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中间储能装置助力风力并网功率稳定的策略与实践探究

一、引言

1.1研究背景与意义

在全球积极应对气候变化、推动可持续发展的大背景下，能源结构转型已成为必然趋势。传统化石能源的大量消耗不仅带来了环境污染问题，还面临着资源枯竭的风险。据国际能源署（IEA）数据显示，过去几十年间，全球碳排放持续攀升，对生态环境造成了严重威胁。为了实现碳减排目标，各国纷纷加大对可再生能源的开发与利用力度。风能作为一种清洁、可再生的能源，具有蕴量巨大、分布广泛等优势，在全球能源结构中扮演着越来越重要的角色。

近年来，全球风电产业发展迅猛。根据全球风能理事会（GWEC）发布的《2023全球风电发展报告》，2015至2022年，全球风电累计装机容量从433GW增长至906GW，年复合增长率达到11.12%，这一增长速度远高于其他传统能源发电装机容量的增长。2022年，全球新增风电装机容量77.6GW，其中陆上风电装机68.8GW，占比88.7%；海上风电装机8.8GW，占比11.3%。海上风电凭借其风能资源丰富、不占用陆地土地资源等优势，成为未来风电发展的重要方向之一。中国作为全球能源消耗大国，在能源转型方面也积极作为，风电产业取得了显著成就。2013-2022年，中国风电行业累计装机规模持续上升，年增幅均保持在10%以上。2022年，中国风电累计装机规模达到395.57GW，同比增速为14.11%，其中陆上风电累计装机容量占比超过90%，但海上风电市场的累计装机规模增长速度远高于陆上风电市场，展现出巨大的发展潜力。

尽管风电发展态势良好，但风能的固有特性也给风电并网带来了诸多挑战。由于风速具有随机性和不可控性，导致风力发电输出功率具有较强的间歇性和波动性。当大规模风电并网时，这种不稳定的功率输出会对电网的稳定性、电能质量以及发电计划和调度产生严重影响。具体表现为，风电功率的波动会引起电网频率的波动，增加电网调频、调压、运行调度等辅助服务负担，导致电网运行成本上升。当功率波动超出电力系统调峰能力范围时，还可能导致电力系统频率越限，威胁电力系统的安全稳定运行。据相关研究表明，当电网中风电渗透率达到一定程度后，每增加10%的风电装机容量，电网的调峰难度将增加15%-20%，对电网的安全稳定运行构成极大挑战。例如，在某些风电装机比例较高的地区电网，曾多次出现因风电功率大幅波动而导致的电网频率异常波动，严重时甚至影响到部分地区的正常供电。

为了解决风电功率波动问题，提高风电并网的稳定性和可靠性，储能装置的应用成为关键。储能装置能够在风能充足时储存电能，在风电功率不足或波动时释放电能，起到平抑功率波动、调节供需平衡的作用。通过储能装置与风力发电系统的协调控制，可以有效改善风电输出特性，使注入电网的功率更加稳定，满足电网的运行要求。例如，在一些风电场配置储能装置后，风电功率波动得到了明显抑制，电网的接纳能力显著提高，有效减少了弃风现象。

然而，不同类型的储能装置具有不同的性能特点，如电池储能具有能量密度较高、充放电效率较好等优点，但存在寿命有限、成本较高等问题；超级电容储能则具有功率密度高、充放电速度快等优势，但能量密度相对较低。如何根据风储发电系统的实际需求，选择合适的储能装置，并制定有效的控制策略，以实现储能装置的优化配置和高效运行，成为亟待解决的问题。储能装置的控制策略直接影响着风储发电系统的性能和运行效率。合理的控制策略能够充分发挥储能装置的作用，最大限度地平抑风电功率波动，同时保护储能装置，延长其使用寿命，降低系统成本。

因此，研究采用中间储能装置抑制风力并网功率波动的实现方法具有重要的理论意义和实际应用价值。在理论方面，有助于丰富储能控制理论，促进电力系统、自动控制、能源存储等多学科的交叉融合；在实际应用中，能够为风电产业的可持续发展提供技术支持，推动能源结构的绿色转型，提高电力系统的安全性和可靠性，具有显著的经济和社会效益。

1.2国内外研究现状

随着风电产业的迅速发展，采用中间储能装置抑制风力并网功率波动的研究在国内外受到了广泛关注，众多学者和研究机构从储能装置类型、控制策略、应用案例等多个方面展开了深入研究。

在储能装置类型研究方面，国外起步较早，对各类储能技术的探索较为全面。美国在电池储能领域投入大量资源，特斯拉公司推出的Powerwall家用储能电池以及Megapack大型储能系统，在能量密度、循环寿命等方面取得显著进展，被应用于多个风储项目中，有效提升了风电的稳定性。欧洲则在抽水蓄能和压缩空气储能等大规模储能技术上处于领先地位。如德国的Huntorf压缩空气储能电站，自1978年投入运行以来，为电网提供了可靠的调峰、调频服务，在风储联合运行中也发挥了重要作用，证明了压