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风电储能技术的探讨

一、前言

近几年，随着低碳、环保生活的兴起，绿色能源越来越得到世界各国的重视，

将开发利用新能源作为能源战略的重要组成部分，风电等清洁能源得到迅猛发展。

但由于风能发出的电力具有不稳定性和不连续性，不利于大规模发展。为了

真正实现风能的大规模开发利用，就必须解决风电场的大规模电能储存与转换，

只有风电场实现了电力的稳定生产与自身的出力在一定程度上的可控调节，才能

在电力系统中获得主导地位，否则只能处于附属地位。

二、风电的储能方式

1、机械能储能

1.1、存储转动能的飞轮储能

飞轮储能是指利用电动机飞轮高速旋转，将电能转化成机械能储存起来，在

需要时再用飞轮带动发电机发电的储能方式。飞轮储能具有效率高、建设周期短、

寿命长、高储能、充放电快捷、充放电次数无数以及无污染等特点，使用于电网

调频和电能质量保障；缺点是平时待机处于高速状态，系统固有的较高自损耗特

性使其中长期储能效率偏低，并且储能容量提高困难，因此适合于放电工作在秒、

分级别的场合，比如在备用发电机组启动期间为用户提供可靠的电力。

1.2、抽水蓄能

抽水蓄能是在电力负荷低谷期将水从下池水库抽到上池水库，将电能转化为

重力势能储存起来，在电网负荷高峰期释放上池水库的水发电。

抽水蓄能的释放时间可以从几个小时到几天，综合效率在70—85%之间，主

要用于电力系统的调峰填谷、调频、调相、紧急事故备用等。抽水蓄能电站的建

设受地形制约，当电站距离用电区域较远时输电损耗较大。

1.3、压缩空气储能

压缩空气技术在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，将空气高压密封在报

废的矿井、山洞、过期油气井或新建储气井中，在电网负荷高峰期释放压缩空气

驱动汽轮发电机。压缩空气主要用于电力调峰和系统备用。

2、电磁能储能

2.1、电容器储能

超级电容器根据电化学双电层理论研制而成，可提供强大的脉冲功率，充

电时处于理论极化状态的电极表面，电荷吸引周围电解液中的异性离子，使其附

于电极表面，形成双电荷层，构成双电层电容。储能系统最大储能达到30MW。

但由于超级电容器较为昂贵，在电力系统中多用于短时间、大功率的负载平滑和

电能质量调节，如大功率直流电机的启动支持、动态电压恢复等，在电压跌落和

瞬态干扰时提高供电水平。

2.2、超导储能

超导储能系统是指利用超导体制成的线圈储存磁场能量，功率输送时无需能

源形式的转换，具有响应速度快（ms级）、转换效率高（≥96%）、比容量（1-10wh/kg）

大等优点，可以实现与电力系统的实时大容量能量交换和功率补偿。

2.3、电池储能

2.3.1、钠硫电池

钠硫电池是在300℃的高温环境下工作，它的正极活性物质是液态的硫（S）；

负极活性物质是液态金属钠（Na），中间是多孔性陶瓷隔板。钠硫电池的主要特

点是能量密度大（是铅蓄电池的3倍）、充电效率高（可达到80%）、循环寿命比

铅蓄电池长等优点，适用于大型储能系统。

2.3.2、液流电池

液流电池的活性物质可溶解分装在两大储存槽中，溶液流经液流电池，在离

子交换膜两侧的电极上分别发生还原与氧化反应。此化学反应为可逆的，因此可

达到多次充放电的能力此系统之储能容量由储存槽中的电解液容积决定，而输出

功率取决于电池的面积。由于两者可以独立设计，因此系统设计的灵活性大而且

受设置场地限制小。液流电池已有钒溴、全钒、多硫化钠/溴等多个体系，高性

能离子交换膜的出现促进了其发展。液流电池电化学极化小，能够100%深度放电。

目前，液流电池均已实现商业化运作，100kW级液流电池储能系统已步入试验

示范阶段。

2.3.3、铅酸电池

铅酸蓄电池主要特点是采用稀硫酸做电解液，用二氧化铅和绒状铅分别做为

电池的正极和负极的一种酸性蓄电池，具有成本低、技术成熟、储能容量大（已

达到MW级）等优点，主要应用于电力系统的备载容量、频率控制，不断电系统。

然而，它的缺点是储存能量密度低、可充放电次数少、制造过程中存在一定污染

等。

2.3.4、镍镉电池

镍镉电池正极板上的活性物质由氧化镍粉和石墨粉组成，石墨不参加化学反

应，其主要作用是增强导电性。负极板上的活性物质由氧化镉粉和氧化铁粉组成，

氧化铁粉的作用是使氧化镉粉有较高的扩散性，防止结块，并增加极板的容量。

电解液通常用氢氧化钾溶液。镍镉电池具有大电流放电特性、耐过充放电能力强、

维护简单、循环寿命长等优点，最早应用于手机、笔记本电脑等设备。当然，镍

镉电池的