垂直式重力储能系统的研究进展和关键技术

基于固体重物的重力储能技术因其不依赖水资源、选址灵活、效率高等优势,未来有望成为我国北方和西北缺水地区重要的储能技术之一,可以很好地满足大规模可再生能源电力并网对储能技术的需求。然而,由于固体重物的不可流动性和不连续性,重物启停和切换过程会对机械传动和电网系统造成冲击,是固体重力储能区别于抽水蓄能的重要特征。本文首先介绍了近年来国内外基于竖井和地面构筑物的垂直式重力储能技术的研发现状和示范工程,并进一步对垂直式重力储能系统垂直提升、水平转移和自动接驳机械传动技术,以及发电电动机和并网控制技术中存在的核心技术难题进行了分析,最后对垂直式重力储能技术未来的发展趋势进行了展望。研究表明,垂直式重力储能系统尽管技术方案较多,但在重载快速提升和转移、重物启停和切换过程控制、并网控制和能效提升等方面还存在诸多技术难题有待解决,后续通过技术提升可进一步降低系统建造成本并提高系统运行的效率和寿命,有望在近期获得一定的示范应用。

地下抽水蓄能发展综述

2060年碳中和场景下对储能需求量巨大,但是,我国常规抽水蓄能站点资源不足。针对这一问题,本文综述了美国、俄罗斯、新加坡、日本等国关于地下抽水蓄能的研究,提出基于硬岩掘进机挖掘的低成本地下抽水蓄能方案,阐述了三种不同地下抽水蓄能的发展现状,即人工挖掘地下空间的地下抽水蓄能,废弃矿井改造的地下抽水蓄能,以及其他地(海)下抽水蓄能。介绍了地下抽水蓄能的关键技术及其难点,包括地下工程建设与运营现状,以及高水头水泵水轮机技术的发展现状。最终,讨论了发展地下抽水蓄能的挑战,提出优先发展人工挖掘地下空间的地下抽水蓄能的建议,并对关键技术的发展方向提出建议。分析表明,地下抽水蓄能技术可行,经济可行,优势明显,建议我国加强对地下抽水蓄能技术的研发和推广应用。

新型电力系统惯量支撑和调频响应特性典型建模综述

大力发展以光伏、风电为主的新能源是实现“双碳目标”、解决我国能源战略安全问题以及推动生态文明建设的重要途径。新能源电源出力具有随机性、波动性、间歇性的特点,且大多为非同步机电源,不具备传统电源对电网的惯量支撑特性。随着新能源电源渗透率的逐渐增高,传统电源容量占比逐渐降低,电力系统所面临的频率暂态稳定性问题变得愈发严重。新型电力系统暂态频率响应特性主要由惯量支撑和调频特性决定,因此,对系统惯量支撑和调频的建模以及特性分析成为新型电力系统频率稳定性研究以及解决方案设计的关键。本文旨在综述新型电力系统惯量支撑和调频特性研究过程中所需的模型,总结仿真建模过程中的典型模型和关键参数,以期为同领域的研究者在新型电力系统惯量支撑和调频研究过程中提供有益的参考。

地下储能工程

本文从未来能源发展与需求出发,提出并系统地阐述了地下储能工程的概念与内涵,综述了地下抽水储能、地下压缩空气储能、地下重力储能和地下储热的研究与发展状况,进而提出了一系列综合性的地下储能工程实施方案。通过分析,说明了地下储能工程的建设对于我国清洁低碳能源转型发展的重大意义和应用前景。在此基础上,提出了实施地下储能工程重大科技项目的建议。

特高压直流中性母线过电压特性及抑制措施

直流换流站的绝缘配合设计是特高压直流输电工程的关键技术之一。直流输电系统故障和操作过程可能在直流开关场中性母线上产生过电压,该过电压会影响直流换流站的绝缘配合,并有可能引起系统故障停运。通过建立准东—皖南±1100kV特高压直流输电线路仿真模型,研究双极、单极大地回线、单极金属回线运行的各6个故障点的情况下的中性母线过电压特性,分析了直流系统中性母线过电压产生的机理,并研究加装不同参数避雷器、释能间隙、冲击电容器等多种中性母线过电压的抑制措施,定量分析不同措施的抑制效果,推荐采用释能间隙结合加装多组避雷器来抑制中性线过电压。所做工作为特高压直流换流站中性母线过电压抑制提供了参考。

重力/飞轮综合储能电机变流并网系统设计及运行特性

为平滑基于卷扬提升机的重力储能系统中多重物切换导致功率的间歇性和波动性,提出了以重力储能为主、飞轮储能为辅的综合物理储能系统设计和控制策略。首先对重力储能系统和飞轮储能系统的工作原理、控制方法以及电动/发电机和变流器等关键部件进行分析,构建了重力储能和飞轮储能电机并网系统模型;然后仿真两种储能系统在充电、待机和放电工况下,机侧和网侧的相电压、相电流等参数的变化;最后建立了综合物理储能系统的仿真模型,并开展了两种储能系统匹配运行特性的研究,设计了综合储能系统的能量管理和控制策略,并对其在不同运行工况下的运行特性进行仿真研究,验证了综合物理储能系统结构和控制策略的可行性。