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风电储能技术分析与研究
[摘 要]本文首先概述了风力发电储能技术，然后详细阐述了风力发电储能技术的具体应用。随着我国对于能源需要的不断增大，风能的作用也就显得越来越重要了。因此，研究风力发电系统中储能技术就具有非常重大的现实意义。
[关键词]风力;发电系统;储能技术;
中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1009-914X(2015)15-0376-01
一、前言
随着科技的不断进步与发展，风电储能技术越来越受到企业及研究人员的重视，本文着重就该部分内容进行了研究。
二、风力发电储能概述
能源是整个世界经济发展的重要基础，人类社会的发展与能源开发利用是息息相关的，人类历史上每次使经济产生质的飞跃都是从新型能源的利用开始的。经济的发展对能源的需求量越来越多，而今使用的传统化石能源消耗速度远远大于自然自身补给速度，从而导致传统能源逐渐趋于枯竭，同时由于能源的不合理开法和利用所排放的有害气体导致环境破坏日益严重。从社会的可持续发展战略来看，开发和利用可再生能源替代传统化石能源是能源结构调整的重要发展方向。因此，世界各国必须寻求一种可再生能源来代替日益匮乏的传统化石能源，在过去的半个多世纪，储量丰富、分布广泛、无污染、使用便利的风能已经受到极大的关注，并被确认为最有前途的替代能源。随着人类对风能的开发和利用，风力发电市场迅速发展起来，进入 20 世纪九十年代以来，世界各国掀起了风力发电应用的新浪潮，风力发电在全球范围内得到前所未有的发展。
我国风能资源丰富、分布广泛，主要分布在新疆、内蒙古等北部地区和东部沿海地区及附近岛屿，这些地区工业污染和能源紧缺问题也比较严重，风电并网的开发利用成为解决这一问题的重要策略之一。但是由于风能的间歇性和随机性，风电功率随着风速大小变化而随机波动，尽管大电网允许一定容量波动的风电功率并网，一旦超过一定容量，其功率的波动就影响电网运行的稳定性，随之带来谐波污染、闪变等影响电能质量，为保证电网运行的可靠性和电能质量的优质性，电网不能接纳超过一定容量的风电电能，从而导致无法并网的风电被舍弃，这一状况严重阻碍了我国风电的大规模发展。据国家电监会公布的《风电、光伏发电情况监管报告》和电科院关于电网接纳风电能力的论证报告，可知目前我国大规模风电并网和电网接纳的矛盾日益突出。
三、风电储能技术
现有的储能技术主要包括物理储能、化学储能、电磁储能和相变储能等四种类型。物理储能主要包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能等，电磁储能包括超导磁储能(SMES)和超级电容储能等，化学储能包括铅酸电池、锂离子电池和钠硫电池等，相变储能包括冰蓄冷储能和相变建筑材料储能等。各种储能的功率/能量特性及其适应范围不同。需要说明的是，与其他储能方式相比，相变储能并非以电能形式释放存储的电能，且其功率/能量等级涉及的因素很复杂，因而此处不予讨论。但是，随着智能电网的推进，其将在需求侧管理(DSM)方面发挥重要作用。
根据不同储能方式的能量/功率等级、响应速度、经济性等特点，其可应用于电力系统的削峰填谷、调频/调峰、稳定控制、改善电能质量乃至紧急备用电源等不同场合。
四、风力发电储能技术的具体应用
1、利用储能系统增强风电稳定性
增强电力系统稳定性的根本措施是改善系统平衡度，储能系统能够快速吸收或释放有功及无功功率，改善系统的有功、无功功率平衡水平，增强稳定性。针对电压稳定性问题，储能系统改善电压稳定性并增加系统的风电接入容量问题，但该文仅对储能系统做了理想的假设，缺乏有效的动态仿真及理论分析。利用超导储能和超级电容储能系统增强风电稳定性的问题，设计了相应的控制策略，结果显示，超导储能和超级电容储能系统均能有效降低风电并网PCC的电压波动，平滑风电机组的有功输出，增强系统稳定性。频率稳定性问题的研究主要集中在储能系统平滑风电输出功率方面。研究表明采用超导储能系统改善频率稳定性问题，仿真结果表明，超导储能系统在文中既定的条件下使得系统的最大频率偏差从0.369Hz降为0.095Hz，有效改善了系统的频率稳定性，且超导储能系统容量越大系统频率偏差越小。
2、利用储能系统增强风电机组LVRT功能在风电机组比例较高的电力系统中，LVRT是影响系统稳定性的关键因素之一。通过对有、无LVRT功能的风电机组在故障情况下的电网电压恢复情况的比较，结果显示，有LVRT功能的风电机组并网能够有效解决风电并网所产生的电压稳定性问题，有利于系统稳定性的增强。
3、利用储能系统增加风电穿透功率极限
不同电网，限制WPP水平的主导因素不同，采用的储能系统也不同。很多研究人员探讨了采用飞轮储能、电池储能和超导储能系统增加WPP的问题，结果表明，这3种储能系统都能有效增加系统的WPP，并能改善PCC的电压波动性，在冬季大方式和夏季小方式两种极端工况下，频率偏移和线路功率约束是限制WPP的主要因素。
4、利用储能系统优化风电经济性
随机波动的间歇性风电接入电网，将导致系统备用容量增加，系统运行经济性降低。合适的储能系统能够有效解决这一问题，实现电网与风电场的双赢。此外，在电力市场环境下，风电的竞争力较差，采用储能系统配合风电场运行，能够实现风电效益最大化。
五、风电储能展望
受自然条件限制，可再生能源发电具有很大的随机性，直接并入电网会对系统造成一定的冲击，增加系统不稳定的因素。因此，通过研发高效储能装置及其配套设备，与风电、光伏发电机组容量相匹配，支持充放电状态的迅速切换，确保并网系统的安全稳定已成为可再生能源充分利用的关键。
储能技术将在平抑、稳定风能发电或太阳能发电的输出功率和提升新能源的利用价值方面发挥重要作用。风电、光伏等可再生能源发电设备的输出功率会随环境因素变化，储能装置可以及时地进行能量的储存和释放，保证供电的持续性和可靠性。在风力发电中，风速的变化会使原动机输出机械功率发生变化，从而使发电机输出功率产生波动而使电能质量下降。应用储能装置是改善发电机输出电压和频率质量的有效途径，同时增加了分布式发电机组与电网并网运行时的可靠性。分布式发电系统可以与电网连接，实现向电网的馈电，并可以提供削峰、紧急功率支持等服务。而一些可再生能源分布式发电系统，受环境因素的影响较大，因此无法制订特定的发电规划。
针对变速风电机组设计了附加频率控制环节进行研究，分别通过对转子和风轮机的附加控制，使得DFIG对系统的一次调频有所贡献。针对这些控制方案将降低风电机组效率的缺陷，采用飞轮储能系统辅助风电机组运行，通过对飞轮储能系统的充放电控制，实现平滑风电输出功率、参与电网频率控制的双重目标，并通过仿真验证了方案的可行性。
六、结束语
加强对风电储能技术的研究，可以使风电储能更加完善，使风能发电更加实用，是非常具有现实意义的研究。
参考文献
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促进风电发展的技术解决方案
【摘要】随着经济的快速增长，风电发展的技术也在不断的改善，给人们的生活带来了许多方便，但是,随着技术的发展,在风电发展这方面发现了许多的问题需要解决,本文就从促进风电发展的技术解决方案这方面来研究研究。
【关键词】风电发展;技术解决方案
中图分类号：X703文献标识码： A
一、前言
促进风电发展的技术解决方案是我国面临的一个重大的课题,在我国社会水平的发展,科学技术也在不断的发展,所以,在以后的日子中,需要科学技术人员在促进风电发展的技术解决方案这个方向做出很大的付出。
二、影响海上风力发电技术方面的因素
1、风资源评估
风资源评估是风电场开发建设的首要步骤，是进行风场选址、机位布局、风机选型、发电量估算和经济概算的基础.在宏观分析选址上，根据当地的气象部门的统计数据，获得辽宁沿海的几个城市的气象特征分别如见表1、图1所示.
表1辽宁省部分沿海城市风资源情况
营口、盘锦、大连、锦州等地区按照风能资源上分处于风能丰富区和风能较丰富区，并且临海处于渤海湾内，风速平稳、风浪较小，从宏观风资源角度上看非常适合海上风资源的开发，若要进一步的微观选址则需要建立一整套完整的测风系统以获得准确的技术数据.
2、海床考察与基础建设
海床的条件直接关系到基础采用的形式，基础的成本目前占单机总成本的19%，并且不同情况下的使用环境、造价都是不同.对于我国海上风力发电机基础，通常采用4种基础形式：单桩基础、三脚架或多支架基础、沉降基础和浮运式基础.其使用海域范围如图2所示.
图2根据水域深度海上风力发电机基础应用范围的划分
其中的单桩基础适于浅水、滩涂，并且安装简便，但是不能移动，不适合软海床.三角架或多支架基础适合于水深30m以上的水域，其基础非常坚固，但费用昂贵，很难移动，也不适合软海床.而沉降基础适用于深度不太大的软海床海区，并且安装方便，但海床表面不平时需要进行平整处理，建造费用高.浮运式基础适合于50m以上的水深，其本质就是一艘发电船，并且只适合深海域.辽宁沿海风速平稳，海床下降平缓，海床地质相对坚硬，比较适合应用单桩基础.
三、我国风电发展应重视的问题
1、风电规划过于粗放
(1)风电项目地方建设规划与全国整体规划衔接不够。各地区在开发规划风电基地时，主要是依照当地风能资源情况制定风电的规划规模和建设时序，而很少考虑电力系统的电源结构、电网输电能力、风电消纳市场等因素。各地政府确定的风力发电规划远远大于国家总体规划，使风电项目的规划发展没有体系性和衔接性，而且“十一五”以来，我国风电发展标准多次修改，对风电产业的总体指导性作用不能很好的体现。
(2)风电项目发展与水煤等其他电源规划协调不够。由于风能资源具有间歇性、随机性和不可控等特征，因此风力发电就不可避免的具有着随机和局部反调峰的这种特性，对系统的安全运行带来许多影响。电网系统能够消纳风力发电的规模大小，主要因素在于整个系统的合理规划程度和资源的优化配置情况。国外发达国家的水油气电源比重较高、系统调峰能力充裕，而我国则恰好相反，我国的情况是富煤缺油少气，在目前的电源结构中，煤电装机容量占到全国总装机容量的75%以上。水力发电中大部分是径流式电站、在丰水期是不能够进行调峰的，而核电站目前不参与调峰，因此整个电力系统的调峰能力严重不足，导致我国大部分地区电网的风电消纳能力受到限制。
(3)风电开发与电网规划建设配套不够。我国陆地可开发利用的风能资源主要集中分布在东北、西北、华北北部这“三北”地区，技术可开发量占到全国陆地风能总量的95%以上，我国风能资源基本上与用电负荷逆向分布。在风能富裕集中的“三北”地区，电网建设规模相对较小、且用电负荷有限，风电出力很难就地消纳。这与欧美等西方发达国家“小规模、分布式，低电压、就地接入”的风电发展方式显著不同，由于我国特有的地理、气候等因素制约，我国的风电开发不可避免的具有“大规模、集中开发，远程输送”特性，这就面临着更加复杂的技术挑战。风电的大规模开发必须依托坚强、灵活的电网来实现，且电网的建设周期相对与风电项目要长，因此风电和电网的规划和建设必须相互兼顾、配套开发，不能出现脱节现象。而当前，各地的风电项目规划不参照当地的电网建设计划和进度进行，使建好的风电场无法完全、稳定的接入电网，存在不协调情况。
四、风电前景展望
1、保守模式
这种模式假设中国风电按照常规方式发展，风机质量及供应能力基本保持目前的发展水平。在该模式下，减排温室气体压力不大，且中国风电发展还存在较多的限制性因素，电网建设落后于风电建设速度，电网瓶颈问题未得到有效解决，风电产业的总体投入相对较少，使得风电产业发展一般。这样在 2020 年前后，风电发展依旧比较缓慢;之后，一些问题得到初步解决，2030年以后，风电产业开始快速发展。若以这种发展模式进行，根据我国《新型能源产业发展规划》报告预计，2020 年之前我国风电年新增装机容量将保持在 1.2 GW 左右，累计装机容量将达到150 GW;之后，年新增装机容量保持在 1 GW，并于 2030、2040 和2050 年分别实现累计装机容量 250 GW、350 GW 和 450 GW。
2、乐观模式
这种模式考虑到目前中国风电资源潜力、环境约束、社会总成本等因素，考虑到政府发展目标和产业发展水平，同时假设开发商对目前的风电市场充满信心。在该模式下，中国风电发展存在的问题将得到有效解决，如电网瓶颈问题初步消除、风电价格体制进一步完善、风电设备攻关技术取得进展等。中国风电产业各时间段发展较为均衡，风机制造业和风电市场开发保持合理的速度，电力和电量输送能力基本满足风电发展需求，电力系统具备一定的调度运行能力，中国风力资源得到较充分的开发。这种模式是一种平衡、稳健的发展模式，接近现实发展水平。若以这种发展模式进行，根据我国《新型能源产业发展规划》报告预计，2020 年我国风电累计装机容量将达到 200 GW，占世界装机容量的 20%，年发电量实现 440 TW・h，创收 2 500 亿人民币。2020 年之后，年新增装机容量保持在 1 GW，并于 2030、2040 和2050 年分别实现累计装机容量 200 GW、400 GW 和 500 GW。
3、积极模式
这种模式充分考虑了温室气体的减排压力，国家加大投资力度，积极推进技术研发能力，使得产业发展和基础研发同步提高，电网建设和区域连接得到充分解决，电力系统具备灵活的调度能力;同时国家积极推出各项风电产业激励政策，法律条款能够运行到位，有效解决了各利益主体间的关系。国家发展目标与风电发展速度达到一致，配套的风电服务业也得到新的提升和快速发展。在该模式下，风电发展呈现高速发展趋势，风机制造和市场开发保持快速发展，电网技术、电力系统技术和风电应用技术有了质的突破，风电在电力结构中的比例迅速增长。这种模式是一种超前发展模式，若以这种发展模式进行，根据我国《新型能源产业发展规划》报告预计，2020 年前，我国风电年新增装机容量保持在 1.8 GW 左右，累计装机容量将达到 230 GW，之后，年新增装机容量保持在 1.5 GW，并于 2030、2040 和 2050 年分别实现累计装机容量 380 GW、530 GW 和 680 GW。
五、政策层面的解决策略
1、加强需求侧管理，推动风电多样化利用由于目前储热技术的成本远低于储电成本，为充分利用低谷风电，丹麦大部分终端用户配备了电锅炉、热泵等电采暖设备，将低谷剩余的风电转化为热能供暖，有些还通过储热装置，变储电为储热，大大减少了低谷弃风。我国风力资源多集中在东北和西北这些冬季采暖期长、采暖负荷较大的地区，如果将风电场的建设与地区供热结合，在原有供热锅炉的供热区域或新增的供热区域，试点电采暖，对于提高风电消纳、减少煤炭消耗都具有重要意义。结合用户侧电力需求管理，推动风电多样化利用，积极探索用户侧利用低谷电能的方式，也是提高风电利用率的重要途径。
2、积极开展风电低谷电价试点
充分调动更广泛的电力需求侧资源的关键在于电价激励。国外风电大国依托其成熟的电力市场，充分发挥风电运营成本低的优势，实现了风电的充分消纳。随着我国风电规模的扩大，低谷风电弃风限电问题日益突出。我国可借鉴西班牙、丹麦的风电电价模式，遵循不打破现行上网电价体系、衔接现行风电标杆上网电价的基本原则，试点风电低谷上网电价。初步考虑，风电低谷上网电价由 2 个部分构成：一部分为政府补贴电价(即当地火电机组脱硫标杆电价与当地所属风资源区风电并网标杆电价的差价)，维持不变;另一部分为低谷电价，可根据低谷风电特定用途倒算，如采用低谷风电供电锅炉采暖的，可按不高于采用燃煤锅炉采暖成本倒算，也可采用风电边际电量成本计算。
六、结束语
综上所述，就促进风电发展的技术解决方案这方面而言，为了找到促进风电发展的技术解决方案,科学技术人员不仅在技术方面努力,还得总结以前的不足加以改正,解决存在的问题也会是一大进步。
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【摘要】风力发电作为新能源发电最为理想的选择之一，具有经济效益可观、不消耗生化燃料及控制环境污染等作用。同时，与其它发电形式相比，风力发电项目前期资金投入比重较大且后期运营成本及投资回收期结果不是特别理想，特别是其发电机频率相对特殊，对周边动植物的影响深远。本文以风力发电项目为切入点分析其经济效益及环境效益，就提出具体的合理建议进行深入探究，旨在为相关从业人员积累更多的实践经验。
【关键词】风力发电项目；经济效益；环境效益
长期以来我国处于经济高速运转的阶段，其能源需求缺口持续扩大，成为全球范围内能源消耗第一的大国，并且所有的能源资源中天然气、石油及煤炭等生物化资源消耗量相对惊人，不止大大增加企业使用成本，更可能带来环境污染问题，一定程度上制约社会经济长远发展[1]。同时，近几年来我国各个地区雾霾状况日趋严重，其问题产生原因与优质煤供应不足间存在着密切联系，造成冬季供暖及发电期间使用大量的褐煤资源，与不可再生资源相比，风力资源属于可再生资源，具有清洁无污染等鲜明特点，其环境效益相对较高，并且风力发电期间无需再额外投入其它能源，大大节约总体成本投入，取得令人满意的经济效益。鉴于此，本文针对风力发电项目经济效益及环境效益的研究具有重要的现实意义。
1. 风力发电项目的经济效益及环境效益
1.1经济效益
即便风力发电项目不存在能源成本，但是风力发电项目经济效益的影响因素与普通发电项目相似，涉及上网电价、运营成本及总投资等方面。其中，风力发电项目总投资可划分为现金成本、融资成本及固定资产投资等，一旦项目总投资过高或融资成本过高则直接影响风力发电项目的经济效益；运营成本由运行维护成本、设备折旧成本及经营成本共同组成；受风力发电项目属于国家政策奖励项目的影响，某些特殊情况下能获取国家电价层面的补贴，促使其上网电价普遍高出常规火力发电[2]。总而言之，风力发电项目经济效益优势以项目自身财务效益及推动国民经济发展为集中体现。
从财务效益角度来看，风力发电项目销售利润及销售收入等财务性指标能全面评估项目的财务债偿能力、盈利能力及发展能力。与其它类型发电项目相比，风力发电项目经济效益具备较为突出的优势，例如：以辽宁省昌图风力发电项目为例其静态投资总额超过18亿元且动态投资总额超过22亿元，该项目营业收入以电力销售为主要来源，其年发电量约为8.6亿千瓦且及年利润超过1.9亿元[3]。同时，受风力发电项目自身特殊性的影响，风力磨损的叶片及机组维修的成本支出每年不超过销售收入的20%，普遍维持于较低水平线，难以对项目收益产生深刻影响，特别是与常规火电项目相比其经济效益优势相对显著。
1.2环境效益
风力发电项目以环境效益为最为突出的优势，即不存在水体污染及空气污染。即便火力发电站污染状况不容小觑且大部分火电站增设脱硫脱硝装置，但是无法规避微小颗粒物排进大气的问题。当前我国能源结构中火力发电占据电力供应总量超过80%，特别是高污染及高耗能的煤炭发电约为30%，而煤炭燃烧期间产生大量的一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物及各种悬浮颗粒物，严重威胁周边居民生命财产安全。同时，不需要消耗能源的水力发电项目对于环境周围的影响相对深远，一旦以蓄水区累积大量淤泥则可能造成鱼类死亡，对周边自然环境造成不可预估性破坏。
2. 风力发电项目经济效益及环境效益的优化建议
2.1丰富融资渠道
在实际建设的过程中，地方政府及相关部门秉持实事求是的工作原则，以项目立项及项目融资为切入点采取多样化的融资方式，实现多元化开发项目的目标，例如：以PPP模式为例，大胆引进政府资本或私人资本共同参与风力发电场开发工作，减少各个参与方的总投资额度，促使投资要求相对严格的风力发电项目尽快落地，产生更多的经济效益。同时，科学合理的挑选风力发电项目地址做好相应的前期评估工作，全方位评价发电场的风力资源，实现年产风电量科学化预测的目标，全面排除各项风险因素，确保电力供应的稳定性及可持续性，避免影响正常生活及正常生产。
2.2重视科学防治
在实际建设的过程中，施工单位秉持可持续性发展的工作原则，结合风力发电项目的具体情况制定科学合理的施工方案及防治方案，着重强调保护生态环境，待完成施工任务后种植大批量植物，减轻风力场建设对环境的周边影响，消除施工对周边生态的破坏作用。同时，由于风力发电项目施工期间运输工具及施工器械可能产生各种噪声污染及光污染等，客观上要求施工单位尽可能选择适当的施工时间，规避施工环节对环境破坏的影响，全面评估风力发电项目对当地自然生态环境的影响，不得于珍稀动物栖息地周围架设巨型风机，并且项目运营期间配合当地动物保护部门及环境检测部门开展一系列评估工作。此外，尽可能由地方政府及相关部门出面予以风力发电项目更多的政策支持。
3. 结语
通过本文探究，认识到即便风力发电得到国家政策的大力支持及广泛推广，但是分析其经济效益及环境效益占据着极其重要的地位及作用。同时，有统计数据显示，我国风力资源相对丰富且经估算后资源总量不少于10亿千瓦。因此，地方政府及相关部门秉持具体问题具体分析的工作原则，加大对于风力资源开发的重视程度，全方位分析风力发电项目的经济效益及环境效益，对于推广风力发电项目具有不可比拟的积极作用。
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