Achieving enhanced energy storage performance and ultra-fast discharge time in tungsten–bronze ceramic

The rapid development of capacitors with high energy density and efficiency has been driven by advanced electronic systems and innovative pulsed power applications.In this study,we prepared Sr_(4.5−x)Ba_(x)Sm_(0.5)Zr_(0.5)Nb_(9.5)O_(30)(x=2.5,3,3.5,4,4.5)dielectric ceramics,which exhibited structural distortion due to the co-occupation of Ba^(2+),Sr^(2+),and Sm^(3+)in the A-site and the partial substitution of Nb^(5+)by Zr^(4+)in the B-site.The ordered/disordered distribution due to these distortions thus generated polar nanoregions(PNRs)and induced a relaxation ferroelectric behavior,which was verified by the high-resolution transmission electron microscopy.Through the use of the Vogel–Fulcher and Maxwell–Boltzmann equations,we found that easy inversion and small dipole sizes are crucial for achieving high energy storage density and efficiency.The Sr_(4.5−x)Ba_(x)Sm_(0.5)Zr_(0.5)Nb_(9.5)O_(30)(x=3.5)dielectric ceramic displayed a ferroelectric/paraelectric transition near room temperature.Subsequent ferroelectric testing revealed large energy storage density(Wrec=4.31 J·cm^(−3))and high efficiency(η=93.8%)at 310 kV·cm−1.Furthermore,Sr_(4.5−x)Ba_(x)Sm_(0.5)Zr_(0.5)Nb_(9.5)O_(30)(x=4.5)exhibited higher breakdown field strength due to its large resistivity and small grain size.This led to energy storage density of approximately 5.3 J·cm^(−3)at 460 kV·cm^(−1).Additionally,Sr_(4.5−x)Ba_(x)Sm_(0.5)Zr_(0.5)Nb_(9.5)O_(30)(x=3.5)demonstrated current density(CD)of approximately 713.38 A·cm^(−2)and power density(PD)of approximately 87.51 MW·cm^(−3),with ultrafast discharge time of 34 ns and excellent discharge energy density(Wdis)of approximately 2.27 J·cm^(−3).Overall,this study presents a promising approach for developing dielectric ceramic materials that hold potential for applications in innovative pulsed power components.

Mesoporous molecular sieve confined phase change materials with high absorption,enhanced thermal conductivity,and cooling energy charging/discharging capacity

The biggest challenge for organic phase change materials(PCMs)used in cold energy storage is to maintain high heat storage capacity while reducing the leakage risk of PCMs during the phase transition process.This is crucial for expanding their applications in the more demanding cold storage field.In this study,novel formstable low-temperature composite PCMs are prepared with mesoporous materials,namely SBA-15 and CMK-3(which are prepared using the template method),as supporting matrices and dodecane as the PCM.Owing to the combined effects of capillary forces within mesoporous materials and interactions among dodecane molecules,both dodecane/SBA-15 and dodecane/CMK-3 exhibit outstanding shape stability and thermal cycling stability even after 200 heating/cooling cycles.In comparison to those of dodecane/SBA-15,dodecane/CMK-3 exhibits superior cold storage performance and higher thermal conductivity.Specifically,the phase transition temperature of dodecane/CMK-3 is-8.81℃ with a latent heat of 122.4 J·g^(-1).Additionally,it has a thermal conductivity of 1.21 W·m^(-1)·K^(-1),which is 9.45 times that of dodecane alone.All these highlight its significant potential for applications in the area of cold energy storage.

Sensitivity analysis of borehole thermal energy storage: examining key factors for system optimization

Borehole thermal energy storage(BTES)systems have garnered significant attention owing to their efficacy in storing thermal energy for heating and cooling applications.Accurate modeling is paramount for ensuring the precise design and operation of BTES systems.This study conducts a sensitivity analysis of BTES modeling by employing a comparative investigation of five distinct parameters on a wedge-shaped model,with implications extendable to a cylindrical configuration.The parameters examined included two design factors(well spacing and grout thermal conductivity),two operational variables(charging and discharging rates),and one geological attribute(soil thermal conductivity).Finite element simulations were carried out for the sensitivity analysis to evaluate the round-trip efficiency,both on a per-cycle basis and cumulatively over three years of operation,serving as performance metrics.The results showed varying degrees of sensitivity across different models to changes in these parameters.In particular,the round-trip efficiency exhibited a greater sensitivity to changes in spacing and volumetric flow rate.Furthermore,this study underscores the importance of considering the impact of the soil and grout-material thermal conductivities on the BTES-system performance over time.An optimized scenario is modelled and compared with the base case,over a comparative assessment based on a 10-year simulation.The analysis revealed that,at the end of the 10-year period,the optimized BTES model achieved a cycle efficiency of 83.4%.This sensitivity analysis provides valuable insights into the merits and constraints of diverse BTES modeling methodologies,aiding in the selection of appropriate modeling tools for BTES system design and operation.

储能式有轨电车混合供电系统充放电控制策略研究

储能式有轨电车混合供电系统现有控制逻辑需进行多级处理,且传递路径复杂。对此,文章以某四模块100%低地板储能式有轨电车为例,提出了一种由列车控制和管理系统(TCMS)综合控制的混合供电系统充放电控制策略,即通过TCMS汇总各系统的状态数据,并统筹控制各系统的充放电动作,实现对不同工况下充放电的直接控制。对该充放电控制策略进行验证,结果表明,控制策略可达到预期功能效果,且通信数据量可减少88.24%,控制指令计算及传输时间可节省33.33%,提高了列车运行的时效性和经济性。

考虑氢能应用的光伏直流微电网中储能容量配置寻优方法研究

针对光伏出力的间歇性与不稳定性,使得单纯依赖蓄电池进行能量平抑和调节,难以满足微电网持续稳定运行的需求,提出考虑氢能应用的光伏直流微电网中储能容量配置寻优方法。考虑氢能在光伏直流微电网中的应用,对光伏电池、蓄电池以及电解槽—储氢罐—燃料电池建模分析。根据建模分析结果,设计功率平抑控制策略与混合储能充放电管理策略。将最大化年净利润与光伏自消纳率作为优化目标,建立储能容量配置优化模型,获得储能容量最优配置结果。实验结果表明,应用所提方法后,光伏直流微电网的功率偏移率实现了显著的降低,调峰能力得到了有效优化,并且调度后微电网的自平衡率大幅提升,表明该方法具有良好的容量配置效果。

提升光储充电站运行效率的多目标优化配置策略

光储充电站的运行效率直接影响到其经济效益及电网侧的电能质量。针对在进行容量配置时对运行效率考虑不足会导致非必要的电能损耗,文中提出一种提升光储充电站运行效率的多目标优化配置策略。通过分析光储充电站变换器与内源线路功率损耗对于运行效率的影响,提出充电站的运行效率评估指标与计算方法,并讨论光储充电站运行效率对其容量配置的影响。建立以充电站经济效益、运行效率、电网侧峰谷供电功率补偿能力最佳为优化目标的多目标容量优化配置策略。针对优化目标特性,提出一种改进二代非支配排序遗传算法得到优化策略求解方法。选取中国西南地区某典型光储充电站运营场景,通过算例验证了优化策略的有效性与优越性。

耐高温聚合物基储能电介质材料的研究进展

聚合物基电介质材料因其击穿强度高、加工性能优异和成本低廉等优点而被广泛应用于金属化薄膜电容器。目前使用最普遍的储能电介质材料为双向拉伸聚丙烯,但是其存在放电能量密度低、耐温性能差等缺陷,已经无法满足现代电力电子系统微型化和集成化的发展要求。因此提高聚合物基电介质材料的储能密度和耐高温性能是储能电介质材料领域的主要挑战。该文综述了近年来新型耐高温聚合物基电介质材料在介电储能领域中的应用进展。首先,介绍了电介质材料的充放电原理,以及决定电介质材料储能密度的关键物理参数;其次,从高玻璃化转变温度、交联作用、电荷陷阱引入及带隙调控3个方面分类介绍了聚合物基耐高温储能电介质的最新研究进展;最后,对耐高温聚合物基储能电介质的发展进行了总结与展望。

面向风电平抑的双电池单元储能系统功率分层优化控制策略

为减少风-储联合系统中,双电池单元储能系统的充放电循环次数,降低高充放电功率指令下电池单元充放电电流倍率,提出一种储能系统充放电功率分层优化控制策略。根据充放电功率指令高低,为两电池单元匹配同充同放和一充一放两种运行模式,同时优化设置两运行模式下电池荷电状态循环区间,平衡充放电电量。仿真验证表明,在风电平抑效果相同的情况下,所提策略可降低高充放电功率指令下电池单元充放电电流倍率,减少电池充放电循环次数,延长电池寿命,降低储能电池功率和容量的配置需求。

基于改进多目标粒子群算法的储能式充电桩优化运行策略

针对小区接入充电桩无序充放电加大负荷峰谷差率和用户成本的问题,提出一种储能式充电桩有序充放电优化运行策略.该优化策略在降低峰谷差率的前提下,以用户充电成本最低和充电桩收益最高为优化目标.选取典型日建立储能充电桩优化充放电调度模型,采用改进多目标粒子群优化算法进行求解,结合分时电价调整储能式充电桩的充放电功率和时间.通过优化惯性权重和学习因子并自适应改变位置分裂因子来改进多目标粒子群优化算法.实验结果表明:该算法可有效提高收敛速度,避免陷入局部最优,能更好地处理多目标问题,在求解储能调度模型中降低了典型负荷峰谷差率55%,比原有算法优化了36%,能合理分配充电桩在谷时段储存电力资源,降低用户充电费用20%~30%,提高充电桩收益,达到电网、用户和充电桩三方共赢的目的.

基于区块链的分布式储能充放电权耦合共享交易

为有效解决分布式储能利用率低、投资运营成本难以回收的问题,亟须研究面向分布式储能的交易机制。传统交易方式成本高昂、结算不及时、信任缺乏且难以确保安全性,引入区块链技术有望破解上述难题。首先,探索基于区块链的储能共享商业运营模式,研究储能所有权与使用权分离的共享交易机制,以及区块链支持下的共享交易流程、共享应用场景、价格机制、信用管理机制、结算机制与滚动交易模式,建立充电权与放电权耦合的储能共享交易优化出清模型;然后,搭建去中心化、高隐私性的区块链交易平台,利用智能合约实现储能使用权转移与充放电控制,通过交互核心交易功能,形成完整的储能共享交易与控制流程;最后,通过算例分析,分布式储能共享交易可达成交易双方共赢的局面,有助于推动储能规模化发展。

光伏微网储能系统用电峰谷差自适应控制技术

光伏微网储能系统(PMESS)用电峰谷差的增大会导致电网负荷波动增大,影响电网的稳定性。为了有效降低电网的峰谷差,提出一种光伏微网储能系统用电峰谷差自适应控制技术。通过估计光伏微网发电系统的负荷,计算光伏微网储能系统的充电功率和电量,并根据该计算结果计算光伏微网储能系统的额定容量。设置用电峰谷差自适应控制约束条件,并结合二轮迭代的方式实现光伏微网储能系统用电峰谷差自适应控制。实验结果表明,所提技术可以准确估计光伏微网发电系统负荷,并将用电峰谷差控制在200 kW左右,同时,可以有效提升光伏微网储能系统的有功功率,具有良好的实际应用效果。

基于矩阵变换器的飞轮储能模型预测控制策略

飞轮储能系统常用的背靠背变换器中间存在直流环节及电解电容,使得变换器体积庞大,而且直流环节电解电容器会带来直流电压控制、寿命和维护成本等问题。针对上述问题,采用矩阵变换器作为飞轮储能系统的控制变换器,有效地融入了矩阵变换器的优势,避免了背靠背变流器中直流环节及电解电容带来的问题。在分析储能系统工作原理的基础上,考虑到矩阵变换器电压传输比的限制,通过理论计算得出基于矩阵变换器的飞轮储能系统的运行范围。通过理论分析得到了飞轮储能系统功率与飞轮转速的关系,然后利用转速外环电流内环的双闭环控制方式实现对飞轮储能系统的控制。电流内环采用模型预测控制策略对矩阵变换器进行控制,从而实现飞轮储能系统的充放电控制。Matlab/Simulink中的仿真结果验证了运行范围分析的准确性和所提控制策略的有效性.

聚醚酰亚胺纳米复合电介质中指数分布陷阱电荷跳跃输运对储能性能的影响

目前常见聚合物电介质电容器的储能性能在高温下会急剧劣化,难以满足航空航天和能源等领域的需求.为提高介质高温储能性能,常掺杂纳米填料对电介质改性,通过改变电介质内部陷阱参数来调控电荷输运过程,但其内部陷阱的能级和密度与储能性能间的定量关系仍需进一步研究.本文构建线性聚合物纳米复合电介质中指数分布陷阱电荷跳跃输运的储能与释能模型并进行了仿真.纯聚醚酰亚胺在150℃的体积电阻率和电位移矢量-电场强度回线的仿真结果与实验符合,证明了模型的有效性.不同陷阱参数纳米复合电介质的仿真结果表明,增大总陷阱密度和最深陷阱能级,会降低载流子迁移率、电流密度和电导损耗,提升放电能量密度和充放电效率.在150℃和550 kV/mm外施场强下,1.0 eV最深陷阱能级和1×10^(27) m^(-3)总陷阱密度的纳米复合电介质放电能量密度和充放电效率分别为4.26 J/cm^(3)和98.93%,相比纯聚醚酰亚胺提升率分别为91.09%和227.58%,显著提升了高温储能性能.本研究为耐高温高储能性能电容器的研发提供了理论和模型支撑.

适应电化学储能成本特性的电力市场机制设计

高比例新能源接入场景下,如何提高电力系统灵活性成为焦点问题。电化学储能可以提高新型电力系统的灵活调节能力,但其技术特性不同于常规市场主体,需要设计相应的市场参与机制。因此,根据储能充放电深度、充放电倍率与其老化成本的关系,提出一种适应储能参与的价差投标模式。该投标模式下储能可以申报不同工作状态以及不同放电深度下的成本,从而释放储能的深度充放电能力。考虑储能调频容量与荷电状态的耦合关系,建立了储能日前电能市场和调频市场耦合的市场出清模型。算例结果表明,所提机制可以充分反映储能的市场价值,促进储能资源的优化配置,提升储能的市场收益。

考虑能量效率和SOC均衡的电池储能电站双层功率分配策略

电化学储能电站在应用于调频、调压等功率波动性工况时,存在能量效率较低、荷电状态(state of charge,SOC)不均衡等问题。该文提出考虑能量效率和SOC均衡的电池储能电站双层功率分配策略,其主要包括单元优化层和子系统优化层:单元优化层通过充电/放电优先级分区计算实际运行单元数量及其编号,建立以储能单元能耗最小为目标的优化模型,并采用遗传算法求解最优解集;子系统优化层引入基于电化学阻抗的电池能耗模型,以储能子系统能耗最低和SOC均衡为目标建立多目标优化模型,并采用非支配快速排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithms-II,NSGA-II)进行求解。通过某地区锂电池储能电站实际参数验证所提策略的有效性,结果表明,与SOC比例分配策略和单层功率分配策略相比,所提功率分配策略在降低电站能耗的同时能最大程度实现SOC均衡,保障电站双向调节能力,提高储能电站经济性。

面向并联环流最小化的垂直式矩阵型重力储能系统多机协调控制

重力储能利用高度落差对固体重物储能介质进行升降,实现储能系统的充放电。和抽水蓄能相比,由于其具有不依赖水资源、选址灵活等特点,应用前景广泛。为提高重力储能系统的充放电运行效率,研究了面向多机并联功率环流最小化的垂直式矩阵型重力储能系统多机协调控制问题。首先,基于PSCAD/EMTDC构建垂直式矩阵型重力储能系统模型,分析了其充放电特性;其次,通过对重力储能系统多机并联运行时产生的机组间功率环流机理及抑制问题进行分析,提出了基于重力储能系统双层控制架构的多个机组间协调控制方法,该控制方法可在快速满足电网侧功率充放电需求的同时,实现并联运行机组间的功率环流最小化,提高了重力储能系统的充放电运行效率,最后,仿真结果验证了上述多机协调控制策略的有效性。

面向虚拟运营商的云储能调度与结算方法

在新能源强制配储背景下,为更好发挥储能作用并尽可能实现新能源就地消纳和减少大工业用户电费支出,提出一种面向虚拟运营商的云储能构建过程。虚拟运营商是由算法实现的提供能源聚合调度和利益分配服务。根据有能源聚合需求的大工业用户的负荷、新能源和储能信息,建立削峰填谷整体收益最优的云储能调度模型,制定储能调度与结算相分离、保障储能与新能源用户基本利益、各用户收益均衡且新能源内部售价有约束的结算方法。算例分析结果表明,参与云储能的各类型用户都有可能较大幅度地降低费用总支出,但也有构建不成功的可能。

基于事件驱动的液流电池控制系统实现方式

液流电池具有充放电循环次数大、容量高及寿命长等优点,是长时大规模储能的理想选择,但是其复杂的结构对电池控制系统的要求较高,传统开发方式难以满足其多样的控制需求,因此提出精准度更高、实时性更好的基于事件驱动技术的液流电池控制系统开发方法。首先针对液流电池稳定性需求高、内部损耗大等问题,提出了主/辅助电堆协同架构,并对该架构系统进行建模分析;然后基于事件驱动技术对控制系统进行模块化设计,包括柔性充放电控制、辅助电堆参与的黑启动控制、基于卡尔曼滤波的电池荷电状态(state of charge,SOC)估计等;最后搭建半实物仿真平台,对所提架构和策略进行验证,证明了该架构和策略能提高系统的能量转换效率和稳定性。

计及分布式光伏承载力的配电网侧独立储能充放电策略

在“双碳”目标、新型电力系统加快推进下,中国分布式光伏呈现快速发展态势,在高比例分布式光伏接入地区易发生电网电压升高越限和反向潮流设备过载等问题,影响分布式光伏接入配电网承载力。充分考虑配电网侧独立储能调节作用,研究提出了提高分布式光伏接入电网承载力水平的独立储能优化配置及充放电策略。考虑了基于时序潮流和两步式迭代的配电网侧独立储能应用综合成本效益,以系统成本最小为原则,科学合理确定独立储能配置容量和充放电控制策略。选取某村低压配电网为案例,通过配电系统经济分析和优化软件(DEAP),仿真分析了所提独立储能充放电控制策略的有效性。

A Fuzzy Hierarchical Strategy for Improving Frequency Regulation of Battery Energy Storage System

Battery energy storage systems(BESSs)can provide instantaneous support for frequency regulation(FR)because of their fast response characteristics.However,purely pursuing a better FR effect calls for continually rapid cycles of BESSs,which shortens their lifetime and deteriorates the operational economy.To coordinate the lifespan savings and the FR effect,this paper presents a control strategy for the FR of BESSs based on fuzzy logic and hierarchical controllers.The fuzzy logic controller improves the effect of FR by adjusting the charging/discharging power of the BESS with a higher response speed and precision based on the area control error(ACE)signal and the change rate of ACE in a non-linear way.Hierarchical controllers effectively reduce the life loss by optimizing the depth of discharge,which ensures that the state of charge(SOC)of BESS is always in the optimal operating range,and the total FR cost is the lowest at this time.The proposed method can achieve the optimal balance between ACE reduction and operational economy of BESS.The effectiveness of the proposed strategy is verified in a two-area power system.