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。     

重力储能技术研究进展

储能技术主要是指电能的储存,是智能电网的重要环节。当前应用最广泛的储能系统为抽水储能,但其选址困难、对环境影响较大、对水资源依赖严重。重力储能作为一种新型的储能技术,以重物为储能媒介,原理简单且形式多样,能够充分发挥不同的地理优势进行储能。相对于传统储能技术,重力储能技术具有非常明显的优势。根据山地重力储能、悬重式重力储能、塔吊式重力储能、铁轨重力储能和重力储能式飞机等5种形式的重力储能技术,对现阶段重力储能技术的研究进展进行了综述。结合重力储能技术的原理、特点以及我国储能领域的发展方向和需求,对重力储能技术的应用前景进行了分析并提出建议。研究内容和提出的建议可以为我国重力储能技术的理论研究和发展应用提供参考。     

重力/飞轮综合储能电机变流并网系统设计及运行特性北大核心CSCD

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。     

框架式重力储能系统经济性分析

框架式重力储能系统不受地理条件的限制,便于进行规模化的扩展和应用,是实现重力储能未来大规模商业应用的一种有效方式,逐渐受到人们的重视。基于对框架式重力储能系统的结构组成分析和成本计算,对框架式重力储能系统的经济性进行了分析,得到了不同系统容量的框架式重力储能系统的投资成本和平准化储能度电成本,可为框架式重力储能系统的项目建设和运营提供参考。     

新型重力储能研究综述

随着可再生能源的不断发展,电网对各种储能技术的需求日益增长.重力储能是一种环保性和经济性均具有竞争力的物理储能,近年来受到了越来越广泛的关注.本文介绍了重力势能储能这一物理储能方式的工作原理和储能结构,详细分析了新型抽水储能、基于构筑物高度差、基于山体落差、基于地下竖井的重力储能系统及综合储能系统,介绍了国内外重力储能...     

多级回热式跨临界压缩二氧化碳储能系统热力性能分析

为解决压缩空气储能系统储能密度和效率低的问题,建立了基于地下储气室的多级回热式跨临界压缩二氧化碳储能系统(Compress Carbon Dioxide Energy storage,TC-CCES)热力学模型及■分析模型,采用二氧化碳代替空气作为存储介质,对系统进行热力学性能分析和敏感性分析。结果表明:TC-CCES的储能密度达到57.29 kW·h/m~3,是先进绝热压缩空气储能系统(Advanced adiabatic CAES,AA-CAES)的2～25倍,储能效率和■效率分别为58.41%和67.89%,均高于AA-CAES;在TC-CCES中,储能过程的压缩机级间冷却器、释能过程的膨胀再热器以及回热系统中热泵■损失较大,通过提高系统储能压力、释能压力以及降低系统低压储气室入口压力,可以提高系统的储能效率和■效率。     

基于正交设计的压缩空气储能系统效率分析

根据压缩空气储能系统的结构特性,采用正交设计和数值模拟方法对压缩空气储能系统的压缩机绝热效率、级间冷却温度、储气室最低工作压力、回热度、膨胀透平绝热效率和燃烧室效率等6个参数进行实验设计和数值模拟,并对模拟结果进行效率分析.通过对实验结果的方差进行分析,得到设计参数对系统效率的影响程度.结果表明:在压缩空气储能系统中,压缩机绝热效率、级间冷却温度、回热度、压缩机绝热效率与级间冷却温度的交互作用、级间冷却温度与回热度的交互作用以及压缩机绝热效率与膨胀透平绝热效率之间的交互作用为影响压缩空气储能系统总过程效率的显著因素;在现有技术水平下,降低压缩机级间冷却温度和提高回热度是提高压缩空气储能系统效率的最佳选择.     

耦合抽水蓄能的压缩空气储能电站概念研究

[目的]储能是发展新能源、实现碳达峰碳中和目标的基础条件,其中抽水蓄能是最主要的储能方式,但是抽水蓄能依赖地理条件,需要占用大量自然资源,优良的厂址资源十分有限。为了缓解抽水蓄能厂址资源需求与自然资源稀缺的矛盾,提出了一种耦合抽水蓄能的压缩空气储能系统,并从研究思路、概念方案和工程可行性进行分析,从而为抽水蓄能产业发展提供创新解决方案。[方法]围绕提高能量密度,以减小水库容量、降低水库高度差为突破点,运用压缩空气排水的方法,将水泵水轮机替换为压缩机和膨胀机,下库改为封闭结构的承压容器。储能时,压缩机将空气压缩至高压充入下库,并推挤下库内的水至上库。释能时,水从上库返回下库,下库内的压缩空气被推挤出,并经膨胀机释放。这可使相同条件下抽水蓄能的能量转换量提高数倍。为了论证耦合抽水蓄能的压缩空气储能电站的储能效果,设置上、下库高度差300 m,按照低性能和高性能两套设备参数,对40 MW/200 MWh的概念方案进行热力学分析和储能效率计算。[结果]结果表明:在低性能参数条件下,储能效率65.68%,在高性能参数条件下,储能效率70.81%;能量密度1.67 kWh/m³     

AA-CAES系统释能过程运行特性分析

为了研究释能过程中膨胀机运行特性对先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)系统性能的影响,提出3种膨胀机运行方式:定压运行、定滑运行和滑压运行,并建立AA-CAES系统热力学模型。使用数值计算的方法,对比3种方式的系统性能差异,并分析关键参数对采用不同方式的系统性能的影响。计算结果表明:基本运行参数相同时,膨胀机采用滑压运行时储能效率和储能密度最大;适当调整储气压比差值,可改善3种方式的系统性能;存在最佳换热器效能使得3种运行方式的储能效率最大;膨胀机效率下降系数对定滑方式的影响最大;3种方式的稳定间隔时间较接近,对流换热系数增加到一定值时,不存在稳定间隔时间。     

一种新型压缩空气储能系统的理论分析

根据中国西部干旱、缺水、高风沙和限制使用天然气的地区特点,提出了一种压缩空气储能的技术方案,并对其储能过程和发电过程进行了热力学分析,重点分析了压缩过程指数、最高储气压力和透平进气温度对系统能量转换效率的影响规律。研究结果表明:(1)系统电耗随多变指数的升高基本保持不变,能量效率都随多变指数的升高而增加,而热耗随多变指数的升高而大幅减小。(2)系统电耗和热耗都随压缩空气储能系统高压储气室内压力的变大而增加,而系统的能量效率随压缩空气储能系统高压储气室内压力变大而减小。(3)系统电耗和热耗都随高压气体透平进气温度的升高而下降,而系统的能量效率随高压气体透平进气温度的升高而升高。该研究对在中国开展和大规模推广应用压缩空气储能技术具有一定的参考价值。     

电池-超级电容器混合储能系统研究进展

储能是解决可再生能源大规模发电并网、推动新能源汽车发展、实现"碳达峰""碳中和"中长期目标的关键支撑技术.能量型储能器件与功率型储能器件组成的混合储能系统是能量管理和功率管理的高效系统,充分发挥了能量型储能的持久性和功率型储能的快速性,大幅提升了储能系统的综合性能和经济性.本文概述了能量型和功率型电化学储能技术及特点,...     

等温压缩空气储能系统液气传热特性研究

等温压缩空气储能（I CAES）无需补燃、能源利用率高且碳排放低,在大规模储能领域具有重要应用前景。在建立喷雾的I CAES系统的液气传热模型基础上,通过数值方法分析了喷雾流量对I CAES液气传热特性的影响规律。结果表明：采用喷雾方法能够有效抑制压缩和膨胀过程的温度变化、强化液气传热并实现理想I CAES过程;增大喷雾流量能够降低压缩功耗、提高膨胀做功并降低停机储气过程压损,可提高系统指示效率和储能效率。     

储能设备对孤立风力发电系统的影响

采用序贯蒙特卡罗法对含有储能设备的风/柴孤立发电系统进行充裕度评估。针对样例系统,在发电系统强迫停运率、储能设备容量以及峰值负荷取值不同的情况下,计算发电系统的充裕度指标;研究储能设备对孤立发电系统充裕度的影响,并对产生影响的原因进行分析。结果表明,加入储能设备可改善发电系统的充裕度,提高系统的供电可靠性水平,减少风力发电机组输出功率波动对系统的影响。分析方法和结果可为储能设备在风力发电系统中的应用和储能设备容量的选择等方面提供参考。     

先进压缩空气储能系统全生命周期能耗及二氧化碳排放

先进压缩空气储能系统是一种具有广泛应用前景的储能技术,对其展开全生命周期能耗及二氧化碳排放研究,对促进储能技术发展和政策制定有指导意义。本工作以10 MW先进压缩空气储能系统为研究对象,建立了压缩空气储能系统的全生命周期模型,基于实际机组、国家标准及相关文献等对生命周期各阶段进行清单分析,获得了压缩空气储能系统的全生命周期能耗、能效及二氧化碳排放,并进行了敏感性分析。研究结果表明,系统全生命周期度电能耗和度电二氧化碳排放量分别为5.653 MJ和36.73 g,净能量效率为63.68%;运行阶段的能耗和二氧化碳排放占比最大,分别为99.16%和90.49%;系统运行效率、系统寿命及发电时间都是全生命周期二氧化碳排放的重要影响因素,而全生命周期能耗对系统运行效率的敏感性较大。     

压缩空气储能系统分析及多目标优化

为解决压缩空气储能系统热力学性能与经济学性能相互制约的问题,本文同时考虑热力学性能与经济学性能对系统进行优化.首先建立了系统的热力学模型和经济学模型,研究了关键节点参数对系统性能的影响规律,在此基础上以热力学评价指标能量效率和经济性评价指标单位能量成本为目标函数对系统进行多目标优化.研究结果表明:增大膨胀比、提高透平入口温度能够提高系统效率、降低发电成本;系统最佳运行工况条件下,能量效率可达55.12％,单位能量成本为396.60$/kW.     

柱状颗粒填充床的储能性能分析

填充床储能是一种很有发展前景的热能储存技术,它具有可降低存储成本和提高太阳能热系统开发效率等优点。研究人员多采用球形的储能单元,而圆柱体在储能填充床换热中有其独特的优势,因此基于圆柱形和拉西环形两种柱状颗粒,建立了一种潜热储能填充床的三维模型,采用数值模拟的方法分别研究两种柱状颗粒组成的填充床的储能性能,分析了储能填充床的直径比对其性能的影响。研究表明,填充床直径比越大,其储能性能越好。同时研究了圆柱形储能单元高度和拉西环形储能单元孔径对储能性能的影响。结果表明,在研究范围内,由高度为3 mm的圆柱形储能单元和孔半径1.50 mm的储能单元分别组成的填充床储能速率最高。     

AA-CAES+CSP系统性能及关键参数分析

为深入分析耦合太阳能辅热的先进绝热压缩空气储能(AA-CAES+CSP)系统的运行特性,在先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)系统基础上建立相关模型,对比分析这2个系统性能,并探究关键参数对AA-CAES+CSP系统性能影响。结果表明:相比于AA-CAES系统,AA-CAES+CSP系统循环效率提高7.90%,储能密度提高4.46%;当压缩机级数N1=膨胀机级数N2=级数N时,循环效率和储能密度最高,N1与N2相差越小,系统性能越优;随着储气室对流换热系数hc的增大,循环效率先大幅度降低,后缓慢增大,储能密度则持续增大,且在hc较小时,N越大,循环效率越低,而当hc较大时则相反,储能密度则随N的增大而持续增大,但N越大,同一hc对系统性能的影响越小;循环效率随储气室最大压比的增大而减小,储能密度则相反,且在最大压比较小时,N越大,循环效率越小,储能密度越大,但当N较大时,N越大,循环效率和储能密度均越大。     

基于EBSILON的压缩二氧化碳储能系统仿真分析

基于EBSILON软件建立了100 MW/1 000 MWh两级压缩、两级膨胀二氧化碳储能系统模型,研究工质流量和膨胀机、压缩机入口温度对系统效率的影响。结果显示：储能系统模型的发电量与设计值的相对偏差为1.72%,电转电效率为65.61%。工质流量与发电量呈正相关,年泄露工质量5%,则发电量将降低3.15%。第一级膨胀机入口温度每提升2℃,发电量提升0.47 MW。第一级压缩机入口温度每提升5℃,压缩功耗平均降低1.63 MW。在资本金内部收益率为8%的前提下,项目作为用户侧储能时,峰谷电价差需达到1.46元/kWh。     

耦合LNG冷能及ORC的新型液化空气储能系统分析

本研究提出一种耦合液化天然气(liquefied natural gas,LNG)冷能及有机朗肯循环(organic ranking cycle,ORC)系统的新型液化空气储能系统。在用电低谷期,LNG和液态丙烷的冷能共同液化压缩空气,从而存储能量。在用电高峰期,液态空气释能发电,LNG的冷能则被丙烷回收。该系统将LNG连续气化释放的冷能作为辅助能源与储能系统相结合,能够灵活释能发电。另外,该系统对LNG冷能进行梯级利用(冷能依次用于液化空气、ORC和数据中心冷却),提高了能量利用率,减少了能量损失。本工作建立了耦合系统的热力学模型和经济性评估模型,利用Aspen HYSYS软件进行过程模拟、循环效率和?效率分析,针对浙江宁波LNG接收站的地区电力价格,采用净现值法对系统进行经济性评估。结果表明：该系统的循环效率为110.20%,高于近期研究成果。?效率为59.71%,比常规液化空气储能系统?效率提高约10%。该储能项目具有经济可行性,且峰时电价对系统的经济效益影响最大。该研究可为LNG冷能用于能量存储和电厂调峰的工程应用提供重要参考和依据。     

发动机怠速停止系统储能装置设计与性能仿真

由于汽车怠速时燃油消耗高,导致车辆经济性降低,汽车怠速停止系统通过自动关闭发动机来节省燃油,提高车辆燃油经济性。提出了汽车怠速停止的概念,在介绍汽车怠速停止系统的结构组成与工作原理基础上,对系统使用电池的情况进行了分析,设计了适合汽车怠速停止系统的复合储能装置,并对储能装置的荷电状态、电容和DC/DC转换器进行了参数设计。对改装后某一车型,利用硬件在环仿真试验系统,在ECE15+EUDC城市循环工况下,进行仿真试验。试验结果表明,设计的储能装置的能量回收率较高,对系统电流能够进行有效控制,降低了对电池的冲击,提高了系统使用寿命,能够较好地适用于城市工况。