新型储能关键技术和商业模式

我国确定了加快建设新型电力系统和新型能源体系的战略部署,其中储能是推动新能源大规模高比例发展的关键支撑,将在推动电力系统转型发展中发挥重要作用。目前,锂离子电池、钠离子电池、超级电容、压缩空气、飞轮储能、重力储能、储热、储氢等新型储能技术不断发展,满足电网不同时间尺度应用场景的要求。高安全、大容量、低成本、长寿命储能技术是未来发展方向,其创新突破将带动全球能源格局革命性、颠覆性调整,而高效、灵活、可持续的商业模式是新型储能技术快速健康发展的核心推动力。因此,开展新型储能关键技术和商业模式研究,具有重要的科学价值与现实意义。

工程博弈论-工程优化决策中的博弈思想、原理及应用

实际工程优化决策问题中经常会面临多决策主体、多决策目标以及不确定性等复杂场景,常规的优化决策方法有较大局限性.受钱学森先生名著《工程控制论》的启发,将工程决策问题中应用博弈论基本概念、建模方法、求解算法并考虑复杂工程技术条件进行决策的理论称为“工程博弈论”.本文简要介绍了博弈论的基本理论,并阐释了工程博弈论“以均衡协调冲突”的基本思想.在此基础上分别介绍了不确定性决策问题的非合作工程博弈原理、多目标决策问题的合作工程博弈原理和多主体决策问题的演化工程博弈原理及其在能源电力系统中的部分典型工程应用.本文希望通过对相关进展的介绍可以吸引更多的研究者进入这一领域,共同完善工程博弈论的相关基础理论和方法,使之在更多的领域中得到更广泛的应用.

零碳园区研究综述及展望

园区作为国民生产、生活的重要载体,提供了大量的能源生产活动和基础服务设施,同时也成为碳排放的重要源头。园区物理界限分明,生态系统独立,运营管理权明晰,使得园区成为践行碳中和的天然试验田。首先,介绍零碳园区的典型构成,并对其净零碳能力进行分析;其次,从物理层、信息层、平台层、应用层4个层面分析零碳园区发展形态,提出园区零碳操作系统的架构;然后,对零碳园区的关键技术进行分析,从园区碳排放核算技术、园区低碳经济体系、园区低碳管控技术3个方面对零碳园区的研究现状进行总结,同时分析现有研究的不足和未来研究方向;最后,提出零碳园区研究的挑战与展望。

火电耦合压缩空气储能技术研究进展及展望

火电耦合压缩空气储能技术作为一种提升传统火电机组灵活性和经济性的有效手段,近年来受到了广泛关注。该文从分析火电耦合压缩空气储能技术在提升电网调峰能力、促进可再生能源整合等方面的重要意义出发。首先,介绍典型耦合系统的结构组成与工作原理;然后,探讨耦合系统中关键设备的技术现状和面临的挑战;之后,梳理火-储耦合系统的集成方案设计、调峰运行优化以及经济性评估的研究现状;最后,针对当前技术难点,展望未来火电耦合压缩空气储能技术的研究方向与重点。该文旨在为今后相关领域研究提供参考与借鉴,推动其持续发展和创新。

“秦化淑教授90寿诞——复杂系统控制理论及其应用”专刊 前言

在秦化淑老师90寿诞之际,我国控制界的学者们自发组织了“秦化淑教授90寿诞——复杂系统控制理论及其应用”专刊,以表达对秦老师为《控制理论与应用》做出重大贡献的深深谢意.秦化淑老师在《控制理论与应用》期刊的创建和发展中扮演了不可或缺的关键角色.1979年关肇直先生提议创建该期刊,秦化淑老师与王恩平等老师一起,积极筹划由中科院系统所和华南理工大学联合主办这一杂志,并代表关先生与华南理工大学自动化系的领导进行了深入商讨,迅速达成共识同时亲历亲为组建编委会和主持第一届编委会会议,明确了期刊的办刊宗旨和内容。

面向工程应用的先进绝热压缩空气储能模型及先进㶲分析

先进绝热压缩空气储能(advanced adiabatic compressed air energy storage system,AA-CAES)仿真建模及分析是其工程实践的基础。然而,目前模型一般基于理想工况建立,分析结果与实际工况相偏差较大,无法指导工程应用。为此,在传统热力学模型基础上,考虑了空气流动阻力损失和能量转换设备损耗等因素,建立了面向工程应用的AA-CAES模型并以200MW盐穴AA-CAES系统为例进行了分析。同时,对系统效率分析方法进行改进并对其进行了先进㶲分析。结果表明,空气管道㶲损失占总㶲损失比例接近7%,能量转换设备损耗导致电-电效率比轴功效率低5%,二者对系统性能影响较大,在进行工程设计时不可以忽略。系统各部件可避免㶲损失占比均较大,表明系统具有较大的性能提升潜力。各部件㶲损失为其内部㶲损失,与其他部件是否工作在最佳状态关系不大。

基于主从博弈的工业园区运营商与分布式光储用户购售电优化决策

随着分布式光伏大量接入园区用户侧,其随机性与波动性使得工业园区微电网下的能量管理愈发困难,储能为缓解上述问题提供了有效的手段。为实现园区用户侧新能源高效消纳及储能资源合理利用、兼顾多园区用户的利益诉求,提出一种基于主从博弈的工业园区运营商与分布式光储用户购售电优化模型。模型中利用工业园区用能运营商对多用户的能量进行统一管理,利用价格信息引导园区用户调整用电策略,利用分布式储能“低储高发”特性协调运营商与用户间的能量交互;并通过仿真算例验证所提方法的可行性和有效性。结果表明:基于主从博弈的工业园区运营商与分布式光储用户购售电优化决策,能够兼顾园区运营商和用户的经济性,促进新能源与储能的协同发展。

基于参数规划的电网侧储能容量价值评估方法

在新能源大规模接入电力系统的背景下,电网侧储能作为一种灵活资源可以支撑电力系统运行。评估储能应用价值是进行储能容量配置的必要准备工作。文中首先定义3个评估指标,体现出储能对新能源消纳、电力系统灵活性和系统调度经济性的价值;然后基于多参数混合整数线性规划理论,提出一种储能容量价值评估方法,并应用到所提评估指标中,每个评估指标都能得到以储能功率容量和能量容量为参数的分段线性函数;最后使用东北电网数据仿真验证所提模型和方法。结果显示所提方法可以解析刻画储能容量对其应用价值的影响,并将结果进行可视化展示;解析表达式中包含的灵敏度信息揭示了储能容量价值的关键瓶颈参数,并可为不同应用场景储能容量配置提供参考。

基于最优动态功率补偿的先进绝热压缩空气储能一次调频控制策略

随着大规模新能源接入电网,新型电力系统“低惯量、弱支撑”特征凸显,电网频率调节资源日益稀缺,系统频率稳定问题愈发严峻。先进绝热压缩空气储能(advanced adiabatic compressed air energy storage,AA-CAES)具有容量大、寿命长等优势而受到广泛关注,但由于其储能和释能过程涉及气-热动态耦合过程,调频特性较为复杂,调频潜力还有待挖掘。因此,首先建立AA-CAES系统全工况动态仿真模型,进而基于期望频率动态曲线设计AA-CAES系统调频传递函数,优化目标传递函数关键参数,实现AA-CAES最小动态功率补偿下满足系统频率调节需求。最后通过仿真实验,验证了所提控制策略可优化AA-CAES调频容量的同时减小系统的稳态频率偏差与频率超调量,显著改善频率响应特性,为建设电网友好型AA-CAES电站提供技术支撑。

考虑资源相关性的新能源场站群集中式共享储能优化配置

针对区域内新能源场站群联合出力场景的集中式共享储能配置规划问题,提出考虑资源相关性,即风光出力互补特性、各新能源场站出力空间相关性的新能源场站群共享储能优化配置策略。该策略首先利用Copula方法进行典型场景生成,以剖析风光资源的相关性与互补性;在此基础上,建立新能源场站群集中式共享储能的优化配置模型,以实现多主体间储能的共享与互补利用,同时尽可能利用风光资源的相关性。最后通过仿真分析验证所提方法的正确性和有效性。

一类电力系统鲁棒优化问题的博弈模型及应用实例

提出一种电力系统鲁棒优化问题的博弈模型以有效处理不确定性,该模型以系统控制变量和大自然确定的决策变量(用于表征不确定性)为博弈参与者,以最小化系统最大运行成本(或风险)为优化目标,从而形成一个min-max博弈格局。进一步总结归纳了工程博弈论的三大主要特征,将所提出的模型应用于含风电和电动汽车的电力系统经济调度,通过求解相应的min-max优化问题,得到了对风电短期不确定性具有较强鲁棒性的经济调度策略。在IEEE 9节点系统上的仿真分析验证了所提模型的正确性和方法的有效性。

基于可变流量控制的压缩空气储能安全控制策略

先进绝热压缩空气储能(advanced adiabatic compressed air energystorage,AA-CAES)能够提高新能源消纳率,是新型电力系统的关键技术。由于AA-CAES系统的压缩机采用离心式压缩机,在运行过程中存在喘振与阻塞现象,严重影响系统的安全运行。为此,该文研究AA-CAES系统压缩侧安全控制策略。首先,提出基于压缩机质量流率斜率的喘振和阻塞现象的简易判断方法,确定压缩机在给定转速下允许流过的空气质量流率的范围;然后,设计压缩子系统的防喘振和阻塞控制策略,利用可变流量法通过控制压缩机的进口导叶角度来限制压缩机空气质量流率的范围;最后,分别在启停工况和并网运行工况下进行仿真,验证了该控制策略的有效性。

基于最优潮流的停电模型及自组织临界性分析

在分析现有停电模型不足的基础上,利用自组织临界理论和最优潮流(OPF),建立了电网连锁故障和停电模拟模型。该模型包含反映电网连锁故障的快动态以及电力系统发展的慢动态2个过程。IEEE 30节点系统的仿真表明:该模型的快动态能够模拟连锁故障过程,并从微观上揭示了快动态系统的自组织临界性;此外,以系统总负荷需求和网络总传输容量比值作为特征量,可从宏观上初步揭示互联电网的自组织临界性;进一步,提升线路输送能力可以有效地防止大规模停电灾变事故的发生,降低停电风险。

基于盐穴储气的先进绝热压缩空气储能技术及应用前景

大规模压缩空气储能技术是实现电网削峰填谷,解决风电、光伏等波动性新能源并网消纳问题的有效手段。以高压容器为主的储气模式建设成本较高,限制了其装机容量和推广应用。盐穴储气具有建设成本低、占地面积小、技术成熟、密封性好、储气压力高、安全稳定等优点,可以满足大规模先进绝热压缩空气储能的储气技术需求。文章首先介绍了盐穴储气技术的特点,进一步结合江苏金坛压缩空气储能国家示范项目,阐述了基于盐穴储气的先进绝热压缩空气储能系统(salt cavern advanced adiabatic compressed air energy storage,SC-AA-CAES)的工作原理,分析了系统的关键技术问题。最后,针对未来智能电网发展趋势,探讨了盐穴压缩空气储能技术的应用前景。

先进绝热压缩空气储能技术研究进展及展望

作为一种清洁物理储能技术，先进绝热压缩空气储能（advanced adiabatic compressed air energy storage system，AA-CAES）具有优良的辅助服务特性、多能联供联储能力，可为清洁能源的高效消纳注入新活力。该文直面AA-CAES技术在智能电网和综合能源系统的应用，在分析AA-CAES电站优良的动态特性的基础上，梳理AA-CAES电站建模、能效提升、运行规划及市场运营等方面的研究现状，指出当前研究瓶颈，明确后期应用研究的重点。希望能为智能电网和综合能源系统的AA-CAES技术相关研究提供参考，指导其应用推广。

风-光-储混合电力系统的博弈论规划模型与分析

综合分析由风力发电、光伏发电和储能电池组成的混合电力系统的技术经济特性,提出一类基于博弈论的混合电力系统规划模型。该模型以风力发电、光伏发电和储能电池的投资者作为博弈参与者,选取发电/储能容量作为参与者的策略,其收益计及发电/储能电池的全寿命周期费用、售电收入、系统供电可靠性等因素。根据博弈模型中可能的联盟关系,提出了5种非合作/合作博弈规划模式,进一步论证了Nash均衡的存在性,并求得各博弈规划模式下的Nash均衡策略,即风—光—储混合电力系统容量优化配置方案。分析表明4种合作联盟博弈下的总收益均高于完全竞争的非合作博弈,且合作博弈下的联盟价值均大于0,其中风—光合作博弈是资源综合利用的最佳模式。

从复杂网络视角评述智能电网信息安全研究现状及若干展望

未来智能电网可视为信息/物理网相互依存的超大规模二元复合网络(cyber-physical power grid,CPPG),研究其安全理论特别是信息安全对全系统存活性的影响在理论和工程两方面均具有重要意义。全面论述了电网信息安全的国内外研究现状,提出将复杂网络理论加以发展并应用于CPPG的网络建模、拓扑结构特征提取、连锁故障机理分析和脆弱度评估的新思路。所提研究课题有望建立基于CPPG的二元网络复杂性理论,为未来智能电网的建设提供技术支撑,特别是对从信息安全角度防止系统灾变具有重要意义。

三代电网演化模型及特性分析

三代电网理论将电网发展历程可归纳为三个阶段——第一代小型电网、第二代大型互联电网和第三代智能电网。根据该理论文中分析了三代电网发展历程,从物理层面出发,归纳总结驱动和制约电网演化生长的主要因素,在此基础上提出一种电网演化生长模型,利用该模型成功复现了三代电网演化生长过程,初步奠定了三代电网理论的数学基础。进一步,在长时间尺度上对三代电网演化结果多项网络结构统计特性指标进行计算分析,分析结果从复杂网络层面验证了三代电网理论的正确性和前瞻性。

一种改进的OPA模型及大停电风险评估

提出了一种改进的OPA模型,该模型由内外2层循环组成,其中内循环综合考虑电网潮流、调度、自动化和继电保护等因素的影响,能够描述系统的快动态;外循环则计及电网升级、运行方式、规划等因素的作用,能够刻画电网长期慢动态行为。进一步提出利用风险价值(VaR)和条件风险价值(CVaR)估计电力系统大停电风险,可以准确描述不同运行参数下电网安全运行水平,并给出总体预防灾变措施。对东北电网的仿真分析结果证明了改进OPA模型的正确性。

压缩空气储能技术及其应用探讨

大规模储能技术是实现电网削峰填谷,解决风电、光伏等波动性新能源消纳的有效手段。首先介绍了压缩空气储能的基本原理,阐述了基于压缩热回馈的非补燃压缩空气储能的技术优势及冷热电三联供的特性,探讨了压缩空气储能的关键技术,分析了国内外压缩空气储能技术的发展及现状;最后针对未来电网和微能源网的发展趋势,探讨了压缩空气储能技术的应用前景。