摘要:抽水蓄能(PHES)是解决间歇性可再生能源、支撑电网稳定发电的储能系统之一,全球约95%的储能系统装机容量由抽水蓄能系统贡献。本研究采用生命周期评估(LCA)方法分析抽水蓄能系统建设和运营阶段的环境影响,以抽水蓄能系统向电网输送1MWh电能为功能单位。研究结果表明:抽水蓄能系统的电力结构和充放电造成的电量损耗是主要的环境负担贡献者,贡献了总环境排放的80%~99%。建设阶段的环境影响主要源于混凝土、钢筋和水泥的使用。未来随着电网结构中可再生能源占比的提高,抽水蓄能系统造成的环境影响将相应减小。
抽水蓄能系统有两个蓄水池,其中一个蓄水池高于另一个蓄水池。传统上,当电力需求旺盛时,就会使用抽水蓄能系统。然而,随着我们转向间歇性可再生能源发电(如陆上和海上风电)比例更高的电力系统,抽水蓄能系统将在风力发电量超过需求时“储存”风力发电量,并在风力发电量无法满足需求时使用这些电力满足需求方面发挥重要作用。
水电、抽水蓄能与可再生能源混合能源系统已成为现代电力系统发展的新课题方向,实现不同能源容量的合理、高效配置至关重要,但现有研究与混合能源系统进一步发展的要求之间仍然存在差距。本文重点研究风电、光伏、水电、抽水蓄能电力系统的最优容量配置,推导了风电、光伏、水电、抽水蓄能电力系统最优容量配置的双层规划模型。为了对抽水蓄能电站的运行模式进行建模,引入了两个 0-1 变量。为了处理由两个 0-1 变量引起的非线性、非凸的下层规划问题,建议将 0-1 变量视为一些不确定参数。另外,通过将 0-1 变量视为一些不确定参数,最终引入两阶段稳健优化问题,将原始双层规划问题分解为主问题和子问题。然后应用 Karush-Kuhn-Tucker (KKT) 条件来简化和线性化主问题中的最小-最大问题和非线性项。这使得主问题和子问题都被表述为混合整数线性规划 (MILP) 问题。通过利用强大的列和约束生成 (C&CG) 算法,两阶段稳健优化模型被分解为依次解决主问题和子问题的迭代过程。这种方法消除了混合能源系统现有双层规划问题中常用的复杂优化算法的需要。最后,通过案例研究的数值结果验证了所提出模型的有效性和优势。
本出版物是联合研究中心 (JRC) 的一份技术报告,该中心是欧盟委员会的科学和知识服务机构。它旨在为欧洲政策制定过程提供基于证据的科学支持。本出版物的内容不一定反映欧盟委员会的立场或意见。欧盟委员会或代表委员会行事的任何人均不对本出版物的使用负责。有关本出版物中使用的数据的方法和质量的信息,这些数据的来源既不是欧盟统计局也不是其他委员会服务机构,用户应联系引用的来源。地图上使用的名称和材料的呈现并不意味着欧盟对任何国家、领土、城市或地区或其当局的法律地位,或对其边界或边界的划定发表任何意见。
面对日益增加的间歇性能源,地下抽水蓄能系统 (UPSP) 的使用满足了日益增长的能源储存需求。同时,采矿活动的关闭也使得广阔的地下空间有可能被用于其他用途。本文探讨了将废弃矿井(特别是煤矿)重新用作 UPSP 下部储层的可能性。将废弃矿井用作下部储层所面临的挑战是多方面的。最大的挑战来自于对矿井现状的了解有限,这是由于采矿后的过程造成的,例如风化、溶解、水化、浸出、膨胀、松弛、下沉、沿断层蠕变、气体迁移和沉淀,以及支撑元件的腐蚀和劣化。本研究记录并讨论了 UPSP 背景下与周期性抽水和排放相关的各种过程,包括水力排放过程、周期性载荷、干湿过程以及疲劳和热应力。这些过程对下部储层的安全性、生产力和稳定性有重大影响。为了应对这些挑战,本文提出了不同的数值解,以理解和缓解废弃矿井中的周期性过程。最后,本文探讨了将矿井重新用作下部储层的经济可行性,并研究了所需的条件,包括良好的岩体特性、降低的土地征用成本、永久抽水的必要性,以及在进行新挖掘的情况下,挖掘岩石作为收入来源的潜在收入。这项研究有助于理解将废弃矿井用于 UPSP,强调了将煤矿用作下部储层所面临的挑战,并提出了几个防止安全和生产力问题的主要过程。
2.1 最佳水库位置 抽水蓄能容量取决于两个基本因素:1) 储存量和 2) 上、下水库之间的水头差。这两个因素共同决定了在特定地点可以储存的能量。因此,在不受约束的环境中,上、下水库的最佳位置至少取决于一个参数,即上、下水库之间的水头与长度之比(平均坡度)。然而,实际上,符合“最佳”条件的地点是一个多维问题,其中包括储存能量、储存量、管道长度、大坝高度、大坝体积等因素,简而言之,地点“最佳”或“最佳”的定义取决于地形以及抽水蓄能系统的功能和用途。地形优化问题可以用数学表示为
与其他走廊方案相比,Halys Central(方案 A)走廊被选为 4 公里宽走廊方案,对社会、环境和经济目标的总体影响最小。然后,根据同一组目标,在选定的 4 公里宽走廊内确定了一条 1 公里宽的推荐走廊。有关 4 公里宽走廊分析和 1 公里宽推荐走廊确定的更多信息,请参阅 Powerlink 的 Borumba 抽水蓄能项目 - 拟议的 Halys 输电走廊草案走廊选择报告(可在线访问 powerlink.com.au/borumbatransmission )。完整文档的摘要也可在此网页上找到。
泵送的水力能源存储将在未来几年内通过为电力生产和供应链中的每个链接增加价值而成为电力系统的基本要素。这些系统的增长对于改善可再生能源的整合并避免依赖化石燃料来源(例如天然气或石油)至关重要。本文介绍了与可逆的泵浦涡轮单元集成的网格连接光伏和风力发电厂的最佳小时管理模型的建模和应用,以最大程度地利用能量系统的每月运营利润并满足电力需求。技术经济调度模型被提出为混合成员优化问题。为了评估所提出的模型,它应用于西班牙案例研究系统,并获得了整整一年的结果。与没有存储的系统相比,可再生能源和泵送水力储能的组合通过将能源成本降低27%来降低能量依赖性,以满足所需的电力需求。调查结果证实,存储在能源过渡中起关键作用,以确保具有更高可再生能源生成份额的电力系统的安全性和稳定性。
向低碳电力系统的过渡需要具有成本效益的能源存储解决方案。本研究首次对大陆规模的微型抽水蓄能进行了评估,并建议使用农业水库(农场水坝)来大幅降低建设成本。澳大利亚大陆是国际上其他干旱和温带地区的代表性案例研究。通过对澳大利亚 170 万座农场水坝的新调查,我们确定了 30,295 个有前景的抽水蓄能站点,这些站点的水坝与水坝和水坝与河流水库的配置方式相同。平均每个站点附近的水库(132 米)水头高度较高(32 米),排水量较大(52 千瓦时)。然后,我们将代表性的微型抽水蓄能站点与商用锂离子电池进行了对比,以用于太阳能灌溉系统。尽管抽水蓄能的放电效率较低(68%),但由于其存储容量高,对于较大的单周期负荷(约 41 千瓦时/天),其成本降低了 30%(0.215 美元/千瓦时)。通过利用现有的农场水坝,微型抽水蓄能可能支持农业社区采用可靠的低碳电力系统。