功率有关。而风电场配置储能系统后增加的收益B，这主要是通过储能系统的低储高发获得。

 

风电场配置储能系统后的年收益可表示如下：

 

AW=-K(A,P,i,n)+B-C

 

式中：AW —风电场年度收益；

 

K —一次性投资成本

 

I —贴现率

 

N —工程使用年限

 

B —工程年收益

 

C —工程年运行费用。

 

使用等年值进行经济评价时，只有AW≥0，该方案在经济上才是可取的，i的取值应大于现在银行存款利率。

 

4.3 加装储能设备后，能够平滑风电场出力，对于提高电网稳定性、电能质量以及抑制电力系统低频振荡都有有力的影响，为激励风电场加装储能设备，可以实行峰谷分段上网电价的方式，提高风电场加装储能装置后的经济效益，从风电场角度出发，谷值时少发电，就能提高总电费收入，而不加储能装置的风电场则会因为风电场输出的特性与负荷特性的差异而少获得电费。

 

4.4 在众多的储能方式中，钠硫电池单体的比能量高，可大电流、高功率放电，无放电污染、无振动、底噪声，利于环境保护，几乎没有自放电现象，放电率几乎可达100%，通过串联可以方便实现大容量存储，这些优点使钠硫电池储能成为现在风电储能应用中最具有发展潜力和应用前景的方法之一。

 

5、目前，风电场安装性能较高的新型钠硫蓄电池储能系统，其运行成本仍然较高，风电场还是亏钱的，造成亏损的原因是当前储能设备尤其是蓄电池成本太高。但随着科技进步，技术瓶颈被打破，储能设备的规模化生产，其单位容量的制造成本是会逐渐降低的。在储能系统单位成本逐渐降低以及抬高系统负荷高峰时的协议电价，风电场配置储能系统后是可以实现盈利的，此外因为储能设备对于风电场的稳定性输出具有重要作用，可以减小风电场不稳定输出对电力系统的负面影响。所以电网公司方面或者国家应给予安装储能装置的风电场补助，这样可以进一步减小由于储能设备造成的亏损，提高风电场安装储能设备的积极性。