摘要：近年来随着风电产业的进步，风力发电对电力系统所产生的影响也在日益提升。风能虽然是可再生能源，但是由于其本身的随机性和间歇性，给电力系统带来了较多困扰。飞轮储能技术主要是通过对飞轮的旋转进行控制，从而实现能量的释放与储存。将其应用于风力发电系统，可以让风电发电的输出功率变得更加平滑，对系统的频率波动进行有效控制。笔者在前人的基础上，对飞轮储能技术对风力发电性能的改善作用进行了简要分析。
关键词：飞轮储能技术；风力发电；性能
随着现代科技的飞速发展， 风力发电在日常生活中逐渐开始被广泛使用，其在电力系统当中所在的比例也在日益提升。但是由于风能存在着间歇性与随机性的主要特征，所以风电发电给电力系统带来了频率偏移、电压波动以及谐波污染等严重问题。所以将飞轮储能技术引入风力发电系统，可以降低风力发电对电网的影响，使电力系统的稳定性得到保障。本文试着分析了飞轮储能技术对风力发电性能的改善作用。具体见下文所述：
一、飞轮储能技术的特征
（1）系统效率高
一般的飞轮储能系统，效率通常在70%~85%左右。如果一个飞轮储能系统的频率较大，在结合先进的电力电子技术的基础上，可将其效率提升至90%以上。
（2）功率密度高
飞轮储能系统的转子速度可以达到950r/s，飞轮的质量重达2500千克，峰值功率可以达到2MW，由于其功率密度极大，所以在系统的功率调节方面，飞轮储能技术可以得到广泛使用。
（3）响应时间短暂，充放电方便快捷。
通常情况下，飞轮储能系统的充放电过程仅仅需要短短的几分钟就可以完成，这也意味着飞轮储能系统可以及时快速地做出调整，以便更加精准地响应系统功率的变更。
（4）不会造成环境污染
飞轮储能系统所使用的材料均为环保材料，不会对环境产生过多的污染。而且也无需改变自然的状况，在废弃之后，可以进行低成本回收，是环境友好型的技术。除此之外，飞轮储能装置还具有众多特点，主要包括了占地面积小、不受地理因素束缚、体积小、几乎不受环境影响以及无需维护等等，其通常可以使用二十年以上[1]。
二、飞轮储能技术改善风力发电性能的原理
随着风速的逐渐变化，风机输出的功率也会随之产生极大的波动。飞轮储能系统可以对无功功率和有功功率进行吸收和释放。将飞轮储能技术引入风力发电的系统之中，可以让风力发电系统的输出功率更加平滑。除此之外，系统频率以及电压的稳定程度等相关问题的研究，均全部集中于储能系统平滑风电输出功率方面。在飞轮储能装置的快速响应下，在极为短暂的时间内，对不平衡量进行快速有效的补充，从而提升系统的稳定程度。
学者李欣然设计了以飞轮为辅助的风力发电系统，在引入飞轮储能系统之后，不仅让风力发电系统的输出功率更加平滑，而且有效控制了参与电网的频率[2]。
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三、飞轮储能技术和其余改善风力发电性能措施的对比
（1）与风力发电中蓄电池储能相比较
在风电发电系统之中，现阶段最为常见的储能方式是蓄电池储能。蓄电池储能属于化学储能，会对环境造成严重污染，而且发电深度有限。而飞轮储能属于一种机械储能方式，不会对环境造成污染，而且放电深度基本没有限制。除此之外，飞轮储能系统所储备的能量多少，可以根据装置当中飞轮的转速来进行判断，不仅适用，而且方便快捷。使用寿命较长，一般是蓄电池的3-5倍。虽然首次投资较高，但是从长期来看，价格还是较为划算的。
（2）与风力发电中超级电容储能相比
学者曾杰指出，将串并联型超级电容器储能，使用于异步发电机的风力发展系统之中，可以使风力发电机组的电能质量有所改变，从而进一步提升系统的稳定性。但是，此研究还局限于理论方面，如果想要将其实际应用于生活之中，还存在一定的距离。飞轮储能技术和超级电容器储能相比的话，显得更加成熟，对功率的调节范围也更加广泛。而且，超级电容器储能无法对系统频率进行有效调节，所以二者相比之下，还是飞轮储能技术更具有优势。
四、飞轮储能技术在电力系统中的应用展望
在风力发电系统之中，飞轮储能技术的应用前进非常深远。现阶段，我国的飞轮储能技术依然处于理论分析和实践探索的阶段，仍然存在着许多技术问题需要解决，以下几项问题的解决，将会给飞轮储能技术在风力发电系统中的运用带来巨大的促进作用：
（1）适当降低系统造价
现阶段，造价太高是导致飞轮储能技术无法广泛应用于风力发电系统中的主要原因之一。随着科技的发展，新的材料将会被制造出来，新的技术也将被开发出来，系统成本定会有所降低，而且以后科学化、规模化的生产方式也会使成本进一步降低[3]。
（2）大功率飞轮储能技术的突破
大功率的飞轮储能技术目前是国际上关注的焦点之一，其中也包括许多的难点和疑点。比方说电机的降噪、高强度飞轮材料的研发以及超导磁轴承的制造等等。
（3）设计并制造出相关电力电子设备
在风力发电和飞轮储能相结合的系统之中，电力电子设备被集中运用于整流和调压的控制系统中。对高性能的电力电子设备进行开发研究，可以使系统效率得到有效提升，响应速度变快，误差减小。
参考文献
[1]张雪洋,齐鸣.飞轮储能在风电功率预测系统中的应用探究[J].河北工业大学学报,2015,44(2):24-27.
[2]杨苹,马艺玮.储能技术在风力发电中的应用[J].系统科学与数学,2012,32(4):410-417.
[3]姚骏,陈西寅,夏先锋等.含飞轮储能单元的永磁直驱风电系统低电压穿越控制策略[J].电力系统自动化,2012,36(13):38-44.
作者简介
朱静（1983-），1983年7月生，女、江苏南通人，讲师、工程师，研究生，新疆水利水电学校，新疆乌鲁木齐市喀什东路973号，830000，主要从事电力工程、水土保持研究， 13579862873。
马维（1983-），1983年10月生，男、山东济宁人，工程师、讲师，研究生，新疆维吾尔自治区水利厅，新疆乌鲁木齐钱塘江路216号，830000，主要从事水利水电工程、水土保持、职业教育、民族教育研究， 13609986094。
论文作者:朱静,马维
论文发表刊物:《电力设备》2017年第2期
论文发表时间:2017/4/7
标签：飞轮论文; 储能论文; 系统论文; 风力发电论文; 技术论文; 功率论文; 风电论文; 《电力设备》2017年第2期论文;