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。
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。
摘要:随着可再生能源渗透率的提高,混合可再生能源系统与抽水蓄能相结合变得越来越受欢迎。这种配置在通常不与大陆电网相连的偏远地区更为繁荣,这些地区的能源独立挑战加剧。本研究侧重于从建立可再生能源最佳组合的角度设计此类系统,利用可再生能源的互补性和协同作用,结合抽水蓄能的多功能性。然而,这种设计具有相当大的复杂性,一方面是要满足多个目标和约束,另一方面是内在的不确定性,这些不确定性涵盖了所有底层过程,即外部和内部。在这方面,我们利用希腊爱琴海锡夫诺斯岛提出的混合可再生能源系统布局,在确定性和最终随机性设置中开发和评估综合模拟优化方案,揭示不确定性保护下的设计问题。具体来说,我们考虑了三个主要的不确定因素,即风速(自然过程)、能源需求(人为过程)和风能到电能的转换(内部过程,以概率功率曲线表示)。我们还强调了有关系统关键设计参数(水库规模和太阳能发电量)的决策程序,这是通过彻底解释不确定性感知优化结果来实现的。最后,由于拟议的抽水蓄能项目使用海洋作为下水库,因此需要解决额外的技术挑战。
美国是世界上抽水蓄能发电量第二大的国家,共有 43 座电厂,总装机容量为 21.9 吉瓦,估计储能容量为 553 吉瓦时,其中包括世界第二大电厂——位于弗吉尼亚州巴斯县的 3 吉瓦电厂。抽水蓄能发电厂大多建于 20 世纪 70 年代和 80 年代,作为核电的补充,是美国电网的“无声主力”,也是发电系统的支柱,确保了系统的可靠性,但其服务很少得到任何重大认可。但间歇性可再生能源、风能和太阳能的快速扩张,以及天气系统日益变化,极端事件频发,使人们认识到抽水蓄能的价值,并认识到未来需要更多的蓄能。