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推薦單位：大唐黑龍江新能源開(kāi)發(fā)有限公司

本文作者：劉亮

摘要：風(fēng)能作為一種綠色新能源發(fā)電具有不同于火電、水電等常規(guī)電源的波動(dòng)性和間歇性，大規(guī)模并網(wǎng)運(yùn)行會(huì)對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性造成影響,嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)大規(guī)模惡性事故。儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展為風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)及改善風(fēng)電性能提供了有效的解決方案，在風(fēng)電裝機(jī)容量不斷增加、規(guī)模不斷擴(kuò)大的情況下，安裝動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好，壽命長(zhǎng)、可靠性高的儲(chǔ)能裝置能夠提供快速的有功支撐，增強(qiáng)電網(wǎng)調(diào)頻能力，有效解決風(fēng)能的隨機(jī)性和波動(dòng)性問(wèn)題，大幅提高電網(wǎng)接納能力。風(fēng)電場(chǎng)配置儲(chǔ)能裝置在改善風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行特性的同時(shí)，也意味著投資成本的增加，風(fēng)電場(chǎng)增加儲(chǔ)能設(shè)備及其效益分析是儲(chǔ)能技術(shù)能否在風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)用的前提條件。

1、儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的作用

風(fēng)力發(fā)電雖然是環(huán)保、可再生的能源，但其出力受自然條件影響非常大，具有較強(qiáng)的間歇性、波動(dòng)性。此外風(fēng)電場(chǎng)出力的變化規(guī)律與系統(tǒng)負(fù)荷的變化規(guī)律并不一致。為了抑制風(fēng)電場(chǎng)的出力波動(dòng)，提高風(fēng)電場(chǎng)的利用率，可考慮給風(fēng)電場(chǎng)配置儲(chǔ)能裝置。儲(chǔ)能裝置在風(fēng)力發(fā)電中所起的作用主要有：

1.1 均衡供電，提高風(fēng)電對(duì)用電企業(yè)的供電質(zhì)量和能力

風(fēng)電有間歇性和不穩(wěn)定性，而用電的生產(chǎn)設(shè)備則力求連續(xù)、均衡、按最佳條件運(yùn)行，以求的生產(chǎn)的高效率和高質(zhì)量。大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)正可起此作用，風(fēng)大電多時(shí)進(jìn)行大規(guī)模蓄電，風(fēng)小電少時(shí)由儲(chǔ)能設(shè)備隨時(shí)補(bǔ)充。

1.2 減輕電網(wǎng)“谷”期的壓力，增加“峰”期的供電能力

我國(guó)很多風(fēng)電場(chǎng)在午夜后風(fēng)力增大，而這時(shí)正式電網(wǎng)負(fù)荷的“谷”期，風(fēng)電并網(wǎng)實(shí)際上是增加了電網(wǎng)“調(diào)峰”的負(fù)擔(dān)，特別是實(shí)行分時(shí)計(jì)價(jià)中，“谷”的電價(jià)很低，此時(shí)上網(wǎng)的風(fēng)電越多，經(jīng)濟(jì)損失就越大，燃煤電廠因電網(wǎng)“調(diào)峰”需要而減發(fā)的任務(wù)也加重。風(fēng)電經(jīng)儲(chǔ)能蓄電后上網(wǎng)，可大大減輕對(duì)電網(wǎng)“谷”期的壓力，并增加“峰”期的供電能力。

1.3 提高風(fēng)電的使用價(jià)值

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)安裝了儲(chǔ)能裝置后，“谷”期將一部分多余風(fēng)電儲(chǔ)存起來(lái)，這樣按照國(guó)家政策照顧的“平均價(jià)”售給電網(wǎng)的電能變少，而且在“峰”期將儲(chǔ)存的電能售給電網(wǎng)，上網(wǎng)電價(jià)將不再是國(guó)家政策照顧的“平均價(jià)”，而是提高至接近“峰”期的市價(jià)，提高風(fēng)電自身的經(jīng)濟(jì)效益。

1.4 儲(chǔ)能裝置可以調(diào)節(jié)風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功出力

風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功出力不穩(wěn)定，有時(shí)候還會(huì)向電網(wǎng)吸收無(wú)功，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定，或者電壓質(zhì)量變差，在加裝儲(chǔ)能裝置后。會(huì)明顯改善無(wú)功出力，對(duì)電網(wǎng)電壓質(zhì)量有很大的提高。

由此可見(jiàn)，給風(fēng)電配置儲(chǔ)能系統(tǒng)后，既可以提高風(fēng)電并網(wǎng)質(zhì)量運(yùn)行效率，又可以一定程度上減輕系統(tǒng)的調(diào)峰壓力。

2、各種儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)電場(chǎng)中的應(yīng)用前景比較分析

本過(guò)高是限制儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電中大量推廣應(yīng)用的共同問(wèn)題，提高能量轉(zhuǎn)換效率和降低成本是今后儲(chǔ)能技術(shù)研究的重要方向。根據(jù)某儲(chǔ)能研究機(jī)構(gòu)對(duì)蓄能方式的長(zhǎng)期研究得出的基本結(jié)論，在各種儲(chǔ)能技術(shù)中，抽水儲(chǔ)能和壓縮空氣儲(chǔ)能比較適用于電網(wǎng)調(diào)峰；電池儲(chǔ)能和相變儲(chǔ)能比較適用于中小規(guī)模儲(chǔ)能和用戶需求側(cè)管理；超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能比較適用于電網(wǎng)調(diào)頻和電能質(zhì)量保障；超級(jí)電容器儲(chǔ)能比較適用于電動(dòng)汽車儲(chǔ)能和混合儲(chǔ)能。如圖所示，可實(shí)現(xiàn)大功率長(zhǎng)周期儲(chǔ)能的方式有壓縮空氣蓄能、泵儲(chǔ)存、液流電池（ 液釩）、鈉硫電池、鉛酸電池等。


在風(fēng)力發(fā)電中，儲(chǔ)能方式的選擇需要考慮額定功率、橋接時(shí)間、技術(shù)成熟度、系統(tǒng)成本、環(huán)境條件等多種因素。風(fēng)電場(chǎng)的儲(chǔ)能首先要實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量管理功能，超級(jí)電容器、高速飛輪、超導(dǎo)、鈉硫和液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能使風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率平滑，外部電網(wǎng)故障時(shí)能夠提供電壓支撐，維護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定；其次，鉛酸電池、新型鈉硫和液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)具有調(diào)峰功能，比較適合風(fēng)電的大規(guī)模電能存儲(chǔ)。

3、風(fēng)電場(chǎng)配置儲(chǔ)能系統(tǒng)的合理容量分析

充分利用風(fēng)能，以最大限度地發(fā)揮設(shè)備的效能、減少傳統(tǒng)能源的消耗成為風(fēng)電場(chǎng)建成后的首要目標(biāo)。但是風(fēng)速的變化對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)的出力影響很大，而電網(wǎng)必須連續(xù)、安全可靠、穩(wěn)定地向用戶提供電壓、頻率合格的優(yōu)質(zhì)電力。要達(dá)到保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行且最大化利用風(fēng)能的這個(gè)目標(biāo)，可以運(yùn)用儲(chǔ)能裝置。目前，大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)已不存在技術(shù)瓶頸，只是儲(chǔ)能設(shè)備成本過(guò)高。

3.1 風(fēng)電場(chǎng)的傳統(tǒng)輸出方式

3.1.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)始終以最大功率點(diǎn)跟蹤方式運(yùn)行。當(dāng)負(fù)荷較輕時(shí)，如夜間，儲(chǔ)存部分電能，當(dāng)負(fù)荷重且遇到弱風(fēng)時(shí)，將儲(chǔ)能設(shè)備中的電能用于補(bǔ)償。由于電網(wǎng)負(fù)荷的波動(dòng)特性往往并不與風(fēng)功率的波動(dòng)特性一致，這總方法仍然存在如何合理選取儲(chǔ)能容量大小的問(wèn)題。如果夜間風(fēng)速特別強(qiáng)，就需要很大的儲(chǔ)能容量，否則將會(huì)引起風(fēng)能浪費(fèi)，于是很容易出現(xiàn)儲(chǔ)能容量不夠而造成的的夜間風(fēng)能浪費(fèi)和白天儲(chǔ)能不足的情況。

3.1.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用降額發(fā)電，即在正常情況下，風(fēng)電場(chǎng)不按最大功率點(diǎn)跟蹤的方式運(yùn)行，而是按照最大功率的一定百分比進(jìn)行發(fā)電，如電網(wǎng)公司給定負(fù)荷曲線，按照電網(wǎng)公司需求相應(yīng)地降低或提升發(fā)電能力，以緩解發(fā)電量的隨機(jī)波動(dòng)，但這種方法直接影響了風(fēng)能利用的效率，降低了運(yùn)營(yíng)利潤(rùn)，并且存在調(diào)節(jié)能力有限的問(wèn)題。

3.2 風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化配置計(jì)算步驟

針對(duì)上述3.1出現(xiàn)的問(wèn)題，可以按一下步驟來(lái)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)：

3.2.1 統(tǒng)計(jì)風(fēng)電場(chǎng)輸出曲線；

3.2.2 確定需要風(fēng)電場(chǎng)穩(wěn)定輸出的功率P；

3.2.3 計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)出力大于P時(shí)的差額發(fā)電量S；

3.2.4 計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)出力小于P時(shí)的差額發(fā)電量S’；

3.2.5 比較S和S’的大小，即可確定配置儲(chǔ)能裝置的合理容量。

4、儲(chǔ)能裝置在風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)用的效益分析

4.1為更好的衡量風(fēng)電系統(tǒng)配置儲(chǔ)能裝置的成本、效益，去動(dòng)態(tài)的考慮投資的價(jià)值，也即資金的時(shí)間價(jià)值，其中用等年值進(jìn)行方案比較的方法稱為等年值法。等年值法是經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)中最常用的一種方法。

4.2風(fēng)電場(chǎng)配置儲(chǔ)能系統(tǒng)后增加的成本主要包括：儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)備固定成本Ｋ,這主要與配置儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量及放電功率有關(guān)。而風(fēng)電場(chǎng)配置儲(chǔ)能系統(tǒng)后增加的收益B，這主要是通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)的低儲(chǔ)高發(fā)獲得。

風(fēng)電場(chǎng)配置儲(chǔ)能系統(tǒng)后的年收益可表示如下：

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

式中：AW —風(fēng)電場(chǎng)年度收益；

K —一次性投資成本

I —貼現(xiàn)率

N —工程使用年限

B —工程年收益

C —工程年運(yùn)行費(fèi)用。

使用等年值進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)時(shí)，只有AW≥0，該方案在經(jīng)濟(jì)上才是可取的，i的取值應(yīng)大于現(xiàn)在銀行存款利率。

4.3 加裝儲(chǔ)能設(shè)備后，能夠平滑風(fēng)電場(chǎng)出力，對(duì)于提高電網(wǎng)穩(wěn)定性、電能質(zhì)量以及抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩都有有力的影響，為激勵(lì)風(fēng)電場(chǎng)加裝儲(chǔ)能設(shè)備，可以實(shí)行峰谷分段上網(wǎng)電價(jià)的方式，提高風(fēng)電場(chǎng)加裝儲(chǔ)能裝置后的經(jīng)濟(jì)效益，從風(fēng)電場(chǎng)角度出發(fā)，谷值時(shí)少發(fā)電，就能提高總電費(fèi)收入，而不加儲(chǔ)能裝置的風(fēng)電場(chǎng)則會(huì)因?yàn)轱L(fēng)電場(chǎng)輸出的特性與負(fù)荷特性的差異而少獲得電費(fèi)。

4.4 在眾多的儲(chǔ)能方式中，鈉硫電池單體的比能量高，可大電流、高功率放電，無(wú)放電污染、無(wú)振動(dòng)、底噪聲，利于環(huán)境保護(hù)，幾乎沒(méi)有自放電現(xiàn)象，放電率幾乎可達(dá)100%，通過(guò)串聯(lián)可以方便實(shí)現(xiàn)大容量存儲(chǔ)，這些優(yōu)點(diǎn)使鈉硫電池儲(chǔ)能成為現(xiàn)在風(fēng)電儲(chǔ)能應(yīng)用中最具有發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景的方法之一。

5、目前，風(fēng)電場(chǎng)安裝性能較高的新型鈉硫蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，其運(yùn)行成本仍然較高，風(fēng)電場(chǎng)還是虧錢的，造成虧損的原因是當(dāng)前儲(chǔ)能設(shè)備尤其是蓄電池成本太高。但隨著科技進(jìn)步，技術(shù)瓶頸被打破，儲(chǔ)能設(shè)備的規(guī)?；a(chǎn)，其單位容量的制造成本是會(huì)逐漸降低的。在儲(chǔ)能系統(tǒng)單位成本逐漸降低以及抬高系統(tǒng)負(fù)荷高峰時(shí)的協(xié)議電價(jià)，風(fēng)電場(chǎng)配置儲(chǔ)能系統(tǒng)后是可以實(shí)現(xiàn)盈利的，此外因?yàn)閮?chǔ)能設(shè)備對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)的穩(wěn)定性輸出具有重要作用，可以減小風(fēng)電場(chǎng)不穩(wěn)定輸出對(duì)電力系統(tǒng)的負(fù)面影響。所以電網(wǎng)公司方面或者國(guó)家應(yīng)給予安裝儲(chǔ)能裝置的風(fēng)電場(chǎng)補(bǔ)助，這樣可以進(jìn)一步減小由于儲(chǔ)能設(shè)備造成的虧損，提高風(fēng)電場(chǎng)安裝儲(chǔ)能設(shè)備的積極性。

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原標(biāo)題：風(fēng)力發(fā)電儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用及其效益分析