平抑风电波动的电-氢混合储能容量优化配置

针对电-氢混合系统协同平抑接入新型电力系统的新能源波动问题,提出考虑碱性电解槽运行特性的电-氢混合储能容量优化配置方案。首先,基于经验模态分解,将原始风电功率信号分解为符合波动量限值的直接并网分量和混合储能功率任务;在综合考虑电化学储能和氢储能介质充放电功率约束和存储状态约束的基础上,制定计及碱性电解槽运行特性的混合储能能量管理策略。基于此策略,以综合成本最小为目标,建立用于平抑风电波动的电-氢混合储能容量配置模型,并通过实际数据进行计算分析。算例结果表明,所提策略下的容量配置方案,在满足平抑需求的前提下,可以有效提高系统经济性。

计及灾后恢复全过程储能应急响应能力的配电网韧性规划

储能因响应快、灵活性高的特点,已成为可再生能源发展必不可少的支撑技术,不仅具有削峰填谷、改善电能质量的作用,在灾后恢复过程中的应急响应能力同样不可忽视。提出了一种计及灾后恢复全过程储能应急响应能力的配电网韧性规划方法,构建了同时考虑网架增强和储能配置策略的配电网韧性增强双层规划模型,系统地刻画了极端灾害发生后配电网网架重构、设备抢修及复电等灾后恢复全过程的源-网-荷-储互动模式场景。最后,通过IEEE33节点系统的算例分析表明,所提方法能更充分地挖掘储能的应急响应潜力,有效提高增强性规划决策的精准度,获得更佳的投资回报。

基于斜坡和山体的重力储能技术研究进展

大力发展可再生能源并实现清洁能源变革,是实现碳达峰碳中和的重要途径,电网对各种储能技术的需求日益增长,而规模化储能技术是有效解决可再生能源并网问题的重要技术途径。抽水储能是标杆性的物理储能技术,技术成熟、应用广泛且装机容量最大,是规模化物理(重力)储能技术的典范;重力储能是最近引发广泛关注的新型物理储能技术,按照应用场景的不同分为多种技术类型。本文首先介绍了依托山体、倾斜矿井的斜坡重力储能的原理和结构,并根据应用场景和技术特点进行了分类阐述,包括依托山体斜坡的抽水储能、轨道式重力储能和缆索式重力储能等技术类型;然后回顾了不同类别依托斜坡重力储能技术的研究进展和应用情况,并阐述了每种技术类型的优势和不足;据此提出一种更为优化的斜坡重力储能技术——斜坡缆-轨式重力储能技术,不仅融合了斜坡轨道式重力储能与斜坡悬架缆车式重力储能的优点,且避免了两者的缺点;最后概述了当前斜坡重力储能技术存在的关键问题,并就其发展与推广应用进行了展望。

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。

基于多元储能的分布式能源系统优化调度方法研究

为进一步构建清洁低碳、经济节能的供能系统,研究建立了含风、光以及多元储能的分布式能源系统,针对北京某办公园区,采用DeST预测用户负荷以及当地风、光条件。以经济性、节能性和环保性三方面的综合效益最大为目标,提出一种自适应优化运行策略,分别采用穷举搜索法和遗传算法对系统优化调度方案进行优化。同时,采用以电定热运行策略作为对照,对比分析几种不同运行策略下系统的综合效益。结果表明:传统以电定热运行模式下的综合效益平均值为0.41;而在自适应优化运行策略下,使用遗传算法得到的调度方案,其综合效益平均值可达0.5,穷举搜索法得到的运行方案,其综合效益平均值可达0.51。

基于频率响应特性的储能辅助电网调频方法

新能源渗透率的提高增加了电网频率控制的复杂度,储能辅助电网调频能在一定程度上缓解该问题,但受储能运行的安全性与经济性约束,要求调频措施更具针对性。文中对此展开研究,提出一种基于频率响应特性的储能辅助电网一次调频方法。首先,在储能辅助电网调频模型基础上,选择惯性加下垂的储能辅助电网调频综合控制方法,通过电网频率变化率(rate of change of frequency,RoCoF)、频率偏差与调频需求的关联性分析,设计基于频率响应特性的调频需求分区规则;然后,根据不同调频需求对应的分区判断,对储能有功输出方式进行动态调整,以响应调频需求的不确定性,并在此基础上,针对调频需求与储能出力需求、储能出力强弱与其循环使用寿命间的矛盾关系,通过多目标优化问题的设计与求解来予以平衡;最后,仿真结果验证了所提方法能够在保证电网调频效果的基础上,有效降低储能充放电深度。

压气储能地下储气库衬砌裂缝分布特征及演化规律研究

地下储气库衬砌的主要作用是将内压传递给围岩,且同时作为柔性密封层的附着基层。高内压作用下衬砌开裂可导致密封层出现反射型裂缝,进而引起高压气体的泄漏。为深入认识地下储气库衬砌的开裂特征,开发了基于FLAC3D平台的衬砌裂缝分析程序,研究了衬砌配筋方式、配筋率、钢筋保护层厚度、围岩类别和温压循环荷载作用等因素对衬砌开裂演化特征的影响。研究成果表明:对衬砌采取合理的配筋方式和改善围岩质量的措施可有效控制衬砌裂缝的宽度;采用分区配筋的方式可有效控制圆形断面隧洞式储气库衬砌中的最大裂缝宽度,同时降低衬砌的配筋量。空气压力和温度同步变化引起的热力耦合效应还有助于减小衬砌中出现的裂缝宽度。

压缩二氧化碳储能系统膨胀机研究进展

压缩二氧化碳储能系统具有储能密度大、系统设备紧凑、运行寿命长等优点。膨胀机是储能系统的关键设备,对整个储能系统的效率和性能有直接影响。综述了各类膨胀机的研究现状;介绍了不同类型二氧化碳膨胀机的工作原理及特点;提供了可在压缩二氧化碳储能系统中应用的膨胀机类型;分析了应用于储能系统的4种膨胀机存在的问题及其解决方案;指出了二氧化碳膨胀机的研究方向,包括设计方法优化、关键部件结构优化、泄漏、密封、摩擦、润滑等,为压缩二氧化碳储能系统膨胀机的优化设计提供参考。

计及光伏和储能接入的牵引供电系统能量管理策略

近年来,为实现电气化铁路“双碳”目标,多项铁路用能优化举措投入实施并取得一定成效,然而,单靠能耗优化治标不治本。为根治电气化铁路碳排放问题,在保证系统稳定运行的基础上,基于智能电网理念,提出计及光伏和储能接入的牵引供电系统能量管理策略。首先,构建计及光伏和储能接入的牵引供电系统;然后,基于电力市场电价及新能源出力,采用日前联合调控、日内滚动调节和实时优化控制铁路用能,并通过分层分级优化,打破各“源”端相对独立、各自为政的壁垒,实现多能互补;最后,通过共享储能模式,降低储能装置闲置率并提高新能源利用率。仿真结果表明,该能量管理策略可在保障系统运行稳定和安全的基础上有效地降低系统的运行成本,同时保持良好的电能质量。

计及SOC自恢复的混合储能平抑风电功率波动控制

混合储能系统能够较好地应对复杂的风电波动,有效地提高电网的稳定性和安全性。在混合储能平抑风电功率波动的典型应用场景下,该文首先提出一种计及荷电状态(SOC)自恢复的混合储能平抑风电功率波动控制方法,在满足风电平抑需求的情况下,通过模型预测控制快速调节储能在平抑功率过程中的荷电状态,提高储能持续稳定运行能力;然后,为提高混合储能系统协调运行能力,设计了加权滑动平均(WMA)-模糊控制策略对超级电容和蓄电池功率进行动态分配;最后,结合实际风电功率数据,通过仿真验证了所提策略能有效平衡储能寿命和平抑风电波动的矛盾,能充分考虑两种储能设备的特性差异并提高功率分配的合理性。

含有氮化硼势垒层的三明治结构聚合物基复合介质储能特性研究

聚合物基高温储能介质因其较高的功率密度及优异的充放电效率被广泛应用在电气和电子等领域。该文选用不同粒径的氮化硼纳米片(BNNSs)作为填料,掺杂到聚醚酰亚胺(PEI)中构建势垒层,添加在纯PEI两侧制备拥有三明治结构的复合薄膜,探究粒径大小在不同温度/填充体积分数下对复合薄膜的介电性能及储能性能的影响。研究发现,构建BNNSs势垒层的三明治结构复合薄膜显著抑制了介质的高温电导,提高了充放电效率,且较小粒径BNNSs填充势垒层能更有效地提高击穿场强和储能密度,其中掺杂200 nm粒径BNNSs体积分数为5%的复合薄膜在常温下的储能密度可达5.65J/cm^(3),充放电效率高达96%,即使在150℃下,储能密度和充放电效率也可分别达到2.52 J/cm^(3)和95%。通过随机击穿模型阐明了粒径大小及三明治势垒层结构对击穿性能的提升机制。该文提出的含有势垒层的三明治复合结构为高温下复合薄膜储能特性优化提供了新的策略。

基于改进蝙蝠算法的多目标移动储能调度

在大规模电动汽车的随机充电等因素的影响下,电网峰谷差等问题突出。首先,计算所需多类型移动储能(电动汽车、移动储能车、氢燃料发电车)调度功率,考虑交通能耗,建立各类移动储能模型。其中,针对电动汽车交通能耗,根据电价对用户参与意愿的影响,建立相应的补贴体系。其余类型则只计及交通能耗成本。然后,建立以的配电网负荷峰谷差、新能源利用率、配电网运行成本为目标,利用超平面的概念自适应地确定不同目标函数的权重,将多目标归一化,建立三类移动储能协调调度模型。而后,使用改进蝙蝠算法求解,得到多类型移动储能协同调度的方案。其中,基本蝙蝠算法引入柯西变异逆累积分布函数等改进,得到改进蝙蝠算法,该算法有效提升优化速度、全局搜索能力。最后,在IEEE33节点系统中,进行仿真验证,结果证明了该调度方案的有效性。

光伏波动平抑下改进K-means的电池储能动态分组控制策略

针对电池储能系统(battery energy storage system,BESS)进行光伏波动平抑时寿命损耗高及荷电状态(state of charge,SOC)一致性差的问题,提出了光伏波动平抑下改进K-means的BESS动态分组控制策略。首先,采用最小最大调度方法获取光伏并网指令。其次,设计了改进侏儒猫鼬优化算法(improved dwarf mongoose optimizer,IDMO),并利用它对传统K-means聚类算法进行改进,加快了聚类速度。接着,制定了电池单元动态分组原则,并根据电池单元SOC利用改进K-means将其分为3个电池组。然后,设计了基于充放电函数的电池单元SOC一致性功率分配方法,并据此提出BESS双层功率分配策略,上层确定电池组充放电顺序及指令,下层计算电池单元充放电指令。对所提策略进行仿真验证,结果表明,所设计的IDMO具有更高的寻优精度及更快的寻优速度。所提BESS平抑光伏波动策略在有效平抑波动的同时,降低了BESS运行寿命损耗并提高了电池单元SOC的均衡性。

2023年中国储能技术研究进展

本文对2023年度中国储能技术的研究进展进行了综述。通过对基础研究、关键技术和集成示范三方面的回顾和分析,在综合分析的基础上,总结得出了中国储能技术领域的主要进展,包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、铅蓄电池、锂离子电池、液流电池、钠离子电池、超级电容器、储能新技术、集成技术和消防安全技术等。结果表明,2023年中国储能技术在基础研究、关键技术和集成示范方面均取得了重要进展,保持了全球基础研究、技术研发和集成示范最为活跃的国家地位,中国在储能领域发表SCI论文数、申请专利数、装机规模继续保持世界第一。展望2024年,中国储能技术有望继续高速发展,同时总体上需要向高质量发展转变。

飞轮储能系统的计算机处理技术研究

目前能源消费与能源发展下的环保问题是我国能源研究的核心,飞轮储能功率较高且操作技术相对直接不会造成环境污染,是一种较为先进的储能技术。本文综述了飞轮储能系统的核心结构,包括飞轮转子结构以及飞轮轴承结构;同时历数了当前较为先进的针对飞轮储能电机控制的计算机处理控制技术,以期为后续研究提供一定思路。

考虑储能充放电均衡度的风储联合调频控制策略

针对储能分组调频的充放电不均衡问题,提出一种考虑储能均衡度的风储联合一次调频控制策略。基于充放电任务分组执行的储能调频原理,建立了最佳放电深度下的储能分组调频充放电数学模型。为改善储能充放电不均衡问题,以储能均衡度构建2组储能的充放电综合下垂控制系数,并设计风储协同控制策略,在储能均衡度偏差较大时通过风机转子动能调频弥补储能功率不足,提升一次调频效果。最后以频率差偏移量及储能均衡度偏移量等作为评价指标进行仿真分析,结果表明所提风储联合调频控制策略有效改善了储能均衡度,降低了其对储能使用寿命的损害程度,同时提升了调频效果。

深部地热能系统主要挑战与耦合储能的增强型创新开发模式

中国在中低温地热能直接利用方面早已领先全球,但在深部地热能发电方面却发展缓慢。深部高温高压环境下岩石渗透性降低,深部地热能开采需要建立工程型地热系统(Engineered Geothermal System,EGS),通过水力压裂对储层进行改造,以获得具有较高渗透性的人工地热储层。由于目前常用的深部地热能储层改造技术主要借鉴油气增产领域的水力压裂工艺,在热储改造效果、地震风险控制、高效取热等方面受到限制。首先总结深部地热能水力压裂的特点为:裂缝破坏主要以剪切机理为主;冷水回灌引起的温差效应产生拉应力会促使裂缝向更远处扩展;持续的注水使注入井井筒压力高于地层压力,有助于保持裂缝处于张开状态。因此,EGS水力压裂不需要使用支撑剂,与依靠支撑剂的油气井增产压裂完全不同。同时,系统剖析EGS面临的发电产能低、注采连通差、诱发破坏性地震以及无补贴难盈利4大难题与挑战。从创新压裂和循环利用层面提出耦合储能的增强型创新开发模式(Regenerative Engineered Geothermal System,REGS),通过数值模拟研究REGS的优点。结果表明,采用水平井非等距、非等面积、非等注水量分段压裂,可以提高注水井与生产井的连通能力。通过优化压裂工艺,采用多段压裂模式,每次压裂初始期间快速提高注水速率,而后期缓慢降低注水速率,避免井筒压力的突然波动,可以达到控制诱发地震震级的目的,避免产生实质性伤害地震。结合可再生能源大规模地下存储,既能实现多能互补,又能提高REGS项目生产寿命和盈利能力。研究成果有助于为我国深部地热能热电联产和储能一体化技术的试点和标准化推广奠定基础。

混合储能聚合商参与能量-调频市场控制策略

提出了一种混合储能聚合商(hybrid energy storage aggregator,HESA)参与能量-调频市场的控制策略。首先,对于独立系统运营商(ISO)发出的调频指令信号进行VMDWVD时频域分析,重构固有模态分量(IMF)生成高频信号与低频信号,分别作为HESA中功率型储能和能量型储能的输入信号。其次,构建了计及多市场价格不确定性的HESA投标与运行策略min-max-min模型,基于列和约束生成算法(C&CG)和强对偶理论对主子问题进行迭代交替求解。最后,基于实际PJM市场的价格、调频信号等数据进行了仿真,验证了HESA主体投标运营策略的有效性。

锂离子电池储能电站的热失控状态检测与安全防控技术研究进展

锂离子电池具有能量密度大、使用寿命长、工作温度范围宽、自放电小等优点,是中国电化学储能电站的主流电池技术。然而,在加热、过充等恶劣工况下,锂离子电池易发生热失控引发火灾甚至爆炸,因此其安全问题已逐渐成为锂离子电池储能电站建设及大规模应用的首要问题。该文系统分析了锂离子储能电池热失控的诱因、电池内部反应过程及外部特征参量的变化规律,重点总结了当前主要的电池热失控状态检测技术、智能诊断算法及储能电站安全防控技术,最后对储能电站热失控状态检测及安全防控技术进行了总结和展望。

含分布式电源及储能系统的配电网最优配置研究

针对大量分布式电源与储能系统接入电网,为有效对配电网系统进行配置、实现其优化经济运行,提出了配电系统中电池储能系统和分布式发电机的最优配置方法,建立混合整数非线性规划模型并采用规划-运行分解方法进行求解。采用一种定义邻域结构的模拟退火算法,提出分解方法来求解储能系统运行状态问题,以较低计算量来保证近全局最优解。最后,在一个包含230个节点的中低压配电系统上测试了所提出的规划-运行分解方法,利用规划-运行方法进行配置。结果表明,同时接入储能系统和分布式发电并进行合适的配置,其收益较高,虽成本也有所增加,但具有长期收益。同时验证了配置方法的有效性和可行性。