风力发电系统中的储能技术
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风力发电系统中的储能技术
摘要：近年来，人们越来越关注如何合理地提供能量，以达到节能减排的目的。由于其特殊的特性，风光储气作为一种新型的、具有良好的节能效果，已成为一种有效的、具有潜力的新型能源替代方案。近年来，储能技术成为能源领域的一个热点，它在电力系统的削峰填谷、微电力系统稳压稳流以及可再生能源的消纳中起着举足轻重的作用。
关键词： 风力；发电系统；储能技术
引言
近年来，中国大力推动正常的绿色节能发展，在各行业积极应用可再生能源，其中风能和风力发电成为中国的重点项目 。我国地理纵深优势明显，风能影响范围广、持续时间长且经济性能优越。风力发电符合我国节能减排的政策要求，满足可持续发展战略的实施要求。应合理采用电力技术，提升风力发电水平，拓展生产规模，提升运营效果。
1风力发电原理
风力发电的原理比较简单，主要是带动风力发电机叶片运转，在增速器的辅助下可以进一步提高叶片的速度。风力发电设备由风车叶片和发电机组成。风力作用下螺旋形风力发电机叶片旋转过程提供推动力，将动能转变为机械能。风力发电机主要由偏航、液压、刹车、控制系统及齿轮箱等部分构成。在发电过程中，齿轮箱和齿轮之间有效配合，协同作用能够提升发电机的运转速度，使实际发电功率处于较高水平，有效保证了输出电力的稳定性。偏航系统最大的作用是结合风向的变化情况灵敏调控风轮的扫掠面，确保扫掠面始终和风向维持垂直状态，提升资源利用率。风机、叶片能够围绕根部中心运作，借此方式增强风力发电系统对不同风况的适应能力。发电系统停机时，阻尼增加，方便发电机停运。停机期间，液压和刹车系统联动运作 速发出预警信号，提升风力发电系统的故障处置效率，减少损失。 2 应用优势
风力发电技术在实际应用中有很多优势，这也是该技术应用范围不断扩大的主要原因。应注意该技术的科学应用，其优点包括经济性好、工期短、环境影响小。（1）经济性优良。风力发电在应用过程中社会经济效益表现良好，风力发电能力每提高一倍，资金支出减少约15%，风电增长率不低于30%。我国风能资源可利用情况优良，短期内风力发电的相关技术将会有进一步地提高 。（2）建设周期短。风电设备均为预制装配置式结构件，吊装节奏更快，能够有效满足用电、储电需求急切的地区。合理运用风力发电技术，能促进偏远地区实现独立供电，能够有效缓解配电分散情况，满足区域内能源发展方面的需求。（3）环境影响小。风能应用时不会对环境带来负面影响。近年，我国风能工程建设能力持续增强，生产运营成本进一步压缩。风能设施能够有效承担发电和电峰调节功能，且不会对陆地生态环境造成影响。
3 风力发电系统中储能技术的具体应用
3.1 氢燃料储能
氢燃料的储存主要依靠电化学设备，在“双碳”和可持续发展的发展战略指导下，将燃料中的氧化剂和化学能转化为电能，并逐步延伸到风力发电领域。氢燃料的储存能力是没有上限的，根据电解质的不同，可以分为直接甲醇燃料储能装置、质子交换膜燃料储能装置、碱性燃料储能装置。在风力发电场中，最常用的是膜燃料的质子交换膜燃料。在质子交换膜燃料储能设备的操作中，燃料和氧通过双击板的气道进入两极，通过膜电极位置的扩散区，再进入催化层，在膜阳极催化剂的作用下，氢被分解为水、质子和电子，水和质子通过质子交换膜进入阴极，电子通过外电通路进入阴极，最终与氧分子发生反应，在一系列的化学反应中，进行储能和充电，并在压缩、液化和金属化的储能模式下，达到了长时间的储能。目前，氢气储存技术已逐步深入，技术难题逐步得到解决，而且有关元件的成本也在不断下降，使得氢燃料储存技术有了较大的发展空间。
3.2双电池储能 目前，减少风能波动有两种方法。首先，采用能量平滑技术降低风能获取效率。其次，储能技术可以为电力系统提供稳定的电能。由于蓄电池具有良好的储能性能，因此被广泛地用于风力发电领域。近几年，蓄电池蓄能技术得到了迅猛的发展，为了提高其运行寿命，采用双时间尺度协同控制方法，可以有效地抑制风力发电的功率波动，保证其在风力发电系统中的应用。另外，为了降低系统的运营费用，开发一种以多块电池为主体的大规模电池蓄能设备，该设备采用双层控制模式来调整风力发电的功率，从而形成了一种双电池蓄能技术，该技术包括两个蓄电池，分别对其进行充电和放电，在实际风力发电功率大于电力系统调度功率时，该蓄电池就会一直处于充电状态，而在实际风力发电量小于电力系统调度时，该充电蓄电池就会停止工作，而放电蓄电池则会根据实际风力的变化来调整两种不同的蓄电池的充放电状态，从而可以避免单一电池设备的状态转换。
3.3 混合储能技术
目前，蓄电池是风力发电系统中的主要储能设备，但其寿命短、功率密度低、维护困难、对环境污染大，可以采用蓄电池和超级电容器的组合技术来解决这一问题。 超级电容储能设备具有高的寿命、高的能量密度和高的功率利用率，并且不需要维修，可以通过被动式和主动式结构的方式与蓄电池进行互补并联，从而形成一种新型的能量存储设备。混合蓄能设备集成两种不同形式的优点，既能有效地延长设备的使用寿命，又能兼顾经济和技术，同时又能保证能源转换的效果，因此，混合能源在风力发电领域的应用前景十分广阔。在风力发电机组运行状况异常的情况下，利用该设备对风力发电机组进行快速充电和放电，以填补风力发电机组在电力系统负荷高峰期的不足。
4 风力发电机组控制策略
风能的特性包括能量密度低和不稳定，因为风速和风向的变化非常任意，风力发电机叶片的攻角不断变化，使得叶尖速比远离最优值。风力涡轮机中的空气动力学效率和传递到传动链的功率之间存在差异，以至于风力发电系统的效率被扰乱，从而使得扭矩传动链出现不稳定的情况，同时妨碍了电能的质量以及与之关联的电网，更严重还会对电网的工作状态造成影响。风力涡轮机中应用得最为普遍的就是柔性部件，便于内部机械应力的提高，然而同时也导致风力系统的动态特征更加烦琐，也会使得扭矩传递的方式出现幅度较大的震动，而针对出现较快变化的风速而言，在进行调整时较为滞后。
常规与先进控制方法。以前的PID控制装置通常用于在风速超过极限值时控制和调节转子速度和叶片桨距角。使用较频繁的二维模糊控制装置也以误差的大小作为输入变量。所以，该种控制装置具备了对微分进行控制的功能，对积分进行控制能够尽量消除掉稳态的误差，而实施比例控制的方式也可以获取到更快的响应速度，所以能够把PID控制的方式应用到模糊控制装置中，从而形成模糊PID复合控制方法。该种复合控制的措施主要为对阈值进行确定，并在存在较大差距的范围中采用模糊控制的方式，并在偏差较小时将其转化成PID控制。
结束语
总之，能源企业是中国电力发展的主体组织。为了保护人们的生命，我们必须加强对风力发电设备的研究，并在适当的情况下利用最先进的储能技术为人们提供稳定的电能。当然，通过上述分析，可以看到，由于我国目前的储能技术是多种多样的，所以在采用这种技术时，必须根据自己的实际情况选择合适的存储技术，才能保证企业的长期发展。
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