模块化重力储能系统关键技术初探

2024年6月28日-30日2024年6月28日-30日陈艳波教授感谢重力储能团队童文煊博士、陆振纲高级工程师对此工作的贡献，特此致谢!目录I.主要研究成果“双碳”背景下电力系统的能源转型2024年1月，国家发展改革委、国家能源局《关于加强电网调峰储能和智能化调度能力建设的指导意见》指出：为支持能源转型，电力系统的可再生能源渗透率快速升高带来了电网稳定性挑战，应大力发展适应于电网调峰需要的大规模储能技术，以确保电力安全稳定供应。风光的随机性、间歇性、波动性给电力系统调控带来严峻挑战风光资源分布不均，大规模集中式开发将成风光的随机性、间歇性、波动性给电力系统调控带来严峻挑战中国的风、光资源分布中国的风、光资源分布00………·指数(全球储能需求(GW))风能资源分布风能资源分布大规模储能对新型电力系统建设至关重要光伏资源分布国家发展改革委、国家能源局《关于加快推动新型储能发展的指导意见(2021)》与《关于促进新型储能并网和调度运用的通知(2024)》指出：应大力发展安全、经济、长寿的新型储能(明确提及了重力储能),掌握核心装备制造与系统控制技术。重力储能通过“电能”与“重力势能”的相互转换，实技术大类储能形式技术类型技术大类储能形式功率型储能功率型储能固体重力储能能量型储能能量型储能储能技术热储能储能技术热储能化学能化学能功率型储能功率型储能重力储能是一种新型的大规模机械储能(能量型储能)重力储能是一种新型的大规模机械储能(能量型储能)重力储能的核心参数和技术性能重力储能的核心参数和性能指标是影响其发展的重要因素 主流储能技术核心参数对比主流储能技术性能对比图数百到数万数百数百数百数十到数万差差好好好响应时间分钟级分钟级分钟级数十秒级30-60年30-50年30-50年数千次循环35-50年0.75%/日0.1%~20%/日成熟示范应用示范应用商业应用重力储能是一种新型、富有潜力的大规模机械储能技术重力储能是一种新型、富有潜力的大规模机械储能技术目录重力储能的八种基本技术路线均得到不同程度的重力储能的八种基本技术路线均得到不同程度的研究重力储能的八种基本技术路线(集中式方案)竖井式(S-GES)山地矿车式(MM-GES)八种基本技术路线各有优缺点，适用于不同的场景，属于集中化方案八种基本技术路线各有优缺点，适用于不同的场景，属于集中化方案9/26典型的集中化重力储能系统(C-GES)P-GES_S-GES典型的模块化重力储能系统(M-GES)MGES示意图1高层2高层1高层3高层2高层1高层3高层2高层1作为一种新兴的大规模机械储能技术，重力储能仍存在以下技术瓶颈：上的依据和参考。优化设计：M-GES的离散储能介质带来的输出不稳定性是实用化的一大挑战。障碍了并网应用。生不利影响。M-GESM-GES电站有功容量规划与柔性控制的基础理论亟待研究目录IV.总结与展望补了大规模储能的应用空白对比：对比：基于提出的评价体系，对应用：考虑不同技术方案特点的不同GES技术方案进行分析选型决策树5.电压调节寿命安全性水资源?是否需要高能YLEMSGESNo量密度?率响应?eNoNo◆经济抽水蓄能◆经济抽水蓄能重力储能储能容量(MWh)重力储能在大规模储能技术中展现出显著的优越性为评估特定区域内基于自然地形的重力储能潜力提供了系统化方法，为全球范围内类似的研究提供了参考依据。力进行了分析方案的开潜力评估n的灵活性。总模耗<5取决于具体情况参考语：10%-15%功率叠加p*<1%电驱与并网系统城量块e电机系统取决于具体情况参考值：10%-15%保宠式异多烧线式异机输电网配电网HGES配钢网架构功率型储能系统机械系统大的特点流动设备启停阶段存在非线性功率变电机(电动模式)能量流物电机(发电模式)电机(电动模式)能量流物电机(发电模式)的提供毫秒级的快速功率响应力储能能(充电模式)(放电收式)电力系统(功率短块)机械能电能机植能电能解P运行充电移式P复合重力储能复合重力储能电站级控制策略研究进一步发展了一套适用于传统及复合M-GES系统的功率控制和能量管理的初步理论框架，有效克控制系统框架(OC):不同间的机组(3单科的适健补偿罩BGS单机的连址补偿策略负商功率城量管理系统照照附违实拾促模式下的丰血电站动率(红色包路线)功率民落-功率民落-连食段(桃组2)(桃组2)运行局期3延行周期4负荷功率粥粥功率自线:F:平均TCM4:格补世速运行局期2运行周期3运行商期4能量管理：基于M-GES的荷电状态数学模型，提出了一种高效的M-GES电站重物调度策略，面对电bb吨A吨ddLFeispisetuoburolflogd提出等容量配置(EC)和二倍容量配置(DR)两种基本策略。进一步基于容量配置网络的概念，得到了一种柔性可调的复合优化配置策略。一种灵活的M-GES电站复合容量规划与控制策略两种基本配置策略一种灵活的M-GES电站复合容量规划与控制策略临拟权组经济层面上，将功率系统的总成本大幅降低至原成本的20%至50%之间，具备较大的经济效益。复合区域(MUC趋千无穷大)复合配置策略在经济性和灵活性方面具有显著优势复合配置策略在经济性和灵活性方面具有显著优势主要研究成果-容量配置与规划结论：复合配置在大规模应用下具有很好的适用性。比起DR配置，混合配置不仅避免了超大型机组的需求，而且将功率波动限制在电网容量的千分之二以内(而不是DR下的至少一半),体现了复合配置在功率稳定性上的优越性。pr80Cmhd二品二复合配置下GES复合配置下GES电站的功误差10602005008001060200500800目录I