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关于风电场工程储能技术示范与应用

摘要：风电场工程储能技术的运用显著提升了风能发电效率，对常规发电与输电进行了显著优化与改进，实现了风能资源利用的调峰调频、平滑移动，满足了可再生能源有效接入与使用的需求。本文以辽宁大唐国际瓦房店镇海100MW网源友好型风电场示范项目规划建设为例，介绍了储能技术在风电项目的发挥作用和示范的意义。

关键词：风电场工程；储能技术；全钒液流电池技术

风能是来自于大自然的一种绿色资源，我国具有丰富的风能资源，因此当前很多地区均建设了风电场，在较大程度上丰富了我国可再生能源资源。与水电、火电相比，风能资源间歇习惯与波动性较大，在风电场大规模并网运行时，对电网的稳定性提出了更高的要求，若配置储能装置，将有效提升提高故障穿越能力，促进功率平滑输出，因此储能技术的应用验证了重要的应用价值与应用空间。

1.镇海风电储能示范项目

镇海风电场安装46台风力发电机组，总装机容量为100MW。同期建设10MW/40MWh全钒液流电池储能系统，其中250kW全钒液流电池用于一机一储的示范配置，9.75MW用于35kV集中式全钒液流电池储能站。集中式储能系统采用模块化配置，主要包括集装箱式全钒液流电池组和钒液罐。2021年4月储能装置完成安装、调试，并通过国网辽宁省电力有限公司的验收。储能装置运转后，当风电场接收到限电指令时，储能电池系统采用计划发电的模式进行远程、自动控制充电。储能系统运行在跟踪限电模式，协调控制器采集风场PCC点运行功率，与EMS通讯获得限电曲线，实时控制储能系统输出，使得风场的总输出按照预先策略响应限电，同时回收弃风电量，保障风电场收益。

图1风储系统协调控制示意图

2.储能装置设计及应用

2.1风能储能系统安全设计

电堆宜采用框架式结构。电堆框架一侧应设置维护通道，其宽度不应小于1200mm。电池系统应配备相应的气体排放或处理装置，以便控制危险气体的浓度在安全范围内。排气管道末端应置于室外安全地区并标识，远离点火源和进风口。电解液储罐排气管设有防止空气回流的措施，经阻火器后排至室外，排气管管口应远离点火源和下风口。金属排气管道应设置静电接地，并在避雷保护范围之内。

排气管应有防止雨雪侵入、水汽凝集、冻结和外来异物阻塞的措施。储能电池间内的电解液储罐、电解液管道、电解液输送泵采用的材料应具有抗酸腐蚀性。储能电池系统下方应设置液体泄漏报警装置，报警信息应能及时传送至就地及远程监控系统，并与电池停机运行联锁。电解液储罐应布置在酸液流槽内。当设有电解液事故储存池时，酸液流槽容积宜按最大一组电池组正负极两罐电解液容量20%设计；当未设有电解液事故储存池时，酸液流槽容积宜按最大一组电池组正负极两罐电解液容量100%设计。电解液事故储存池容积宜按最大一组电池组正负极两罐电解液容量100%设计。

电堆、管道阀门、管道接口等处的下方宜设置接液托盘或接液盒。储能电池间的通道侧电池接线端子应安装防护设施。储能电池间室内应设置氢气检测报警装置，并应与相应的事故排风机联锁。当空气中氢气体积浓度达到1%时，发出声光报警，并启动事故排风机。储能电池间地面和酸液流槽应密实、不渗漏。电池间内有可能与泄漏电解液接触的表面应进行防酸腐蚀处理。电解液储罐的充装系数不应大于0.95，并应考虑设置防止液体溢出的措施。电解液温度宜保持在0℃-40℃范围内，否则应设置温度控制装置。储能电池间室内不应装设开关熔断器和插座等可能产生火花的电器，如因生产运行需要必须装设的，则应选择防爆型开关和插座。防爆电器的级别应符合现行国家标准《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB50058的有关规定。储能电池间应设有漏液收集装置，降低因电解液泄漏带来的危害。漏液收集装置应至少实现收集、循环利用或安全处理等功能中的一项。漏液收集装置应由耐酸腐蚀材料制成。

屋内布置的全钒液流储能电池应设置防止凝露引起事故的安全措施。屋外布置的储能系统应具备防污、防风沙、防湿热、防严寒等性能。全钒液流储能电池应实时监测充/放电量，并制定防止充电过量的措施。储能电池间内应设置下列应急器材，保护人身意外接触酸溶液的中和物质。至少1个冲洗用自来水龙头。

电解液采用混合酸溶液时，在室内下部设置相应的有毒气体报警仪和有害气体吸收装置，报警信号与事故排风机联锁。其设置位置及高度应符合现行国家标准《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》GB50493的有关规定。设置接地装置。电池系统具有可实现手动和自动控制的紧急停机装置。

2.2风电场工程储能技术直流系统

功率变流器直流侧和蓄电池组两带电导体之间电气间隙和爬电距离均应符合规定。小母线、汇流排或不同极的裸露的带电导体之间，以及裸露的带电导体与未经绝缘的不带电导体之间的电气间隙不小于12mm，爬电距离不小于20mm。

表1 直流系统电气间隙和爬电距离表

当主电路与控制电路或辅助电路的额定绝缘电压不一致时，其电气间隙和爬电距离可分别按其额定值选取。具有不同额定值主电路或控制电路导电部分之间的电气间隙与配电距离，按最高额定绝缘电压选取。直流柜宜采用加强型结构，屋内布置时防护等级不宜低于IP20，屋外布置时防护等级不宜低于IP54。布置在交流配电装置室内的直流柜防护等级应与交流配电柜一致。直流柜体应设有保护接地，接地处应有防锈措施和明显标志。直流柜底部应设置接地铜排，截面面积不应小于100mm2。直流系统应设置绝缘监察装置。当直流系统发生接地故障或绝缘水平下降到设定值时，绝缘监察装置应正确发出信号并传入远方。当检测多条支路，或多段母线时，宜配置独立的装置。

直流系统应设置保护报警装置，对下列故障应发出报警信号：直流母线过压、欠压，直流母线绝缘故障，电池组过压、欠压，电池组出口熔断器熔断或断路器脱扣，绝缘监察装置故障，监控装置故障，监控通信异常。功率变流器保护宜符合表2的规定。

表2 功率变流器保护配置

2.3风电场工程储能技术站区布置

储能电站的布置，应在符合生产流程、操作要求和使用功能的前提下，宜采用集中布置，并按照功能分区合理确定通道宽度。储能单元应设置在单独功能区内，其防火分区的设计应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016的有关规定。屋外敞开式全钒液流电池储能电站宜设置栅栏、围墙等；设置于可再生能源发电站、变电站内的全钒液流电池储能电站，其外墙可作为围护隔离墙。全钒液流电池储能电站各建（构）筑物的火灾危险类别及其耐火等级不应低于表3的规定。

表3 全钒液流储能电站建（构）筑物火灾危险类别及耐火等级表

2.4示范项目的意义

2.4.1项目示范效应

一是提高电网对风电的接纳能力，有效提高风电场实际发电小时数，提高风力资源利用效率，增加风电场收益；二是储能系统回收部分弃风电量，进一步增加风电场收益；三是参与系统调峰、调频，削峰填谷，提高可再生能源接纳能力，减少火力发电机组备用容量，提高电力系统运行经济性；四是改善了风电场高低电压穿越能力，在电力系统出现故障时可提供无功和有功，有助于电力系统稳定提高；五是在提高了风力发电的可预测性和可调度性，促进电力系统运行可靠稳定性，提高保障供电能力。

2.4.2社会示范效益

储能风电场还将带来巨大的社会效益。主要包括节煤效益和环境效益，风力发电消纳能力的提高以及旋转备用容量的减少，使得需要消耗的传统一次能源减少。在我国主要是减少了煤炭的消耗，实现了节煤降耗的作用，节煤效益明显；火力发电煤炭消耗的降低，一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫及氮氧化物排放量降低，改善了环境，降低了环境污染程度，同样也可以减少环境污染治理的投入，从而也会产生环境效益。

图2镇海风电储能示范项目反应装置图

3.结束语

风储联合的网源友好型风电场，从电网接入、地方政策、社会效益等方面均符合国家关于储能技术发展的应用。有利于节能降耗、提高电网的经济性，提升供电可靠性，为后续规模性开发此类项目发挥示范作用。

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