離網型組合蓄能風力發電系統

　　風力發電技術是目前最具市場競爭力的可再生能源發電技術之一^[1]。由于風電能的劇烈波動性和用戶需求的時變性，離網型風電系統須借助儲能裝置來緩沖并消除系統電能的供需失配，以保證系統供電的連續穩定。目前常規離網型風電系統多采用單一蓄電池儲能方式^[2]。蓄電池(BT0.8～0.9)具有充放電效率高、負荷跟隨動態特性好等優點，但其能量密度較低、自漏電率較高，不適合長期蓄能。單一蓄電池儲能方式的風電系統存在或無法連續運行、或需借助有污染的柴油機組輔助發電^[3]、或因采用瀉荷裝置而使系統效率過低、或為連續運行而使蓄電池容量過大等一系列問題 為克服常規系統的不足.可以將全部風電能通過電解水轉換為氫氣存儲，然后再通過燃料電池消耗氫氣發電^[4]。氫氣能量密度高、清潔環保、易于長期儲存，但是電解氫裝置(EL0.6～0.8)和燃料電池(FC0.4～0.7)的轉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能^[6]風電系統的電解氫裝置及燃料電池的額定功率須遠大于平均功率.不僅效率低且成本高。為減輕風電與負載的失配程度.還可采取風光互補混合發電的方式^[6-8]，然而這并不能完全消除供需失配.無法保證系統連續自治運行。

 　　本文提出一種采用水電解氫氣結合蓄電池儲能的組合蓄能離網型風力發電系統 該組合蓄能方式^[9，10]實現了單一蓄電池和氫氣儲能兩者的優勢互補，使得系統能夠實現連續穩定自治運行、零排放、無污染，且系統的效率較高、成本較低。

 　　1 組合蓄能系統

 　　1.1 系統結構

 　　該組合蓄能離網型風電系統結構如圖1所示。

　　該系統有4條能量傳輸通道：A通道將能量直接傳送到用戶，B通道將能量經蓄電池短期緩沖后送往用戶，C通道的能量傳輸路徑為風電機組→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電機組→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.系統的能量管理方式將決定系統運行的整體效率，并影響系統配置設計。

　　1.2 能量優化管理策略

 　　為了使該系統的能量利用效率最優，本文提出的優化能量管理策略為：任何時刻，風電機組發出的電力Pe將優先通過傳輸效率較高的通道送往用戶，由于η_A>η_B>η_C>η_D，故可使系統對風電能的利用效率達到最優，其具體運行規則如下：

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

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