大容量电池储能技术在风电中的应用

 1.引言

电力系统是一个动态平衡系统，发输变电与配用电必须时刻保持平衡。而风能是一种间歇性能源，且风速预测存在一定的误差，因此风电场不能提供持续稳定的功率，发电稳定性和连续性较差。在传统的电力系统中，任何微小扰动引起的动态不平衡功率都会导致机组间的振荡，大容量储能系统与风电机组结合，可以有效抑制或缓解风电的波动性，减小风电对电网的影响。而只要储能装置容量足够大而且响应速度足够快，就可以实现任何情况下系统功率的完全平衡，这是一种主动致稳电力系统的思想。由于这种与储能技术相关的稳定控制装置不必和发电机的励磁系统共同作用，因此，可以方便地使用在系统中对于抑制振荡来说最有效的部位。同时，由于这种稳定控制装置所产生的控制量可直接作用于导致系统振荡的源头，对不平衡功率进行精确的补偿，可以较少甚至不考虑系统运行状态变化对控制装置控制效果的影响，因此装置的参数整定非常容易，对于系统运行状态变化的鲁棒性也非常好。

2.电池储能技术国内外发展现状

近年来，日本、美国以及欧洲等发达国家对电池储能技术投入较大，技术领先。日本在钠硫电池的研究与应用方面走在世界前列，日本碍子(NGKINSULATORS)从阿联酋阿布扎比水电局获得300MWNAS电池系统和中央监控系统的订单。2009年松下和松下电工与丹麦电力公司SEAS-NVE共同启动旨在实现智能电网的实证实验。东芝于2010年宣布接到冲绳电力2010年秋季将在宫古岛开始的"离岛微型电网系统实证试验"相关设备的订单，将构建以蓄电池平衡功率变动剧烈的可再生能源负荷的新一代电力系统。三洋电机也在其"加西绿色能源园"导入了1.5MW•h的锂离子电池，其他厂商也在积极参与电池储能项目。欧美方面，2001年，加拿大VRBPowerSystems公司在南非建造了250kW的全钒液流储能电池示范系统，实现了全钒液流储能电池的商业化运营。VRBPowerSystems公司为澳大利亚HydroTasmaniaonKingIsland公司建造的与风能发电配套的全钒液流储能电池于2003年11月完成，该系统储能容量为800kW•h，输出功率为250kW。2004年2月，VRBPowerSystems公司又为castleValley，UtahPacificCorp公司建造了输出功率250kW，储能容量2MW•h的全钒液流储能电池系统。2006年底该公司开始为爱尔兰建设迄今为止国际上最大的额定输出功率2MW(脉冲输出功率3MW)，储能容量12MW•h全钒液流储能电池系统。美国利用日本住友电气工业公司和VRBPowerSystems公司的技术，分别建立了2MW和6MW的全钒液流储能电池示范运行系统。

英国的Innogy公司2000年8月开始建造第一座商业规模的发电储能调峰演示电厂，它与一座680MW燃气轮机发电场配套，该电能存储系统储能容量为120MW•h，可满足10000户家庭一整天的用电需求。

德国EVONIK工业股份公司宣布将联合戴姆勒汽车公司等研发机构共同开发适用于风能和太阳能发电的大容量、低成本储存的锂离子电池电站，先期计划在德国西部的萨尔州建造一个功率为1MW的储能装置。在大规模电池储能装置技术方面，我国起步较晚，与国外发达国家还有较大差距，主要表现在：一是设备容量规模还较小;二是设备的寿命短、利用效率低;三是设备的智能化水平薄弱。在储能应用方面我国距国外先进水平差距也很大，国外已经有数十套储能电站投入运行，国内还没有大容量电池储能装置的示范工程投入运行。
目前，我国电池储能的应用规模还很小，但随着国家能源政策的调整和节能环保政策逐步落实，其应用规模预计也将逐步扩大。上海市电力公司已经建设包括漕溪站、前卫站、白银站三个储能示范电站，电力调度中心可以直接通过电网储能管理系统对分布于各地的储能站实施统一调度与远程监控。BYD在深圳龙岗建立了一座1MW(4MW•h)储能电站。

国家电网所属的新源控股有限公司与张家口市张北县开发建设全国第一个风光储能综合示范项目，该项目总规模为风电500MW，光电100MW，储能70MW。张北风光储项目是世界上规模最大的风光储三位一体示范工程，但是还没有进入投运，目前已经完成了一期工程方案设计，正在进行一期建设工作。

3.快速发展的风电对储能技术的要求

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。中国风能储量很大、分布面广，仅陆地上的风能储量就有约2.53亿kW。近几年来，中国的并网风电迅速发展。截至2007年底全国累计装机约600万kW。
2008年12月，中国风电装机总量已经超过1000万kW，位居世界第五，截至2011年3月中旬，我国风电累计装机容量达4450万kW，风电建设的规模居全球之首。这也意味着中国已进入可再生能源大国行列。中国风力等新能源发电行业的发展前景十分广阔，预计未来很长一段时间都将保持高速发展，同时盈利能力也将随着技术的逐渐成熟稳步提升。

在我国风电在建规模高居世界第一的同时，风电并网问题却始终制约着我国风电的健康发展。有数据显示，我国风电装机累计并网3107万kW，但仍然有近三成风电没有并网这是由于风能随机性和间歇性的特点，造成风电机组的出力频繁波动，从而风电场的出力可靠性也差，风电比重过大，会使电网的调频、调峰压力加大，以及电网长距离送电的技术要求和运行成本急剧增大。因此，风电场大规模的并网接入对电力系统的运行也带来一些新问题：

1)风电的随机性及不可控性给电力系统规划和稳定运行带来新的挑战;

2)风电功率的波动特性与电网负荷的波动特性难以一致，使电网的调峰问题更加突出，对调峰容量和响应速度都提出了更高的要求;

3)由于风速变化，风电机组容易引起电网电压和功率波动问题，以及由其带来的无功电压控制和电能质量问题。

风电具有间歇性和波动性与电力系统需要实时平衡之间矛盾，使得并网风电的波动需要通过常规电源的调节和储能系统来平衡，成为长期困扰风电并网的主要难题。而蓄水储能电站由于地理上的局限，不具有普遍的可获得性，因此，引入可普遍应用的大容量电池储能装置与风电场结合弥补风力发电的波动给电网带来的各类影响是一种合适的技术选择。通过储能系统与风电系统的协调，不仅有效减小风电对系统的冲击和影响，提高风电出力与预测的一致性，保障电源电力供应的可信度，还降低电力系统的备用容量，提高电力系统运行的经济性，同时提高电力系统接纳风电的能力。