风能与储能技术

风能与储能技术

风电是我国唯一已经被大规模开发利用的可再生能源。2010年底，我国风电装机总容量达到4473.3万千瓦，超过美国成为世界第一，风电并网容量也达到了2956万千瓦，十二五末总装机容量达到1亿千瓦。但是由于风力发电固有的间歇性和波动性，风电大规模接入电网必然会使电网的可靠性降低，从而影响电网的调度和运行方式，现阶段的情况是风电场的建设速度已经超出了电网的接受能力，出现了一些风电场弃风，因此如何让电网大规模的接受风电成为我国风电发展的关键因素。使用储能技术以抵消风电的间歇性与波动性是一种有效的方法。

一、能源发展趋势

人类的能源利用从最初的薪柴时代到后来的煤炭时代，再到现在的油气时代的演变，总量不断增长，同时能源结构也在不断变化。而每次生产力的巨大飞跃都和是能源的变迁离不开，可以说能源极大地推动了人类经济社会的发展。但是，伴随着人口的剧烈增长，而传统的化石能源是有限的，以至于现在人类经济和社会发展受能源的制约越来越明显。众所周知，我们现在消耗的，主要是地球上千万年来存储下来的化石能源，是不可再生的能源，而且正面临耗竭的危机，下图是传统化石能源开发利用的年限,由图1可以看出油气的使用年限为40-60年。

图1 BP 2011世界化石能源开采年限统计

如今谁也无法否认高油价时代已经到来，而传统化石能源给中国带来的污染问题更已让中国经济的发展蒙上了另一层阴影。中国经济如果无法摆脱高能耗高

污染的惯性，那么未来之路将充满变数。正是在这样的背景下，通过风能、生物

质能、太阳能等绿色能源来解决问题已成为中国经济发展不可避免的现实，同时

国家也在加快智能电网建设。

二、新能源发展迅速

相比与传统的化石能源，新能源具有绿色无污染的特点，所以世界各国都在

大力发展清洁的新能源技术。特别是近年来新能源的发展十分迅速。

来自《BP2011世界能源统计年鉴》的信息表明，2010年世界消费的能源强

劲增长，其中新能源较常规化石能源更是实现了大幅增长，生物燃料增长了

13.8%，，风能发电量持续强劲增长（+22.7%），而风能增长由中国和美国带动，

两者风能发电量增长总和差不多占全球增长的70%，在此带动下用于发电的可再

生能源总体增长15.5%，如下图2，这些类型的可再生能源占全球能源消费的比

例从2000年的0.6%上升至1.8%。

图2 2010年世界消费的各种能源增长率

三、风能

当前全球风电发展迅速，据资料显示，全球风电总装机自1997年至2008

年，年均增长30%，而中国同期增长更快，约50%（表1），尤其是近期，增长

更快，仅仅内蒙地区，2010年底总装机量就达到1000万千瓦。

表1 1997-2008全球和中国风电装机容量演变表（单位GW）

年份1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

全球总装机容量7.6 10.2 13.6 17.4 23.9 31.1 39.4 47.6 59.1 74.2 93.9 120.8 新装机容量 1.5 2.5 3.4 3.8 6.5 7.3 8.1 8.2 11.5 15.2 19.9 27.1

中国

总装机容量0.17 0.22 0.27 0.34 0.10 0.47 0.67 0.76 1.26 2.6 5.9 12.21 新装机容量0.11 0.06 0.04 0.08 0.06 0.07 0.19 0.20 0.50 1.34 3.30 3.6 作为风力发电行业最权威的中文媒体期刊《风能世界》杂志预测：到2020

年风能将成为世界最重要的能源力量。

我国风资源丰富，技术可开发量约为2.97亿千瓦，“十一五”期间，风电在我国经历了连续增长的高速发展期，进入规模化发展阶段。到2010年末，我国风电并网容量达到3107万千瓦，吊装容量达到4478万千瓦，超越美国成为世界上风电装机规模最大的国家。

我国风资源状况与经济发展区域呈现逆向分布的特征，50%以上的风资源集中在经济发展相对滞后的西部、北部的内蒙、新疆、甘肃、宁夏等省区，这些经济欠发达地区，电网建设相对滞后、电网规模小、网架薄弱。与国外风电采用分布式开发与集中开发相结合、分散接入的形式有所不同，我国西部风资源相对集中的特点，决定了风电以集中开发集中接入的开发建设模式，由于风电的间歇性和随机波动性，大规模风电并网对电网的安全稳定运行造成很大影响。

受风资源分布特点、控制调整间歇性风电难度大、风电资源富集地区经济发展水平和电网建设水平的影响，我国风电发展在经历了“十一五”的快速发展后，电网消纳风电的能力超过了电网稳定极限，风电上网受到了限制，尤其是在冬季供暖期间，受热电机组负荷需求增加的影响，风电限电严重，限电比例高达20%以上，风资源由于限电弃风而大量流失。

按照我国对世界的节能减排承诺，在“十二五”能源发展规划中，预计“十二五”末，我国累计并网运行风电装机容量将达到1亿千瓦，风电并网容量以平均每年1500万千瓦的开发建设速度快速发展。以内蒙古地区为例，内蒙古是我国重要的能源基地，煤炭资源、风能资源和光能资源丰富，现有总装机容量6700万千瓦，其中煤电5600万千瓦，风电1100万千瓦。十二五期间计划建设总容量1亿千瓦，其中风电3300万千瓦，届时风电比例将达到30%以上。风电快速、大规模的发展使得电网消纳风电的困难更加凸显，严重阻碍了风电的健康快速发展，也使得我国风电开发建设遇到了前所未有的发展瓶颈。

风能最大的特点是间歇性，波动性很大，下图是某地(河西走廊风能变化及储量)风能密度的日变化与月变化曲线。为了解决风电大规模开发的技术瓶颈，降低风电间歇性及波动性对电网稳定性的影响，在风电集中开发的地区建设大规模储能电站，利用储能电站的双调节功能，低谷吸纳电网多余电力储能，将风电电力转化为优质电能储存起来，减少风电弃风，在用电高峰期为电网提供快速优质的调峰电源，增强电网调峰能力。进而提高电网运行的安全稳定性和风电机组利用率，减少风电弃风和提高清洁能源发电比例，对于进一步优化能源结构、缓解国家节能减排压力将起到直接的推动作用。