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储能式发电机在风力发电中的应用及发展(2)

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2010/11/23 14:32:29   


  
  3、储能式发电机
  
  电动自行车的充电电池便是一种储能器。但充电电池的容量太小也太重,用在风力发电上显然不行。
  
  事实是如此大容量的储能器还不能普及,甚至还没有实用的产品可以使用,能够储能的装置,不是价格昂贵,就是体积极大。笔者曾经试图用液压蓄能器的方式解决储能问题,结果一计算,发现一个100kW·h的储能器占地要75~100m2,并且挖地15m。期间还使用了一些专门设计的液压元件。由此可见,气-液式蓄能器无法承担大容量的电力储存的问题。
  
  最近笔者尝试计算了另外一种储能装置,一台标称储能量为1MW·h的储能式发电机,算出的结果是最大时储量达到1228.9kW·h,最小为822kW·h,即可调范围为400kW·h,包括发电机在内的整个储能式发电机质量大约为80t,其中储能部分为62t,其余为发电机部分和基础辅助部分,外形尺寸大约是长3m、宽3m、高3m。对于中、小型的风力发电机,其实有100kW·h以下的储量也就够了,因为它可以大大减缓发电的波动问题,而这样的储能式发电机也就20t左右,可以安装在水平轴螺旋桨式风力机的塔架上或垂直轴风力机的机座上,取代双馈异步发电机。
  
  储能式发电机的储能量不等同于风力机的装机功率,也就是说1MW·h不等于只能匹配1MW的风力发电机,储量与功率是完全不同的两个概念。1MkW·h的储能器可以连续不断地吸收稳定输出1MW的风力发电机长达一个小时之久的发电量。400kW·h的可调范围意味着储能器在吸储风电波动部分相当于400kW的功率输出长达1h后再开始加大发电机的输出(事实上是控制在一个能够接受的缓慢波动情况下的输出,无需等到储能器达到极限储量后再释放的)。也就是说400kW·h的可调量能够持续吸收稳定输出4MW的风力发电机发出的电力达0.1h,即6min之久,如果在这6min中不断地加大发电机的发电量,那么可以不停地工作下去。也就是说标定1MW·h的储能式发电机可以与几个兆瓦的风力发电机匹配工作,并且这些风力发电机是在满负荷的情况下工作的。如果一般不可能达到满负荷工作,则更可拖带更多的装机容量。当然储能式发电机中的发电机容量能够承受得起大功率输出。由此可见,储能式发电机要比双馈异步发电机更适用于风电利用,是人们大力发展可再生能源形势下出现的创新产物。
  
  储能式发电机的连接方式可以有多种,见图2,可以一边上网一边将波动部分储存起来,积聚到一定程度以后输出(图2中上半部分)。也可以全部送到储能式发电机平缓输出(图2中下半部分)。
  
  
  
  图2储能器在风力发电系统中的用法
  
  储能式发电机的控制也远比双馈异步发电机要简单,甚至只要PLC就能控制,当然用PC会更好,因为后者可以把更多的综合因素考虑进去,虽然用PLC也能做到,但计算能力无疑是用PC更好。
  
  4、储能式发电机前途无量
  
  储能式发电机的用途远不止在风力发电上,因为这涉及电力储存,这是百年来电业界希望解决的问题。
  
  在浙江安吉,建有亚洲最大的天荒坪抽水蓄能发电站,电站总装机容量180万kW,投资近百亿元。电站建设钻透了整个一座大山,地下厂房、上、下水库落差607m,电站上水库天篁湖是一个人工建造的高水湖泊,蓄水湖面积达28万m2,是一个昼夜水位高低变幅29m多的动态湖泊,上水库蓄能能力1046万kW·h,其中日循环蓄能量866万kW·h,年发电量31.6亿kW·h。即使这样电网上的峰谷电还相差很大,因此电力部门用峰谷电差价的办法来转移人们对于电力的需求。
  
  笔者现在只做了一个1MW·h的储能装置初步计算,经过攻关,集中各方面的人力、物力、智力,有可能做到单机装机容量更大些的储能器,它们将在能源事业上大放异彩,事实上这完全可以成为一个新兴的产业,或者成为水轮机或大型发电机企业的一种新产品。可能会有这样的一天,大功率的储能器群能取代如天荒坪抽水蓄能发电站那样的储能装置(便是按照笔者上面的计算,承担天荒坪抽水蓄能发电站的功能,也只需天篁湖的一半面积就够了,这无论如何要比抽水蓄能式调峰系统节约、高效、安全、环保),来调节城市电力系统的峰谷电。毕竟将水抽到数百米的高山顶上再放下来发电,无论是技术还是效率都不能算先进或科学进步,在没有办法的情况下唯此能解决问题。
  
  电力储存也不仅是电力部门才需要,现在绿色交通呼声甚高的电动汽车,其核心技术也是储能的问题,从网络上看这个难关现在已经呼之欲出了。其实这也还是一个储能式发电机的问题。
  
  完全可以确信储能式发电机用途广阔,不仅风电事业需要它,能源事业也需要它,汽车制造也需要它,甚至企业出于经济考虑利用谷电廉价的特点用储能式发电机保存电力以便白天使用也可以用到它。用途不同的储能式发电机有不同的构造。其实呼之欲出的储能式发电机并不是在完全陌生的环境中探索,而是在一堆成熟的技术中寻找组合。双馈异步发电机是外国的知识产权,早些让储能式发电机投产则可以成为这方面我国自主的知识产权。而更重要的是这将解决风电上网最后的关卡,彻底解决风电上网的瓶颈问题。笔者认为研究的那种储能式发电机最合的是发电设备公司类的企业,如大型发电机或水力发电机、水轮机企业,因为这样的企业无需增添更新加工设备就可立即上马。笔者还认为如果把更先进的发电技术融合进去,有可能大大提高储能器的储量,扩大储能器中能量的利用率、减轻装置的质量。
  
  5、结论
  
  电力储存是一个历史性课题,但是由于技术水平等原因一直停留在蓄电池这样一个低效率、低容量、质量重的水平上,不能得到广泛而实际的应用,而现实中又必须要用到大量电力储存的问题,因此才有用抽水蓄能办法来解决峰谷电这样的实际问题。随着社会的进步,随着人们对于可再生能源的开发利用,特别是在风力发电方面,因为风电波动性大造成风电上网的瓶颈,人们开始努力寻找解决克服风电瓶颈的方法,储能器问题的提出就是在这样的形势下形成的,也是由于人类技术的进步,笔者发现应用当前的前沿技术成果,完全可以制造出一种储能式发电机。完全可以预见,储能式发电机有着无限广阔的前景,它的问世必将成为能源事业不可或缺的生力军,它不仅可以平缓风电波动的瓶颈,而且有可能取代风力发电上面的双馈异步发电机类的能量输出装置,并且可以在电力事业大显身手。而社会的需要又必定会促使其更深刻的发展,期盼着储能式发电机能在我国诞生。

来源:电力网
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