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摘要：储能技术在风力发电系统中的应用，能够为系统正常运行储备充足足够电能，对增强风力发电系统稳定性、提高风力发电系统运行水平具有重要作用。因此，有关人员应充分了解并掌握各种常见储能技术类型，根据风力发电系统特点及实际运行状况，采取相应高效储能装置，促进风力发电技术不断发展。鉴于此，本文主要分析风力发电系统中储能技术的应用。
关键词：风力发电系统；储能技术；应用
1、常见的储能技术类别
1.1超级电容器储能技术
超级电容器储能技术相比于其他技术，能够提供的脉冲功率更大。在对电容器进行充电的过程中，电极表面的离子不断吸引异性离子，双方之间的吸引力相互作用，从而依附在电极的表面，形成双电层电容。超级电容器储能技术由于脉冲功率较大，一般都运用于电力系统中质量高峰值功率场所中。一旦电容负荷过大，导致电压跌落，超级电容器储能技术就能立即放电，增强电压，从而实现稳定供电。
1.2蓄电池储能技术
第一，铅酸蓄电池作为当前蓄电池的主要类型，其主要容量为 20MW，是蓄电池初期发展的上百倍。铅酸电池是当前风力发电技术中较为常见的一种，其制作成本较低，可靠性高，对于存储环境的要求并不是很高第二，镍氢电池最早运用于 2008 年，国家首都北京是首先利用镍氢蓄电池作为混合电动车的核心部分的地区。但是在实际运用中，其能量的转化及相关密度与周边环境息息相关。在放电时，如果电流较小其能量密度会高于 80kWh/kg，但当电流较大时，其密度则会降为 40kWh/kg ；第三，对于铿离子电池而言，其制作周期较长，工艺复杂，极易受到环境的影响，无法适应风力发电的实际环境以及相关需求，在风力发电中并没有得到广泛的运用。
1.3超导储能系统
在实际工作过程中，超导储能系统相比飞轮储能系统具有一定的差异性。它是将电能转变为磁场能量进行有效的存储，当相关人员要进行使用时则再次转变为电能。超导储能技术作为一种新型技术，能够对电能进行长时间的有效存储，并且在转化过程中将能量损耗降低到最低，从而提高了能量使用效率。在将磁场能量进行电能的输出时，其转化效率及速度极快。从一定意义上来讲，超导储能系统的能量转化效率大约在 95% 左右。超导储能系统的主要应用优势在于具有良好的动态性，能够对系统指令做出极快的反应，因此其在社会领域中的运用十分广泛，能够在很大程度上提高系统的稳定性，运用于输配电工程等等。
1.4飞轮储能系统
所谓飞轮储能，主要是通过对电动机的运用实现飞轮的高速运转，从而将电能转化为动能，进行有效的存储和管理，在需要对其进行使用时，再用飞轮带动发电机进行对外发电。根据相关的实践调查研究我们可以看出，为了有效降低飞轮储能所造成的损耗，越来越多的企业和单位开始运用超导磁悬浮技术，运用复合型材料不断提高储能的密度，降低整体系统的重量和体积。从一定意义上来讲，要充分发挥出飞轮储能系统的作用和价值，必须使用一些性能较好的材料以及电子变流技术。
2、储能的发展现状
总体而言，中国的储能技术研究仍处于发展的初级阶段，并不适用于全网范围。同时随着研发的深入和在实际应用中推进又暴露了以下三方面的问题。
2.1研发体系不健全
顶层设计能力不够，基础理论体系、材料等底层核心技术不够成熟，起不到良好的支撑作用，顶层设计与底层基础理论不协调，不对接，储能技术和经济指标与实际应用中的需求不匹配。
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2.2技术经济性有待加强
目前储能技术成本偏高，周期长，一个储能项目前期投入非常大，收到效益可能在几 10 年或者 100 多年，这种投资与可预期的收益之间的矛盾性对引进资本非常不利。为满足可再生能源并网消纳和电力系统调节需求，储能在系统容量的设置、储能设备位置的设置、储能电池寿命、设备转换率、安全性等问题上还需进一步加强。
2.3缺乏合理有效的数据支撑
目前针对于储能技术的研究还处于初步发展阶段，能借鉴的实例并不多，而且现有储能电池的发展也大多是基于电动汽车，针对于具体的大型电厂的数据少之又少，因此缺乏进行实际评估的有效数据。需要在电源侧、负荷侧、用户侧多方进行试点示范工程，得到一些有效的数据，并对这些数据分析整理，归纳出有效的关联性。明确储能电厂的效率，允许试点和政策相互促进，为工程推广和能源储存商业模式研究提供有效支持。
3、风力发电系统中储能技术的应用分析
3.1氢燃料储能技术在风力发电系统中的应用
氢燃料储能装置是一种电化学装置，能够将燃料与氧化剂中的化学能持续转换为电能。此类储能装置容量没有上限，从电解质角度来看，可将燃料电储能装置分为质子交换膜燃料储能装置、直接甲醇燃料储能装置以及碱性燃料储能装置等。燃料储能装置可分为电解质、阴极与阳极，工作原理也都基本相同。现阶段，固体氧化物燃料储能装置以及质子交换膜燃料储能装置是风力发电系统中最为常见的燃料储能装置。
质子交换膜燃料储能装置运行流程如下：首先，氧气与燃料气体经双击板气体通道进入燃料储能装置两极，然后从膜电极部位扩散层进入催化层；其次，氢气在膜阳极催化剂表面分解成电子、质子与水，电子从外电路流过负载进入阴极，后两种物质经质子交换膜磺酸基到达阴极；最后，氧分子在阴极催化剂表面与进入阴极的三种物质生成水分子。
氢燃料储能技术能达到长期储能的目的，金属化、液化以及压缩化是氢气储能常用的方式，现阶段可采用燃料储能装置、电解槽以及氢储罐三个部分来构建氢储能装置，并应用在风力发电系统中。如果风能较多，电解槽就对水进行电解，生成氢气，并存储在氢储罐内；当储满氢储罐后，多于电力将转到转出负载，一旦风力发电出现赤字，燃料储能装置内氢与氧就会发生反应，进而产生电能，为系统负载提供所需电能。
3.2混合储能技术在风力发电系统中的应用
目前，我国绝大部分风力发电系统都是采用蓄电池作为储能装置，但蓄电池储能装置功率密度相对较低，使用寿命相对较短，维护工作量较大，并且还会对环境造成污染，需要加强回收工作。而超级电容器储能装置则不需要维护，使用寿命相对较长，同时此类储能装置的功率密度以及效率都非常高，所以可采用有源式结构以及无源式结构两种方式，将蓄电池储能装置与超级电容储能装置并联起来，构成一种混合储能装置。
上述两种并联结构方式应用，能够优化蓄电池储能装置充放电过程，延长其使用寿命，增强整个混合储能装置系统技术性与经济性，从而达到提升系统能量转化效率的效果。
3.3碳纳米管超级电容器在风力发电系统中的应用
超级电容器储能装置主要由电流采集装置、电解质、隔离物以及两个极板组成，通过对电解质进行极化达到能量储存目的。与蓄电池相同，超级电容器储能装置在充电过程中，以离子形式将电荷储存下来，超级电容器储能装置通常采用活性炭纤维、金属氧化物以及碳纳米管等材质作为基本电极材料。其中碳纳米管储能装置的化学稳定性与导电性非常强，并且具有较高的机械强度与长径比，此类储能装置能够进行超过 10 万次的深度充放电循环，寿命非常长，同时还具有非常高的可靠性，且无需维护，十分适用于风力发电系统中。
总之，相关研究部门应当立足于生活实际需求以及社会发展现状，加大对储能技术的开发研究，提高风力发电的效率和质量。
参考文献
[1]辛乳江,魏勇.浅议储能技术在风力发电系统中的运用[J].低碳世界,2017(01):45-46.
[2]李强.风力发电系统中储能技术的应用[J].科技展望,2016,26(28):104.
论文作者:翟建强
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/8/29
标签：储能论文; 装置论文; 系统论文; 风力发电论文; 技术论文; 燃料论文; 电容器论文; 《防护工程》2019年12期论文;