基于風力發電的配電網側儲能容量優化設計

（中國電建集團江西省電力建設有限公司，江西省南昌市，330000） 劉 剛

1 儲能設備對風力發電電網系統的影響

1.1 減少電網擴容頻率

由于電力屬于特殊能源，需要隨發隨用，而電網作為輸電主要形式，就要保證電源的穩定供應，當輸電峰值超過電網輸電能力時，就要對電網進行擴容，以便滿足電力需求。實際上，由于工業生產與生活用電具有一定的明顯波動，而電力運輸則可以24小時運輸，這就導致電網擴容后存在容量使用不足的問題，加入儲能設備后，可以調節用電高峰，降低高峰期用電電網負荷，從而減輕電網擴容頻率，在現有電網容量前提下滿足用電需求。

1.2 減少風力發電電能損耗

風力發電受到氣候的影響因素較大，由于風力存在變化，這就導致風力發電輸出功率一直處于變化中，而電網則需要穩定的電源供給，如果輸電功率波動較大，會對電網負荷產生影響。采用儲能設備，可以平衡風力發電波峰與波谷。當前電網中，風力發電最小功率作為輸電的標準值，在這種情況下，高于風力發電最小功率時的電量就不得不舍棄，影響風力發電的效率，采用儲能設備，可以將多余電量儲存后進行削峰填谷，提高風力設備的最小輸電功率，提高風力設備的發電功率。

1.3 減少常規備用電容

目前，風力發電在并網后，由于發電功率一直處于變化中，因此往往需要配備一定的火電進行調峰，以確保供電的穩定性。隨著風力發電的快速增長，在發電裝機容量占比中快速上升，減少對火電的依賴勢在必行，在這種情況下，提高風力發電的穩定性就十分必要。目前，采用儲能設備是減少常規備用電容最有效的方法。該原理與抽水蓄能原理十分相似，通過儲能設備儲存電量，用來平衡風力發電中電網波動，從而提高輸電的穩定性，降低對以傳統化石能源為依賴的備用電容依賴，實現風電的自主并網發電。

2 風力發電中儲能接入方式

2.1 直流側儲能接入方式

直流側儲能接入方式，具有保證風機兩端電壓的作用，當風機運行時，直流側儲能可以保證在低壓時風機的電壓穿透能力得到提高，在運轉過程中儲存風機中的能量。一般直流側儲能采用超級電容器，配備以大容量蓄電池，保證風機運轉過程中對電網的平穩運輸。當電壓過高時，系統中儲存的能量會經過電容器進入到蓄電池中，完成充電過程，當風機電壓過低時，這時蓄電池會進行放電，將存儲的能量放出，維持風力發電電力輸出。采用直流側儲能方式，儲存的能量能夠起到削峰填谷的作用，風力發電中電力效率得到提高，對于電網的沖擊也會降低，保證及時在低電壓環境下，風機也能正常發電。

2.2 交流側儲能接入方式

風力發電往往采用風機集群的方式，采用集中連片分布，因此在儲能方式上，也可以分為集中式連接與分散式連接。由于每個風機的瞬時功率不同，在發電時產生的電壓與電流也存在差別，因此在配電網儲能接入方式上，可以將不同風機發出的電量進行集中儲能。在將所有風機設備接入后，經過集中式的連接和負荷側的分散式的連接，實現對風機發電電壓、電流調節，降低風力發電的波動，實現發電設備的穩定運行。

3 基于風力發電配電網側儲能容量優化設計策略

3.1 采用高性能電容與儲能電池

風力發電中，配電網側儲能容量要想充分發揮優化風電效果，就要根據風電系統的設計功率采用合適的電容與儲能電池。當電池容量明顯小于風機功率時，就會對儲能電池造成過充，這樣既會影響電池的使用壽命，也會造成風力發電設備電源的浪費。采用儲能電池明顯超過風機發電功率時，會造成儲能電池采購成本的上升，造成資源的浪費。需要根據風機的額定功率與瞬時最大功率，確定儲能電池的容量與電容。在儲能電池選擇上，當前除了鋰電池外，廣泛應用的磷酸鐵鋰等其他電池材料也具有競爭優勢。鋰電池充放電快，同等體積下容量高，但是采購成本較高，因此需要根據項目投資實際情況選擇儲能電池材質，還要考慮到后期的安全維護。

3.2 選擇合適的電路接入方式

優化線路接入方式，可以降低風力發電中的電網波動，提高電網的穩定性。目前，在配電網側儲能容量設計中，主要分為直流側儲能接入方式與交流側儲能接入方式。從實踐來看，直流側儲能主要適合單臺及分散式風機儲能，通過對單臺風機的儲能優化，可以保證風機運行時保持在穩定狀態，確保在低壓時風機通過儲能放電輸出穩定電流，而在高壓時，儲能裝置吸收多余電量，完成電池儲能。交流儲能接入方式適合連片風機群，對于不同分機出口的電壓、電流不同，采用交流儲能方式可以根據每個風機的電壓與電流進行調節，實現對不同電網的電壓優化，解決風機配電網側儲能容量分布問題。

3.3 儲能設備成本的優化

風力發電成本在部分地區目前已經低于熱電廠發電成本，但是受制于發電的穩定性，對于電網造成沖擊，因此影響風力發電成本因素還體現在儲能裝置成本上。以側儲能為例，其成本包括場地費用、建設成本、儲能設備成本、維護成本、設備折舊成本等。在對配電網側儲能容量優化中，成本優化是一項重要因素。在儲能成本中，占據主要成本因素的是儲能設備成本，該部分成本除了疊加到電力成本外，還可以考慮與火電企業合作，實現成本均攤。由于風力發電中，側儲能容量不僅體現在增加風力發電效率提高上，還能緩解風力發電對電網的沖擊，通過儲能設計來實現對電網的平穩供電。當前，儲能成本較高，因此在衡量其投資回報時，除了直接的經濟效益外，還要看到其對電網的間接調峰作用，特別是考慮到綠色風電的環境效益，在這種趨勢下，對于配電網側儲能容量優化才能有合理的成本優勢。

4 結語

風力發電功率具有不可預測性，特別是并入電網后，由于瞬時功率變化，會對電網穩定造成沖擊。采用側儲能方式，可以有效平抑風電波峰與波谷，使風電能夠平穩進入電網。在側儲能容量優化中，采用高性能電容與大容量電池，選擇合適的電路接入方式，可以有效提高側電網容量。此外，考慮到當前儲能電池成本較高的現狀，還應當與傳統火力發電等企業進行合作，共同投入資金建設側儲能設備，分攤資金壓力。