储能技术在风力发电系统中的应用综述
液压储能在风力发电储能中的应用
第7卷第4期2009年12月中 国 工 程 机 械 学 报CH I N ESE JOU RNAL O F CONS TRUCT ION MAC HIN ERY Vol.7No.4 Dec.2009作者简介卞永明(65),男,教授,工学博士2y @63液压储能在风力发电储能中的应用卞永明,牛 翔(同济大学机械工程学院,上海201804)摘要:风力发电系统为实现系统稳定和持续供电,必须配备合适的储能装置.因此提出以下设想:将风能首先转化为液压能,并以液压蓄能器作为储能装置.不但可以实现系统的稳定和持续供电,还可以将发电机等设备降至地面,大大节约塔架的建造成本和风机的维护费用,并实现通过液压调速回路稳定电压.在上述设想的基础上,设计了一套实验模型,针对液压储能的系统效率和稳压效果进行仿真分析,结果表明:液压系统效率为72.9%,发电电压波动幅度小于0.83%,效率和稳压效果都能满足要求.关键词:风力发电;液压储能;蓄能器中图分类号:TK 89 文献标识码:A 文章编号:1672-5581(2009)04-0488-06Ap pl yi n g hy d r a ulic e ner g y st o r age f o r wi n d t u r bi ne ge ner at o rsBIA N Yon g 2m i n g ,N IU Xi a n g(College of Mechani cal Engineering ,Tongji Uni versi ty ,Shanghai 201804,China )A b s t r act :In orde r to mai ntain s t abl e and s ust ai nabl e p ow er supp ly ,t he ene rgy s to rag e device s ho ul d be e 2quipp ed f or a w in d p ow er gen eration s yst em.Accordi ngly ,t he wi nd en ergy is con vert ed in to h ydraulic ener 2g y for e nerg y s to rage.As a res ul t ,t he s t abl e and s ust ai nable p owe r s up pl y can be guaran teed accompanied b y i nst allin g t he gene rat or asse mbl y on t he g roun d.This si gnifican tly reduces t he cos t of tow er buildi ng and w ind t urbi ne g ene rat or mai nt enance.Meanw hile ,t he voltage s tabilit y in a hyd ra ulic go verni ng circuit can be ens ured.Eve nt uall y ,an exp e ri me ntal model is desig ned and si mulated to analyze t he sys te m efficiency an d volt age st abilization.In conclusio n ,t he s ys tem efficiency and volta ge st abilizatio n can me et demands w it h 72.9%hyd raulic s yst em efficiency and 0.83%bel ow voltag e fl uct uati on ampli tud e.Ke y w or ds :wi nd tu rbine ;h ydraulic en ergy st orage ;h ydraulic ene rgy accumulat or 20世纪80年代以来,风能的利用形式主要是风力发电.近30年来,风力发电技术日臻完善,并网型风力发电机单机额定功率最大已经达到5MW ,叶轮直径达到126m.今后,国内外风力发电技术和产业的发展速度将明显加快.然而,风力发电的发展受到以下两个方面的严重制约:一方面,风能是随机性的能源,具有间歇性.因此,即使在风能资源丰富的地区,把风力发电机作为获得电能的主要方法时,也必须配备适当的蓄能装置,才能保证发电机组的连续和平稳运行[1].另一方面,风机造价居高不下,据统计,现在世界上建设风力发电的单位造价大约为1000美元kW -1,风力发电场建设的60%～70%投资又在风机设备上.中国近年风力发电单位造价约为人民币8000～9000元kW -1,这个费用是燃煤火力发电单位造价的2～2.5倍[2].严重制约了风力发电的发展.在现有的风力发电系统中,一套完整的风力发电机一般由叶轮、齿轮箱、偏航系统、制动系统、发电机、控制与安全系统、机舱、塔架和基础等组成[3].在这种结构中,叶片经变速箱后直接带动发电机转动,发电机安装在塔筒顶部.传动系统、发电机和控制与安全系统均布置在塔架上,大大增加了塔顶重量,使风力发:19-.E mail :mbianmail 第4期卞永明,等:液压储能在风力发电储能中的应用 电机塔筒结构庞大,带来了高昂的制造成本.而上述装置布置在高空,维护修理不便,又需要预留维护空间,因此也带来了高昂的维护费用.此外,由于风场波动大,造成发电机的电压波动大;而风力大时,采用调整叶片的方式来避免发电机过荷,又影响了发电效率.风力发电的上述缺陷可以通过在风力发电系统中添加液压储能元件来解决.本文提出了一套通过液压系统和液压储能来降低运行成本和实现稳压供电的方法,并对该设想进行了分析和仿真.1 风力发电的液压储能原理针对引言中提到的问题,设计了一套液压传导储能系统.在该系统中,叶轮直接驱动液压泵转动,输出高压油,油液经过液压管路送至地面,通过稳压泵站进入蓄能器以液压能的形式存储起来.需要用电时,通过稳压泵站驱动液压马达转动,液压马达带动发电机转动,液压马达的转速可以通过稳压泵站的调速回路来使之稳定,因此无需稳压系统.当无风或风力较小时,可通过蓄能器和液压泵同时向液压马达供油,来保证系统的稳定和持续发电.初步模型的原理图如图1所示.当控制器监测到蓄能器压力低于最低压力时,风轮首先带动液压泵转动,此时两通阀A 和两通阀B 均被关闭,溢流阀作为安全阀使用,因此液压泵通过一个单向阀后向蓄能器内充入高压油.需要发电时,控制器通过电控信号,打开两通阀B ,蓄能器内的液压油流出,由控制器控制调速阀控制输出流量,驱动液压马达转动,带动发电机发电,驱动电阻负载.在发电时,通过调节调速阀的开度和液压马达的排量,使输出功率和输出电压均保持在稳定状态.图1 模型原理图Fig.1 Model sche matic 下面着重对该系统的以下两方面进行分析:①系统的效率,即风能转化为电能的效率,这里主要考察整个液压系统带来的效率损失;②系统的稳压特性,即系统输出的电压不随各种因素变化而保持稳定的能力.为简化分析,可将整个模型的工作阶段分为蓄能和发电两个阶段,分别模拟有风而无电力需求和有电力需求而无风的极端情况.即在蓄能时,关闭两通阀B ,使液压马达停止转动;而在发电时,打开两通阀A 或者关闭液压泵,不使新的液压油进入蓄能器,以模拟无风时的状态.2 模型分析及系统稳压原理系统模型中的各个关键部件之间的关系如图2所示,动力源(风轮)带动液压泵旋转,之间采用机械旋转轴联接,扭矩和转速分别为T s ,n s ;液压泵输出高压油存入蓄能器中,油压和流量分别为p p ,q p ,完成蓄能阶段;在发电阶段,蓄能器输出液压油,出口压力和流量分别为p a ,q a ,流量q a 由调速阀决定,出口压力p a 由蓄能器决定,液压油经过调速阀后驱动液压马达,压力降为,液压马达旋转带动发电机发电,之间同样采用机械旋转轴联接,扭矩和转速分别为T ,984p m m n m . 中 国 工 程 机 械 学 报第7卷图2 数学关系示意图Fig.2 Mat hem atica l r ela tions hip 从图2可以看出,液压蓄能器是整个系统的中心环节.对蓄能器参数的选择和计算,对整个系统的性能有重要影响.这里假设蓄能器的预充气压力为p 0,公称容积为V 0,最低压力为p 1,最高压力为p 2,相应的气体容积分别为V 1和V 2.于是蓄能器的有效工作容积V w =V 1-V 2[4].2.1 蓄能过程分析在对系统效率进行分析时,由于风轮设计及发电机设计不是本文的重点,这里不分析风轮效率及发动机部分的效率,而着重对引进的液压系统的效率进行分析.蓄能过程中,对风轮采用恒速控制,以便测算后面液压系统在蓄能过程中的效率.因此输入的能量可视为通过动力源输入的机械能,为E 1=∫t10ωs T sd t (1)式中:ωs 为动力源旋转的瞬时角速度;t 1为蓄能时间.而得到的存储在蓄能器内的液压能为E 2=∫t 10p a q a d t (2) 二者相除,即为整个蓄能过程的效率为ηP =E 2/E 1(3)2.2 发电过程稳压原理及效率分析在发电过程中,应维持发电电压稳定,即外负载端电压U E 始终保持不变.同时,应使液压系统的输出功率与电力负载的功率相匹配.为此,采用了如下的控制策略(见图3):首先,通过控制器采集外负载端电压U E 和电流I E ,可计算出外负载功率P E ,加上一定的功率损耗的补偿,同时实时采集蓄能器出口压力p a ,于是可通过一定的算法估算出所需要的系统流量值,再通过控制调速阀的PWM 信号的占空比来控制整个液压系统的供给流量.即通过对外负载功率的监测来实时调节液压蓄能器的功率供给:q a =f (P E ,p a )=(P E +ΔP )/p a(4)式中:ΔP 是用于补偿调速阀的功率消耗及发电机的功率损失的功率损耗值,可以通过一定的方法进行估算.其次,为了维持发电机的转速恒定,再通过对端电压U E 的监测来对变量液压马达的排量Q m 进行调节.液压马达的转速为n m =q m ηm VQ m (5)式中:n m 为液压马达的实际输出转速;q m 为液压马达通过的流量,这里由调速阀的特性和开度决定;ηmV 为液压马达的容积效率;Q m 为液压马达公称排量,通过闭环控制算法来对Q m 进行控制,保证了n m 维持在一个稳定值,从而保证负载端电压U E 的稳定.整个发电过程中输出的液压能为E 3=∫t 20p a q a d t (6) 直流电机得到的机械能为=∫T ω()094E 4t 20m m d t 7 第4期卞永明,等:液压储能在风力发电储能中的应用 式中:t 2为发电时间;ωm 为直流电机旋转时的瞬时角速度.二者相除,即为发电阶段液压部分的效率ηm =E 4/E 3(8)图3 电控液压系统控制方法Fig.3 Contr ol met hod of elect r o hydr a ulic sys tem3 极限工况仿真与实验为验证液压储能在风力发电系统中的应用设想,对上述实验模型进行仿真,并分别对效率和稳压效果进行分析验证.为简化仿真模型,将上述系统分为蓄能阶段和发电阶段两个部分分别进行仿真和实验.仿真利用MA TLAB 中的S i muli nk 工具箱构建模型[5],每个元件分别进行实际选型,元件参数来自于厂家产品资料,过程参数利用实验测定.3.1 蓄能过程仿真分析在MA TL AB/Sim ulink 环境下搭建了蓄能过程的仿真模型.整个模型的仿真参数的设定,与实际搭建的实验系统的产品资料保持一致.主要元件的仿真参数设定如下:液压泵排量Q p =1.5mL ,额定转速为2500r mi n -1,最低转速为800r mi n -1,额定压力为20MPa ,容积效率为83%;蓄能器公称容积根据系统状况,选取V 0=10L ,预充气压力p 0=2.65MPa ,最低压力设定为p 1=3.5MPa ,最高压力设定为p 2=11MPa ;过程中的气体多变指数根据实验测定为γ=1.27,测定γ值的方法如下:在蓄能过程中,蓄能器内的压力p a 和气体体积V 满足p a V γ=c (9)式中:γ为多变指数,在绝热过程中,γ=1.4,在等温过程中,γ=1,由于在蓄能过程中存在热交换,不是绝热过程,而气体被油液加热,温度上升,因此也不是等温过程,γ值需通过实验测定;c 为一个定值常数,与蓄能器内预充氮气的质量有关.又因为有V =V 0-V l ,其中V l 是蓄能器内的油液体积.由于泵的转速恒定,因此可以认为V l =Q p ηn t (10)式中:Q p 为泵的公称排量;η为泵的容积效率;n 为泵的转速;t 为时间.根据以上各式,可以推出p (t )=c (V 0-V p ηn t )-γ(11)式(11)中V p 和V 0已知,通过对实验中测定的不同时刻的压力值的p (t )值,对数据进行曲线拟合,即可求出c ,η和γ的值.于是可以知道在当时气候条件和实验条件下,近似的多变指数γ的值.如图4a 所示,仿真结果显示,在约282.5s 时,蓄能器内的油压上升到11MPa ,达到预先设定的最高压力.此时,蓄能器内充入的液压油体积期间的扭矩随着油压上升而上升,如图4b 所示,在282.5s 时达到最大值3N 整个仿真过程中的系统效率曲线如图5所示,在达到压力设定值M 时,系统效率约为%,此后随着压力的上升,液压泄漏进一步增大,从而导致系统效率的下降194.07m.11Pa 79.4. 中 国 工 程 机 械 学 报第7卷图4 蓄能环节油压和扭矩仿真曲线Fig.4 Si mulat ion c ur ve of hydra ulic pr essur e a nd tor que i n e ner gy st or age p hase图5 蓄能环节效率曲线Fig.5 Si mulat ion c ur ve of ef f iciency3.2 发电过程仿真分析针对发电过程,在MA TLAB/Si muli nk 环境下建立了仿真模型.利用系统自带的液压元件库建立了蓄能器和液压回路,使用Dri veli ne 元件库对联轴器进行模拟,实现了转矩和转速的耦合.利用Sim ulink 库中的直流电机元件建立了直流发电机模型,DC Sensor 子系统会采集负载的电压值和电流值,并输出功率和负载端电压.分别采用不同的控制算法,对液压系统的输出流量和马达排量进行控制,并指定发电端电压为24V.仿真中的参数设置,仍然与完成选型的实验系统的各产品资料中的参数保持一致,主要参数如下:蓄能器公称容积V 0=10L ,初始压力为最高压力p 2=11MPa ,并设定工作最低压力p 1=3.5MPa ;液压马达采用电控式变量马达,排量范围可从0～10mL 连续变化.控制策略采用前面介绍的通过两次闭环分别对液压系统的流量和排量进行控制.外电阻负载额定电压24V ,功率52W.调速阀采用理想流量调节阀代替.图6是蓄能器出口压力和调速阀通过流量的仿真曲线,在大约351s 时,蓄能器压力从开始的最高压力p 2=11MPa 下降到设定的最低工作压力p 1=3.5MPa.由于采用了恒功率而不是恒流量控制,蓄能器的出口压力曲线的下降速度近似保持恒定,同时,随着压力的下降,系统的流量随之从0.48Lmi n -1上升到1.46L mi n -1.图6 蓄能器出口压力及系统流量仿真曲线Fig.6 Sim ulati on c ur ve of a cc umula tor p ress ure a nd syste m f low r at e 图7为端电压仿真曲线.图7a 是390s 内的仿真曲线,图7b 是开始的50s 内的仿真曲线.在约351s 时,蓄能器压力下降到设定的最低工作压力=35M 在整个仿真过程中,在大约6时达到最大值,电压最大值不超过V 电压的最大变化幅度不超过3%稳压效果是令人满意的294p 1.Pa.s 24.2.0.8.. 第4期卞永明,等:液压储能在风力发电储能中的应用 图7 端电压仿真曲线Fig.7 Si mula tion cur ve of te r minal volt a ge图8 发电阶段效率曲线Fig.8 Sim ulati on c ur ve of ef f icie ncy 由于发电过程中外负载的功率保持恒定,在模型进入稳定状态后,液压部分的效率供给也保持恒定,因此发电部分的效率曲线如图8所示.在蓄能器工作压力下降到设定的最低工作压力p 1=3.5MPa 时,液压部分的效率为ηm =E 4/E 3=91.8%(12) 综上所述,整个液压部分的效率为ηh =ηp ηm ≈72.9%(13)即整套液压系统的效率是72.9%;即72.9%的输入到液压系统的机械能能够最终以机械能的形式重新输出,由此可以节约大量的制造成本、维护成本以及相应的电力稳压系统.考虑到风力发电机的实际应用情况,这个效率是可以令人满意的.4 结论从上述分析可以看出,新型液压传导储能系统的效率和稳压效果较好.若在现有系统中加以应用,可以带来以下优点:(1)可以将发电机和发电机的相关控制系统降至地面,如此可大幅度降低塔架和风机的制造成本.(2)由于采用了液压储能,可以做到异时发电,即在风力较大而耗电量较小时蓄能,在风力较小,而耗电量较大时,通过液压蓄能器补充能量.(3)在系统中应用一定的闭环控制算法,调节液压系统来进行稳压,可以取得较好的稳压效果.参考文献:[1] 王承煦,张源.风力发电[M ].北京:中国电力出版社,2003.WANG Chengxu ,ZHANG Yuan.Wind po wer generation [M].Beijing :C hi na Po wer Pres s ,2003.[2] 李豪,郑衡,何国锋.风力发电设备优化选型与电价关系的分析[J ].广东电力,2003,16(2):53-55.L I Hao ,ZH EN G Heng ,HE Guofeng.Anal ysi s o n rel at ion bet ween opti mum t ype sel ectio n of wi nd po wer generati ng app arat us and pow 2er rate [J ].Guangdo ng Elect ric P o wer ,2003,16(2):53-55.[3] 刘万琨,张志英,李银凤,等.风能与风力发电技术[M ].北京:化学工业出版社,2007.L IU Wankun ,ZHAN G Zhiying ,L I Y i nfeng ,et al.Wi nd energy and wind power generat ion t echnology [M ].Beiji ng :Chemical Indust ry Press ,2007.[4] 马雅丽,黄志坚.蓄能器实用技术[M].北京:化学工业出版社,2007.MA Yali ,HU AN G Zhij ian.Pract ical t echnology o n accumulato r[M ].Beijin g :Chem ical Indu st ry Press ,2007.[5] 薛定宇,陈阳泉基于M TL B S 的系统仿真技术与应用[M ]北京清华大学出版社,XU D y ,N Y q Sy y M TL B S [M ]B j T U 2y ,394.A A /i mulin k .:2002.E ing u C H E a ng ua n.st e m si mula tion te ch nolo g an d a pplic a tion ba sed on A A /i mul in k .e i in g :sin ghua ni ver si t Pre ss 2002.。
能源行业风能发电与储能应用方案
能源行业风能发电与储能应用方案第一章风能发电技术概述 (2)1.1 风能发电原理 (2)1.2 风能资源分布与评估 (2)第二章风力发电设备与技术 (3)2.1 风力发电机组结构 (3)2.2 风电机组设计技术 (3)2.3 风力发电并网技术 (4)第三章风能发电项目规划与建设 (4)3.1 风能发电项目规划方法 (4)3.2 风能发电项目投资与经济性分析 (5)3.3 风能发电项目环境评估与监管 (5)第四章储能技术应用概述 (6)4.1 储能技术分类 (6)4.2 储能技术应用领域 (6)4.3 储能技术发展趋势 (6)第五章风能发电与储能技术的结合 (7)5.1 风能发电与储能系统的匹配 (7)5.2 风电储能系统运行策略 (7)5.3 风电储能系统优化配置 (8)第六章储能系统关键设备与技术 (8)6.1 电池储能系统 (8)6.1.1 锂离子电池 (8)6.1.2 铅酸电池 (8)6.1.3 液流电池 (9)6.2 飞轮储能系统 (9)6.2.1 飞轮 (9)6.2.2 电机/发电机 (9)6.2.3 控制系统 (9)6.3 超级电容器储能系统 (9)6.3.1 超级电容器 (9)6.3.2 电力电子设备 (9)6.3.3 系统集成 (10)第七章风能发电与储能系统集成应用 (10)7.1 风电储能系统集成设计 (10)7.1.1 设计原则 (10)7.1.2 设计内容 (10)7.2 风电储能系统运行与维护 (10)7.2.1 运行策略 (10)7.2.2 维护管理 (11)7.3 风电储能系统故障诊断与处理 (11)7.3.1 故障类型及原因 (11)7.3.2 故障诊断方法 (11)7.3.3 故障处理措施 (11)第八章风能发电与储能项目经济性分析 (12)8.1 项目投资与成本分析 (12)8.2 项目收益与风险评估 (12)8.3 项目经济效益评价 (12)第九章风能发电与储能政策法规与市场环境 (13)9.1 政策法规概述 (13)9.1.1 国家层面政策法规 (13)9.1.2 地方层面政策法规 (13)9.2 市场环境分析 (14)9.2.1 市场规模 (14)9.2.2 市场竞争格局 (14)9.2.3 市场机遇与挑战 (14)9.3 政策法规与市场环境的互动 (14)第十章风能发电与储能产业发展趋势与展望 (14)10.1 技术发展趋势 (14)10.2 产业发展前景 (15)10.3 产业政策与市场展望 (15)第一章风能发电技术概述1.1 风能发电原理风能发电是利用风力驱动风电机组，将风能转换为电能的一种清洁、可再生的能源利用方式。
浅谈风轮储能技术在风力发电中的应用
提升和 稳定线路 传输 电能的需要 ， 实现线路 的能量 交换和功率 补偿 ， 提 ２ 并 网运 行方式 。 为了提高风 力发 电的 稳定性 和蓄能的容量 ， 减少 升线路 的稳定性 。 风 力发 电的波 动性 和 随机性 ， 可 以采 用并 网运行 的方 式 对风 力发 电的 （ ２ ） 超 级电容 器储 能。 它 是利 用电容 器能够 储存 电能的原 理进 行 性 能进行 提升 。 扩 充 风力发电的 蓄能容量 。 利用抽 水蓄能 ， 能 够提 供风 工作的 ， 电容主 要是运 用电化 学 的双电层理论 进行研 制的 ， 能够为 电路 力发 电的容量 ， 消除风 力发 电的波动性 和随 机性 ， 采 用飞轮 储能能 够提 提供 强大的脉 冲电流 ， 在理 想的状 态下， 电荷将 会吸 引电解质溶液 中离 升风 力发电的及时性 ， 能够 瞬 间的提升 系统 的性能 。 采用并 网运行 的方 子， 将溶液 电离 ， 将溶液 的带电离子 吸附在 电极 的表面， 形成双 电荷层 ， 式， 能 够对风 力的输 出进行 可控 性的 调节 ， 能 够 有效 的引起 风力发 电的 形成了一个 强大的 电容器 ， 能 够储 存大量 的电能 。 它的优 点是 储存 电能 电网的电压和频 率及其相位 的变化情况， 通过这 种可控性的调 节之后， 的方便 ， 充放 电的时 间比较 短 ， 而且循环放 电的次数 不会影 响容量 的变 能 够实现 风力发电和常 规电网进行并 网。
能技术 ， 主要 采用电容的 放电技 术进行平稳 的放 电， 能够在 风力发 电不 稳 定的情 况 ， 运 用平滑输 电的方 式对风 电机的输 出， 减少风 电的波动对
【 关 键宇】储能技术 ； 风 力发电； 多元混合 储能技 术
电网产生的影 响。 它提 高了风 力发电的稳定性 和改善风 力发电的性能 ， 能够有效 的调节 线路无功功率 和有功 功率的损 耗。
超导磁储能在风力发电的原理
超导磁储能在风力发电的原理
风力发电是一种利用风能产生电力的可再生能源技术。
而超导磁储能技术则是
一种用于存储和释放电能的先进技术。
在风力发电中，超导磁储能可以发挥重要作用，提高风力发电的效率和可靠性。
超导磁储能是利用超导材料在超低温下的特性进行电能储存的技术。
超导材料
具有零电阻的特点，可以在超低温下实现电流的无损传输。
这意味着，超导磁储能系统可以高效地存储和释放电能，减少能量损失。
在风力发电中，超导磁储能系统可以用于平衡风力发电系统的功率波动。
风力
发电的主要问题之一是风速的不稳定性，这导致风力发电机组产生的电能波动较大。
超导磁储能系统通过储存多余的电能，可以在风速不足时释放电能，平衡风力发电系统的功率输出。
超导磁储能系统的工作原理是将风力发电机组产生的多余电能通过变压器等装
置输入到超导线圈中，将电能转化为磁能存储起来。
当风速不足时，超导线圈会释放储存的磁能，通过变压器将其转化为电能，补充风力发电系统的输出电能。
除了平衡风力发电系统的功率波动外，超导磁储能还可以提高风力发电系统的
运行效率。
风力发电的效率受到风速和转子转速的影响，当风速较高时，风力发电机组可能产生过载。
超导磁储能系统可以吸收过载电能，并在风速恢复正常时释放，避免过载损坏。
总之，超导磁储能技术在风力发电中具有重要的应用价值。
它可以平衡风力发
电系统的功率波动，提高系统效率，同时减少电能损失。
随着超导材料和技术的不断发展，相信超导磁储能在风力发电领域的应用将会越来越广泛。
飞轮储能在风电系统中的应用及仿真分析
图１ 飞 轮 储 能 系 统 结 构 示 意 图
资 助 项 目（ １ ２ ５ ２ － Ｎ Ｃ ． 飞 轮 储 能 在 风 电 系统 中 的应 用 及 仿 真分 析
Ａ Ｅ： ÷． ， （ ｃ Ｅ ， ２ …一 ∞ ２ ）
（ ２ ）
电， 最 后经 由变 压 器 并 入 电网 。采 用 飞轮 储 能 的
飞轮 储 能 系统 的 正 确 性 。
关 键 词 飞 轮 储 能 风 力发 电 仿 真
中图 分 类 号
Ｔ Ｈ ８ ９
文献 标 识 码 Ａ
文 章 编 号 １ ０ ０ ０ — ３ ９ ３ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ — ０ ２ ０ ０ － ０ ５
１ ——保护轴承 ； ２ —— 径 向 磁 轴 承 ；
采 用 飞轮储 能 的独立 运行 风力 发 电系 统基 本结 构
如 图 ２所 示 。
图 ２ 采 用 飞 轮 储 能 的 独 立 运 行 风 力 发 电 系 统 基 本 结 构
由于不 可再 生 能 源消 耗量 的不 断加 剧 ， 可再
生能 源 的开发与 利用被 认为是 解决 能源 问题 的主
３ — — 轴 向磁 轴 承 ； ４ ——飞轮本体 ；
要 手段 之一 ， 研 发新 型 储 能技 术 以提供 能源 利 用 率便是 其 中一项 重要 的研 究 内容 。 目前储 能技 术 主要 分 为 ３类 ： 机械储能 、 电磁 储 能 和 电化 学储 能 。其 中 ， 机 械储 能 中的 飞轮 储 能技 术 在 很 多 领 域都有 广 阔的应用 前景 ， 例如航 空航 天领 域 ， 或 是 作为 电源来 代替传 统 的化学储 能 电池 。在 电力 系
并 网型风力 发 电系统 基本 结构 如 图 ３所示 。
风力发电储能方式
风力发电储能方式近年来，随着可再生能源在能源领域的不断发展，风力发电作为一种重要的清洁能源方式，得到了广泛的应用和推广。
然而，风力发电系统的可变性和间歇性，使得如何有效储存和利用电能成为发电行业面临的一大挑战。
因此，开发高效的风力发电储能方式成为了当前亟待解决的问题之一。
目前，风力发电储能方式主要有以下几种：储能电池、天然气储能、压缩空气储能和水力储能。
这些方式在不同的场景中，都有各自的优势和适用性。
首先，储能电池是当前风力发电储能方式中最常见和可行的一种选择。
通过将电能转化为化学能，储存于锂离子电池或流动电池中，再在需要时进行释放，就可以实现风力发电的稳定供应。
储能电池具有高能量密度、响应速度快、适应性强等优点，适合用于小型、分散的风力发电系统。
其次，天然气储能是一种新兴的风力发电储能方式。
通过利用风力发电过程中产生的多余电能，将其转化为氢气或合成天然气，再储存或输送至燃气电站进行发电。
这种方式不仅可以有效储存电能，还可以解决天然气储备不足的问题，实现清洁能源的替代和整合利用。
另外，压缩空气储能是一种利用风力发电过程中产生的过剩电能，将其用于压缩空气，再在需要时释放以产生动力的方式。
这种方式相对成本较低，适合用于大型风力发电场，尤其是在地理条件适宜的地区。
最后，水力储能是一种传统而有效的风力发电储能方式。
通过利用风力发电过程中产生的多余电能，将其转化为动力，驱动水泵将水抬升到高处的水库中，再在需要时通过水轮机发电。
这种方式不仅具有较大的储能量，而且可以实现季节性的储能调峰，适合用于大规模、稳定的风力发电系统。
总体来说，风力发电储能方式是解决风力发电间歇性供电问题的重要手段之一。
根据实际情况选择合适的储能方式，可以提高风力发电的可靠性和稳定性，促进可再生能源的可持续发展。
在未来的发展中，我们应该进一步研究和推广各种储能方式，并通过技术创新和政策支持，促进风力发电储能技术的进一步突破和应用。
只有这样，才能更好地实现清洁能源的发电梦想，为人类创造更加美好的生活环境。
风光互补系统中储能技术的应用
风光互补系统中储能技术的应用一、前言随着新能源的快速发展，电力系统正在向着高效、可靠和可持续的方向发展。
然而，由于新能源的间歇性和不可控性，储能技术的发展显得尤为重要。
在风光互补系统中，储能技术的应用可以提高系统的可靠性、降低系统运行成本和减少对传统能源的依赖性。
本文将对风光互补系统中储能技术的应用进行深入分析和探讨。
二、风光互补系统风光互补系统指的是将风力发电和太阳能光伏发电系统相结合，以便更好地发挥它们之间的互补性。
传统的电力系统主要依赖于燃煤、石油和天然气等化石燃料，这些能源资源的储量是有限的，并且会对环境造成污染，因此需要开发其他可再生能源。
风光互补系统可以优势互补、互为补充，最大化地利用风能、太阳能，从而减少对传统能源的依赖性。
三、储能技术储能技术是指利用电池、超级电容器、压缩空气储能、水储能、热储能等方式将电能转化为物质能或势能储存起来，在需要时将其释放出来，提供电力能量供应。
储能技术的重要性越来越受到人们的重视，因为它可以提高电力系统的可靠性、减少对传统能源的依赖性，并且降低系统运行成本。
四、储能技术在风光互补系统中的应用1. 超级电容器超级电容器可以通过在太阳能电池和风力发电机之间连接，对新能源发电进行平滑和调节。
超级电容器具有高充电和放电效率、长寿命、高稳定性等优点，适合大功率短时的电能储存和释放。
2. 液流电池液流电池适用于需要长时间稳定性运行的储能系统。
它可以将电能转化成化学能储存，是一种可持续的储能技术。
在风光互补系统中，液流电池可以储存风力发电和太阳能光伏发电产生的电力，并在需要时释放出来提供电能供应。
3. 压缩空气储能压缩空气储能系统是将风力发电和太阳能光伏发电产生的电力转化成机械能，再将机械能用于压缩空气，将压缩的空气储存起来以供以后使用。
当需要电能的时候，释放压缩空气，通过涡轮发电机产生电能供应电网。
压缩空气储能系统具有高效节能、灵活性和稳定性的优点。
值得注意的是，压缩空气储能需要大规模的设备和空间，因此不适用于小型风光互补系统。
储能技术在新能源电力系统中的应用
储能技术在新能源电力系统中的应用摘要：当前，对于新能源的利用开发主要集中在新能源发电项目，利用太阳能和风能等新能源可以发电。
但是新能源发电与化石能源发电的方式相比起来，其发电过程中容易受到外界自然因素的干扰，新能源电力系统往往会存在供电中断或者波动性较大等问题，如果将新能源电力系统广泛推广应用，对于电网整体安全稳定的供电会造成不良影响。
为此，新能源电力系统运行期间，应用储能技术对其控制，解决系统供电的技术缺陷，充分保障新能源电力系统的平稳持续性运行，新能源电力系统想要在未来实现大规模并网的目标，离不开储能技术对其系统的优化和支持。
关键词：储能技术；新能源；电力系统；应用1导言储能技术合理运用到新能源电力系统中，能够有效促进能源储存转化，满足电力系统的用电需求，确保电力系统运行的安全性。
为了进一步发挥储能技术在新能源电力系统能源储存转化方面的应用作用，需要工作人员加强储能系统优化配置，在应用储能技术进行能源转化时，应注意能源转化的质量和效率，尽可能为电力系统提供充足的电力能源，保证电力系统运行中有足够的电力能源可用。
2储能系统集成技术针对具体应用，储能系统的集成技术和方式也比较重要，决定了储能系统整体的使用效率和功能体现，主要涉及电池成组技术、电化学储能变流器系统技术以及相应的系统拓扑结构，同时储能电池的运行需要电池管理系统的技术支持。
(1)电池成组导致寿命问题。
由于电池的不一致性客观存在，需要做到成组电池容量、内阻、充放电特性趋于一致，在集成后通过均衡策略尽可能实现性能均匀，整体表现良好特性，有利于电池寿命延长。
(2)温度控制问题。
温度对电池的容量甚至寿命、安全影响明显。
在电池成组中考虑冷却方式、散热结构、隔热方式、风道设计等相关热管理技术。
(3)电气安全问题。
电池系统是一个高能量体，通过较合理的串、并联连接方式实现分流分压，防止局部产生电气安全事故。
(4)电化学储能变流器是储能与交流电网连接的枢纽。
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储能技术在风力发电系统中的应用综述
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。将储能技术引入风力发电系统能有效
地抑制风电功率波动、平滑输出电压、提高电能质量，保证风力发电
并网运行。
1、 储能技术的分类
储能技术分为电磁储能、物理储能、电化学储能和热储能等4类，
如图1所示。
超导储能
电磁储能
超级电容器储能
抽水储能
物理储能 压缩空气储能
储能技术 飞轮储能
氢储能
电化学储能 液流电池 铅酸电池
电 池 锂离子电池
热储能 钠硫电池
图1. 储能技术的分类
1.1 超导储能技术
超导储能系统(SMES)利用超导体制成的线圈，将电网供电励磁产
生的磁场能量储存起来，需要时再将储存的能量送回电网。
超导储能技术的优点是：○1、储能密度高约（108J/m3）且能长
时间无损耗的储能，而蓄电池储能重复次数一般在千次以下；○2、能
量的释放速度快，功率输送时无需能源形式的转换，响应速度快（ms
级），转换效率高（>96%），比容量（1~10kWh/kg）和比功率
（104~105kW/kg）大；○3、超导储能线圈的储能量与功率调节系统
的容量，可独立的在大范围内选取。可调节电网电压、频率、有功和
无功功率，实现与电力系统的实时大容量能量交换和功率补偿；○4、
超导储能装置使用寿命长；○5、超导储能装置可不受地点限制，且维
护简单、污染小。
与其他储能技术相比，超导储能仍很昂贵，除了超导体本身的费
用外，维持系统低温导致的维修频率提高以及产生的费用也相当可
观。
1.2 超级电容器储能技术
超级电容器（Supercapacitor）是一种新兴的储能元件，功率密度
大、储能效率高、安装简易，能够适应不同的环境而无需维护，可以
单独储能，可以与其它储能装置混合储能。超级电容器将能量以电场
能的形式储存起来，当能量紧急缺乏或需要时，再将存储的能量通过
控制单元释放出来，可以对系统起到瞬时功率补偿的作用，并可以在
发电中断时作为备用源，以提高供电的稳定性和可靠性，实现电能的
平衡、稳定控制口。
1.3 抽水蓄能
抽水蓄能装置（Pumped Hydro Storage）是指在电力负荷低谷期
将水从下池水库抽到上池水库，将电能转化成重力势能储存起来，在
电网负荷高峰期释放的能源储存方式。抽水蓄能是现在最成熟的储能
技术，全球共有300 个超大抽水储能系统，虽然地理条件限制，绝
大多数风电场不具备建抽水蓄能电站的条件，但是抽水储能仍是应用
风电场的最好方案。
1.4 压缩空气储能(CAES)
压缩空气蓄能是利用电力系统负荷低谷时的剩余电量，由电动机
带动空气压缩机，将空气压入作为储气室的密闭大容量地下洞穴，即
将不可储存的电能转化成可储存的压缩空气的气压势能并贮存于贮
气室中。当系统发电量不足时，将压缩空气经换热器与油或天然气混
合燃烧，导入燃气轮机做功发电，满足系统调峰需要。
1.5 飞轮储能系统
飞轮储能单元是一种基于机电能量转换的储能装置，其基本工作
原理是：飞轮储能(FESS)是一种机械储能方式，飞轮被放置在真空中，
其基本原理是“充电”时将电能转换成飞轮运动的动能，并长期蓄存
起来，需要即“放电”时再将飞轮运动的动能转换成电能，供电力用
户使用。飞轮并不很适合应用于风电场，但它却能够快速地抑制风力
发电的快速波动，能量密度低，而且自放电率较高所以它们可以被看
作是一个与风电场电池系统相结合的储能系统，而不是孤立的。
1.6 氢燃料电池
当风电满发时，风能无法被完全利用，一个解决办法是将这部分
多余的能量转换成氢能。氢燃料电池是将燃料的化学能直接转化为电
能的装置。为了实现氢气作为能源载体的应用，必须解决氢的廉价制
取、安全高效储运以及大规模应用这3 个问题。氢燃料具有非常大
的潜力，但距离大规模应用到风电场还有很长的路要走。
1.7 全钒液流电池
液流电池分多种体系，其中全钒电池（Vanadium Redox Flow
Battery，VRB）是技术发展主流。这种技术已经能做到MW 级，因此
在大规模应用中起到非常重要的作用，液流电池比较适合风电场应
用，已有风电场应用液流电池的实例了。
1.8 铅酸电池
铅酸电池应用在储能方面的历史较早，技术较为成熟，并逐渐以
密封型免维护产品为主。目前储能容量已达20 MW。铅酸电池的能
量密度适中，价格便宜，构造成本低，可靠性好，技术成熟，已广泛
应用于电力系统，且目前世界各国的风能及太阳能发电系统广泛使用
的胶体密封铅酸电池。
1.9 锂离子电池
锂离子电池比能量、比功率高、自放电小、环境友好， 但由于
工艺和环境温度差异等因素的影响，系统指标往往达不到单体水平，
使用寿命仅是单体电池的几分之一，甚至十几分之一。磷酸亚铁锂电
池是最有前途的锂电池，磷酸亚铁锂材料的单位价格不高，其成本在
几种电池材料中是最低的，而且对环境无污染，适合风电场应用。
1.10 钠硫电池
钠硫和液流电池被视为新兴、高效、具广阔发展前景的大容量电
力储能电池，2000 年钠硫电池已实现商业化运作。钠硫电池是各种
先进二次电池中最成熟也是最具潜力的一种先进的储能电池，实现钠
硫储能系统规模化，可以达到削峰，提高系统运行稳定性及提高电能
质量，其自身的长运行寿命、低维护成本及突出的超载脉冲功率输出
特性，有着广泛的应用前景和经济效益，非常适合风电场储能。
2、 储能技术综合比较
储能技术的优缺点及其应用如表1所示。
储能技术 优点 缺点 应用方向
超导储能 大容量 成本高
系统稳定性、电能质量
超级电容器 长寿命、高效率 能量密度较低
系统稳定性、电能质量
抽水蓄能 大容量、低成本 场地要求特殊、建设周期长 能量管理、调频与备用
压缩空气蓄能 大容量、低成本 场地要求特殊 调峰、系统备用
飞轮储能 技术成熟 能量密度较低
频率控制、电能质量调节等
液流电池 大容量、长寿命 能量密度较低
电能质量、可靠性、频率控制、
削峰填谷、能量管理
铅酸电池 大容量、高密度、高效率 寿命低、有污染 电能质量、频率控制、黑启动
锂电池 大容量、高密度、高效率 成本高 平滑负荷、备用电源
钠硫电池 大容量、高密度、高效率 成本高、安全隐患 平滑负荷、备用电源
表1储能技术综合比较
3、 结语
电能存储是解决风电并网最有效的方式之一，储能形式的选择应
该根据风电场的不同作用要求和储能系统为风电系统带来的利益确
定。
a. 为增强风电并网后的系统稳定性, 应选择响应时间较快的超
导储能、超级电容储能及飞轮储能等储能技术。
b. 为增强风电机组的LVRT功能, 应采用具备ms级响应能力的超
导储能和超级电容储能等电磁储能技术。
c. 为提高风电穿透功率极限水平, 应根据限制穿透功率的主导
因素来确定合适的储能系统。
d. 为提高系统供电电能质量, 应选用超导储能、超级电容储能和
电池储能等具备快速功率交换能力的储能技术。
e. 为优化风电运行的经济性, 应选用储能容量大的长时间储能
系统, 如抽水蓄能和压缩空气储能等储能系统。