離網(wǎng)型組合蓄能風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

　　風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是目前最具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的可再生能源發(fā)電技術(shù)之一^[1]。由于風(fēng)電能的劇烈波動(dòng)性和用戶需求的時(shí)變性，離網(wǎng)型風(fēng)電系統(tǒng)須借助儲(chǔ)能裝置來(lái)緩沖并消除系統(tǒng)電能的供需失配，以保證系統(tǒng)供電的連續(xù)穩(wěn)定。目前常規(guī)離網(wǎng)型風(fēng)電系統(tǒng)多采用單一蓄電池儲(chǔ)能方式^[2]。蓄電池(BT0.8～0.9)具有充放電效率高、負(fù)荷跟隨動(dòng)態(tài)特性好等優(yōu)點(diǎn)，但其能量密度較低、自漏電率較高，不適合長(zhǎng)期蓄能。單一蓄電池儲(chǔ)能方式的風(fēng)電系統(tǒng)存在或無(wú)法連續(xù)運(yùn)行、或需借助有污染的柴油機(jī)組輔助發(fā)電^[3]、或因采用瀉荷裝置而使系統(tǒng)效率過(guò)低、或?yàn)檫B續(xù)運(yùn)行而使蓄電池容量過(guò)大等一系列問(wèn)題 為克服常規(guī)系統(tǒng)的不足.可以將全部風(fēng)電能通過(guò)電解水轉(zhuǎn)換為氫氣存儲(chǔ)，然后再通過(guò)燃料電池消耗氫氣發(fā)電^[4]。氫氣能量密度高、清潔環(huán)保、易于長(zhǎng)期儲(chǔ)存，但是電解氫裝置(EL0.6～0.8)和燃料電池(FC0.4～0.7)的轉(zhuǎn)換效率較低且單位能量成本高.不適合短期能量緩沖單一水電解氫儲(chǔ)能^[6]風(fēng)電系統(tǒng)的電解氫裝置及燃料電池的額定功率須遠(yuǎn)大于平均功率.不僅效率低且成本高。為減輕風(fēng)電與負(fù)載的失配程度.還可采取風(fēng)光互補(bǔ)混合發(fā)電的方式^[6-8]，然而這并不能完全消除供需失配.無(wú)法保證系統(tǒng)連續(xù)自治運(yùn)行。

 　　本文提出一種采用水電解氫氣結(jié)合蓄電池儲(chǔ)能的組合蓄能離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 該組合蓄能方式^[9，10]實(shí)現(xiàn)了單一蓄電池和氫氣儲(chǔ)能兩者的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，使得系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定自治運(yùn)行、零排放、無(wú)污染，且系統(tǒng)的效率較高、成本較低。

 　　1 組合蓄能系統(tǒng)

 　　1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

 　　該組合蓄能離網(wǎng)型風(fēng)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　該系統(tǒng)有4條能量傳輸通道：A通道將能量直接傳送到用戶，B通道將能量經(jīng)蓄電池短期緩沖后送往用戶，C通道的能量傳輸路徑為風(fēng)電機(jī)組→水電解氫裝置→氫氣罐→燃料電池→用戶，D通道的能量傳輸路徑為風(fēng)電機(jī)組→水電解氫裝置→氫氣罐→燃料電池→蓄電池→用戶。顯然，各通道能量傳輸效率高低依次排列為：η_A>η_B>η_C>η_D，其中η_A=ηcomη_IN，η_B=η_Aη_BT，ηc=ηcomη_DIη_ELη_FCη_D2η_IN,η_D=η_Cη_BT。由于四通道效率各不相同.系統(tǒng)的能量管理方式將決定系統(tǒng)運(yùn)行的整體效率，并影響系統(tǒng)配置設(shè)計(jì)。

　　1.2 能量?jī)?yōu)化管理策略

 　　為了使該系統(tǒng)的能量利用效率最優(yōu)，本文提出的優(yōu)化能量管理策略為：任何時(shí)刻，風(fēng)電機(jī)組發(fā)出的電力Pe將優(yōu)先通過(guò)傳輸效率較高的通道送往用戶，由于η_A>η_B>η_C>η_D，故可使系統(tǒng)對(duì)風(fēng)電能的利用效率達(dá)到最優(yōu)，其具體運(yùn)行規(guī)則如下：

 　　(1)當(dāng)供大于求時(shí)，部分Pe通過(guò)A通道滿足負(fù)荷需求，而電力盈余 ， 通過(guò)以下方式存儲(chǔ)起來(lái)：當(dāng)蓄電池蓄電狀態(tài)S_BT較低時(shí)，則△P₊通過(guò)B通道向蓄電池充電;當(dāng)SBT較高時(shí)，則△P₊通過(guò)C或D通道有水電解氫裝置轉(zhuǎn)換成氫氣。

 　　(2)當(dāng)供不應(yīng)求時(shí)，全部Pe通過(guò)A通道滿足負(fù)荷需求，而電力赤字△P_-=P_L/η_IN-Peηcon通過(guò)以下方式得以補(bǔ)充：當(dāng)SBT較高時(shí)，則△P_-通過(guò)B通道由蓄電池放電得以補(bǔ)充;當(dāng)S_BT較低時(shí)，則△P-通過(guò)C或D通道由燃料電池消耗氫氣發(fā)電提供。