储能技术在风力发电系统中的应用

 

根据新能源振兴规划，预计到

2020 

 

年我国风力装机容量将达到

1.5 亿 

kW

 

，将超过电力总装机容量的

10%。

从电网运行的现实及大规模开发风电的长远利益考虑，提高风电场输出功率

 

的可控性，是目前风力发电技 术的重要发展方向。把风力发电技术引入储能系
统，能有效地抑制风电功率波动，平滑输出电压，提高电能质量，是保证风力
发电并网运行、促进风能利用的关键技术和主流方式。

随着电力电子学、材料学等学科的发展，高效率飞轮储能、新型电池储能、超

 

导储能和超级电容器储能等中小规模储能技术取得了长足的进步， 拓宽了储能

 

 

技术的应用领域， 特别是在风力发电中起到了重要作用。 储能系统一般由两大

 

部分组成： 由储能元件

(部件)组成的储能装置和由电力电子器件组成的功率转

换系统

(PCS)。储能装置主要实现能量的储存和释放;PCS 主要实现充放电控制、

功率调节和控制等功能。

1 储能技术的分类和特性

 

储能技术有物理储能、电磁储能、电化学储能和相变储能等

4 类。物理储能主

要有飞轮储能、抽水蓄能和压缩空气储能方式

; 电磁储能主要有超导储能方式;电

 

化学储能主要有蓄电池储能、超级电容器储能和燃 料电池储能

; 相变储能主要有

冰蓄冷储能等

[1]，[2]。

1.1 飞轮储能系统

飞轮储能

(FESS)是一种机械储能方式，其基本原理是将电能转换成飞轮运

 

 

动的动能， 并长期蓄存起来， 需要时再将飞轮运动的动能转换成电能，供电
力用户使用。

高强度碳素纤维和玻璃纤维材料、大功率电力电子变流技术、电磁和超导磁悬

 

 

浮轴承技术促进了储能飞轮 的发展。飞轮储能的功率密度大于

5 kW/kg  

， 能量

 

密度超过

20 kWh/kg  

 

， 效率大于

90%

   

，循环使用寿命长 达

20 a，工作温区

为

-40~50 ℃，无噪声，无污染，维护简单，可连续工作。若通过积木式组合

 

 

后，飞轮 储能可以达到

MW 级，输出持续时间为数分钟乃至数小时。飞轮储能

主要用于不间断电源

(UPS)/

 

应急电源

(EPS)、电网调峰和频率控制，国外不少科

研机构已将储能飞轮引入风力发电系统

[3]。

文献

[4]利用飞轮储能电池取代传统的柴油发电机和蓄电池来充当孤岛型风

 

力发电系统中的电能调节器和储存器， 建立了系统的电流前馈控制数学模型，

 

 

实验结果表明，这一方法能有效地改善电能质量， 解决 风力发电机的输出功
率与负载吸收的功率相匹配的问题。

 

美国的

Vista 

 

 

公司将飞轮引入到风力发电系统， 实现全程调峰， 飞轮机组

 

的发电功率为

300kW，大容量 http://lijiang.taolegu.cn/储能飞轮的储能为 

277 kWh，风力发电系统的电能输出性能及经济性能良好。