如何合理配置储能系统容量以应对风电场发电不稳定性？

充分利用风能，以最大限度地发挥设备的效能、减少传统能源的消耗成为风电厂建成后的首要目标。但是风速的变化对于风电场的出力影响很大。而电网必须连续、安全、可靠、稳定地向用户提供电压、频率合格的优质电力。要达到保证系统安全稳定运行且最大化利用风能这个目标，可以运用储能装置。目前，大容量储能技术已不存在技术瓶颈，只是储能成本过高。

1.风电场的传统输出策略

目前有两种解决并网风电场输出功率不稳定的策略。一种是风力发电机始终以最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）方式运行，当负荷较轻（如夜间）时，储存部分电能，当负荷重且遇到弱风时，将储能设备中的电能用于补偿。由于电网负荷的波动特性往往并不与风电功率的波动特性一致。这种方法仍存在如何合理选取储能容量大小的问题。如果夜间风速特别强，就需要很大的储能容量，否则将会引起风能浪费，于是很容易出现储能容量不够而造成的夜间风能浪费和白天储能不足的情况。另一种办法是采用降额发电，即在正常情况下，风电场不按照最大功率点跟踪的方式运行，而是按照最大功率的一定百分比进行发电。当风力上升或下降时，相应地降低或提升发电能力，以减缓发电量的随机波动。但是这种方法直接影响了风能利用的效率，降低了运营利润，并且存在调节能力有限的问题。

2.风电场储能系统的优化配置计算步骤

可以按以下步骤来设计风电场储能容量：

1）统计风电场输出曲线；

2）确定需要风电场稳定输出的功率P；

3）计算风场出力大于P时的差额发电量S；

4）计算风场出力小于P时的差额发电量S'；

5）比较S和S'的大小，即可确定配置储能装置的合理容量。

3.实例计算

根据附表6中风电场数据得出的风电场出力曲线如图5-22所示：

图5-22 某风电场日有功出力曲线

由图5-22可以看出，该装机容量为103MW风电场的出力具有如下特点：

①风电场出力的变化非常明显，最大出力达93.9MW，而最小出力仅0.9MW；

②风电场出力的变化规律完全不同于系统负荷的变化规律。风电场夜间出力大而白天出力小，系统的负荷变化则恰恰相反。

为了更好的获取收益，下面对上述风电场确定其配置储能系统的合理容量。(www.xing528.com)

（1）确定储能容量

由图5-22及附表6可以得到，全天的发电量为662950kW·h，该风电场的全天平均出力为27.623MW。

为了保证能提高风机的利用率，根据风机的平均出力确定风机的稳定出力P为27MW。

（2）计算风电场全天超过稳定出力的差额发电量S

由所确定的风电场稳定出力P，可以计算全天超出该出力的发电量为

其中，集合p1表示风场出力超过稳定出力P的所有风场出力集合。

根据附表6中的数据可以算出S=253975kW·h。

（3）计算风电场全天低于稳定出力的发电量缺额S'

由所确定的风电场稳定出力P，可以计算全天低于该出力的发电量缺额为

其中，集合p2表示风场出力低于稳定出力P的所有风场出力集合。

根据附表6中的数据可以算出S=239025kW·h。

（4）确定储能系统合理的配置容量

根据上面的计算结果，可以看出S>S'，即需要储存的电能在风电场出力高峰的时候能够完全提供。考虑到充放电效率以及为其他原因的影响留一定的裕量，则配置储能系统的合理容量为

S_ec=S'/75%=318 700kW·h （5-39）

由此可以看出，风电场配置的储能系统的容量，如按常见的8h放电，平均放电功率为S_ec/8=39.84MW，约为风场装机容量的40%。