储能科学与技术 ›› 2024, Vol. 13 ›› Issue (3): 924-933.doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2023.0667
张京业1,2,3(), 林玉鑫1,2,3, 邱清泉1,2,3, 肖立业1,2,3()
收稿日期:
2023-09-26
修回日期:
2023-10-03
出版日期:
2024-03-28
发布日期:
2024-03-28
通讯作者:
肖立业
E-mail:jyzhang@mail.iee.ac.cn;xiao@mail.iee.ac.cn
作者简介:
张京业(1976—),男,硕士,副研究员,主要研究方向为物理储能技术,E-mail:jyzhang@mail.iee.ac.cn;
Jingye ZHANG1,2,3(), Yuxin LIN1,2,3, Qingquan QIU1,2,3, Liye XIAO1,2,3()
Received:
2023-09-26
Revised:
2023-10-03
Online:
2024-03-28
Published:
2024-03-28
Contact:
Liye XIAO
E-mail:jyzhang@mail.iee.ac.cn;xiao@mail.iee.ac.cn
摘要:
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。
中图分类号:
张京业, 林玉鑫, 邱清泉, 肖立业. 基于斜坡和山体的重力储能技术研究进展[J]. 储能科学与技术, 2024, 13(3): 924-933.
Jingye ZHANG, Yuxin LIN, Qingquan QIU, Liye XIAO. Gravity energy storage technology based on slopes and mountains[J]. Energy Storage Science and Technology, 2024, 13(3): 924-933.
表1
基于斜坡和山体的斜坡重力储能不同技术优劣势对比"
技术模式 | 优势 | 劣势 | 转换效率 | 选址要求 | |
---|---|---|---|---|---|
抽水蓄能 | 技术成熟、容量大、应用广泛 | 选址要求高,可利用资源不足 | 70%~86% | 上下库落差200米以上,有稳定水源[ | |
斜坡轨道技术 | 单体动力驱动 | 单体载重量大、功率和容量大、运行灵活 | 重物载体造价高、山体坡度小,重物堆场占地大,功率间歇 | 78% | 坡度在17°以内的山体、矿井巷道等斜坡[ |
卷扬机驱动 | 单体载重量大、功率和容量大,重物成本较低,安全性高 | 功率间断、不连续,占地面积大 | 70%~90% | 矿井巷道、山体斜坡,坡度6°~25°[ | |
斜坡缆车式 | 可扩展性强,重物成本较低,循环运行,功率连续不间断 | 架空缆索弧垂大,单体载重小,功率低,容量小 | 70%~85% | 山体斜坡,对坡度没有限制[ |
1 | 白旭. 中国海上风电发展现状与展望[J]. 船舶工程, 2021, 43(10): 12-15. |
BAI X. Development status and prospect of offshore wind power in China[J]. Ship Engineering, 2021, 43(10): 12-15. | |
2 | 林玉鑫, 张京业. 海上风电的发展现状与前景展望[J]. 分布式能源, 2023, 8(2): 1-10. |
LIN Y X, ZHANG J Y. Development status and prospect of offshore wind power[J]. Distributed Energy, 2023, 8(2): 1-10. | |
3 | 夏焱, 万继方, 李景翠, 等. 重力储能技术研究进展[J]. 新能源进展, 2022, 10(3): 258-264. |
XIA Y, WAN J F, LI J C, et al. Research progress of gravity energy storage technology[J]. Advances in New and Renewable Energy, 2022, 10(3): 258-264. | |
4 | 毕凯, 宋明中, 林玉杰, 等. 基于光伏电站的压缩空气储能研究[J]. 中国科技信息, 2022(21): 62-63. |
BI K, SONG M Z, LIN Y J, et al. Research on compressed air energy storage based on photovoltaic power station[J]. China Science and Technology Information, 2022(21): 62-63. | |
5 | 付凌云, 张韩, 郭继强, 等. 新时代下新能源储能技术创新发展问题研究[J]. 中国设备工程, 2022(20): 249-251. |
FU L Y, ZHANG H, GUO J Q, et al. Research on the innovation and development of new energy storage technology in the new era[J]. China Plant Engineering, 2022(20): 249-251. | |
6 | 国家电网公司"电网新技术前景研究"项目咨询组, 王松岑, 来小康, 等. 大规模储能技术在电力系统中的应用前景分析[J]. 电力系统自动化, 2013, 37(1): 3-8, 30. |
Consulting Group of State Grid Corporation of China to Prospects of New Technologies in Power Systems, WANG S C, LAI X K, et al. An analysis of prospects for application of large-scale energy storage technology in power systems[J]. Automation of Electric Power Systems, 2013, 37(1): 3-8, 30. | |
7 | TONG W X, LU Z G, CHEN W J, et al. Solid gravity energy storage: A review[J]. Journal of Energy Storage, 2022, 53: 105226. |
8 | 刘智洋, 宋杭选, 方宽, 等. 依托重力储能的高寒地区风-储联合发电系统容量优化[J]. 黑龙江电力, 2023, 45(1): 30-35. |
LIU Z Y, SONG H X, FANG K, et al. Capacity optimization of wind-storage combined power generation system in alpine region based on gravity energy storage[J]. Heilongjiang Electric Power, 2023, 45(1): 30-35. | |
9 | 童家麟, 洪庆, 吕洪坤, 等. 电源侧储能技术发展现状及应用前景综述[J]. 华电技术, 2021, 43(7): 17-23. |
TONG J L, HONG Q, LYU H K, et al. Development status and application prospect of power side energy storage technology[J]. Huadian Technology, 2021, 43(7): 17-23. | |
10 | BERRADA A, EMRANI A, AMEUR A. Life-cycle assessment of gravity energy storage systems for large-scale application[J]. Journal of Energy Storage, 2021, 40: 102825. |
11 | MORSTYN T, CHILCOTT M, MCCULLOCH M D. Gravity energy storage with suspended weights for abandoned mine shafts[J]. Applied Energy, 2019, 239: 201-206. |
12 | 曹慧利. 新能源发电侧储能技术和运用分析[J]. 电气技术与经济, 2022(5): 46-48. |
CAO H L. Energy storage technology and application analysis of new energy generation side[J]. Electrical Equipment and Economy, 2022(5): 46-48. | |
13 | 程华, 徐政. 分布式发电中的储能技术[J]. 高压电器, 2003, 39(3): 53-56. |
CHENG H, XU Z. Energy storage for use with distribution power generation[J]. High Voltage Apparatus, 2003, 39(3): 53-56. | |
14 | 程时杰, 文劲宇, 孙海顺. 储能技术及其在现代电力系统中的应用[J]. 电气应用, 2005, 24(4): 1-2, 4-6, 8-19. |
CHENG S J, WEN J Y, SUN H S. Application of power energy storage techniques in the modern power system[J]. Electrotechnical Journal, 2005, 24(4): 1-2, 4-6, 8-19. | |
15 | 曾蓉. 山体储能技术及其与风电场联合出力的容量配置研究[D]. 长沙: 长沙理工大学, 2016. |
ZENG R. Research on mountain energy technology and its capacity configuration with wind farm[D]. Changsha: Changsha University of Science & Technology, 2016. | |
16 | 尤超, 赵威, 胡开元, 等. 一种提高重力储能发电系统效率的方法: CN115653855A[P]. 2023-01-31. |
YOU C, ZHAO W, HU K Y, et al. Method for improving efficiency of gravity energy storage power generation system: CN115653855A[P]. 2023-01-31. | |
17 | 邱清泉, 肖立业, 聂子攀, 等. 一种基于多重物高效提升和转移的重力储能系统: CN114151296A[P]. 2022-03-08. |
QIU Q Q, XIAO L Y, NIE Z P, et al. Gravity energy storage system based on efficient lifting and transferring of multiple heavy objects: CN114151296A[P]. 2022-03-08. | |
18 | 刘延龙, 陈晓光, 徐明宇, 等. 一种基于能量转换的山体重力储能系统斜坡运行控制方法: CN115653856A[P]. 2023-01-31. |
LIU Y L, CHEN X G, XU M Y, et al. Mountain gravity energy storage system slope operation control method based on energy conversion: CN115653856A[P]. 2023-01-31. | |
19 | 肖立业, 张京业, 聂子攀, 等. 地下储能工程[J]. 电工电能新技术, 2022, 41(2): 1-9. |
XIAO L Y, ZHANG J Y, NIE Z P, et al. Underground energy storage engineering[J]. Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy, 2022, 41(2): 1-9. | |
20 | 赵永明, 邱清泉, 聂子攀, 等. 重力/飞轮综合储能电机变流并网系统设计及运行特性[J]. 储能科学与技术, 2022,11(12): 3895-3905. |
ZHAO Y M, QIU Q Q, NIE Z P,et al. Design and operation characteristics of converter grid-connected system of gravity/flywheel integrated energy storage motor [J]. Energy Storage Science and Technology, 2022,11(12): 3895-3905. | |
21 | 杨于驰, 张媛, 莫堃. 新型储能技术发展与展望[J]. 中国重型装备, 2022(4): 27-32. |
YANG Y C, ZHANG Y, MO K. Development and outlook of new technologies for energy storage[J]. China Heavy Equipment, 2022(4): 27-32. | |
22 | 秦婷婷, 周学志, 郭丁彰, 等. 铁轨重力储能系统效率影响因素研究[J]. 储能科学与技术, 2023, 12(3): 835-845. |
QIN T T, ZHOU X Z, GUO D Z, et al. Study on factors influencing rail gravity energy storage system efficiency[J]. Energy Storage Science and Technology, 2023, 12(3): 835-845. | |
23 | 焦汉森. 大规模储能用二次电池的发展现状[J]. 电池工业, 2023, 27(3): 148-155. |
JIAO H S. A review of the rechargeable batteries for large-scale energy storage[J]. Chinese Battery Industry, 2023, 27(3): 148-155. | |
24 | 杨闯, 朱曙荣, 边技超, 等. 新型物理储能技术路线分析[J]. 电站辅机, 2023, 44(2): 10-15. |
YANG C, ZHU S R, BIAN J C, et al. Analysis for new physical energy storage technology route[J]. Power Station Auxiliary Equipment, 2023, 44(2): 10-15. | |
25 | 陈海生, 凌浩恕, 徐玉杰. 能源革命中的物理储能技术[J]. 中国科学院院刊, 2019, 34(4): 450-459. |
CHEN H S, LING H S, XU Y J. Physical energy storage technology in energy revolution[J]. Bulletin of Chinese Academy of Sciences, 2019, 34(4): 450-459. | |
26 | 陈海生, 李泓, 徐玉杰, 等. 2022年中国储能技术研究进展[J]. 储能科学与技术, 2023, 12(5): 1516-1552. |
CHEN H S, LI H, XU Y J, et al. Research progress on energy storage technologies of China in 2022[J]. Energy Storage Science and Technology, 2023, 12(5): 1516-1552. | |
27 | 赫文豪, 李懂文, 杨东杰, 等. 新型重力储能技术研究现状与发展趋势[J]. 大学物理实验, 2022, 35(5): 1-7. |
HE W H, LI D W, YANG D J, et al. Research and development of novel gravity energy storage technologies[J]. Physical Experiment of College, 2022, 35(5): 1-7. | |
28 | 谭国俊, 冯维, 杨波, 等. 高效重力储能装置: CN106704121A[P]. 2017-05-24. |
TAN G J, FENG W, YANG B, et al. Efficient gravity energy storage device: CN106704121A[P]. 2017-05-24. | |
29 | 王粟, 肖立业, 唐文冰, 等. 新型重力储能研究综述[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(5): 1575-1582. |
WANG S, XIAO L Y, TANG W B, et al. Review of new gravity energy storage[J]. Energy Storage Science and Technology, 2022, 11(5): 1575-1582. | |
30 | 罗振军, 黄田, 梅江平, 等. 依托山体的重力储能系统: CN103867408A[P]. 2014-06-18. |
LUO Z J, HUANG T, MEI J P, et al. Gravity energy storing system relying on massif: CN103867408A[P]. 2014-06-18. | |
31 | 肖立业, 史黎明, 韦统振, 等. 铁路轨道运载车辆储能系统: CN108437808A[P]. 2018-08-24. |
XIAO L Y, SHI L M, WEI T Z, et al. Railway track carrier vehicle energy storage system: CN108437808A[P]. 2018-08-24. | |
32 | 郭高朋, 查鲲鹏, 周亮, 等. 一种基于传送链的高效重力储能系统: CN112096580A[P]. 2020-12-18. |
GUO G P, ZHA K P, ZHOU L, et al. Efficient gravity energy storage system based on conveying chain: CN112096580A[P]. 2020-12-18. | |
33 | 陈云良, 刘旻, 凡家异, 等. 重力储能发电现状、技术构想及关键问题[J]. 工程科学与技术, 2022, 54(1): 97-105. |
CHEN Y L, LIU M, FAN J Y, et al. Present situation, technology conceptualization and key problem for gravity energy storage[J]. Advanced Engineering Sciences, 2022, 54(1): 97-105. | |
34 | HUNT J D, ZAKERI B, FALCHETTA G, et al. Mountain gravity energy storage: A new solution for closing the gap between existing short-and long-term storage technologies[J]. Energy, 2020, 190: 116419. |
35 | 肖立业, 王粟, 张京业, 等. 依托轨道和缆车运沙的重力储能系统: CN113895467B[P]. 2023-04-07. |
XIAO L Y, WANG S, ZHANG J Y, et al. Gravity energy storage system for transporting sand by means of track and cable car: CN113895467B[P]. 2023-04-07. |
[1] | 邱清泉, 罗晓悦, 林玉鑫, 王青山, 李妍, 聂子攀, 张京业, 肖立业. 垂直式重力储能系统的研究进展和关键技术[J]. 储能科学与技术, 2024, 13(3): 934-945. |
[2] | 李天晨, 尹建政, 张大伟, 刘小恒. 基于水电站储能技术的可再生能源并网策略研究[J]. 储能科学与技术, 2024, 13(2): 677-679. |
[3] | 逄敏. 基于可再生能源与储能耦合的建筑能源规划与利用[J]. 储能科学与技术, 2024, 13(2): 586-588. |
[4] | 王运, 蒙飞, 张超, 李涛, 田波, 李江鹏, 陈海东, 张志华. 氨分解制氢储能系统容量对电力系统性能的影响[J]. 储能科学与技术, 2024, 13(2): 589-597. |
[5] | 秦婷婷, 周学志, 郭丁彰, 盛勇, 徐玉杰, 左志涛, 李辉, 陈海生. 铁轨重力储能系统效率影响因素研究[J]. 储能科学与技术, 2023, 12(3): 835-845. |
[6] | 陈海东, 蒙飞, 王庆, 侯峰, 王亦, 张志华. 储能系统和新能源发电装机容量对电力系统性能的影响[J]. 储能科学与技术, 2023, 12(2): 477-485. |
[7] | 李育磊, 刘玮, 董斌琦, 夏定国. 双碳目标下中国绿氢合成氨发展基础与路线[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(9): 2891-2899. |
[8] | 江涵, 徐新智, 刘哲, 张锐, 胡旭. 沙特能源转型及氢能发展展望[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(7): 2354-2365. |
[9] | 刘迪, 张甜甜, 彭宇维, 唐晓梅, 王丹, 毛承雄. 压缩空气储能系统释能环节轴系建模与振荡分析[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(2): 563-572. |
[10] | 周晗, 李正宇, 徐俊辉, 陈留平, 龚领会. 我国可再生能源与盐穴氢储能技术耦合发电的分析与展望[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(12): 4059-4066. |
[11] | 赵永明, 邱清泉, 聂子攀, 罗晓悦, 肖立业. 重力 /飞轮综合储能电机变流并网系统设计及运行特性[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(12): 3895-3905. |
[12] | 刘坚. 适应可再生能源消纳的储能技术经济性分析[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(1): 397-404. |
[13] | 曹建军, 王俊, 张利勇, 刘亚奇, 凌浩恕, 王亮, 徐玉杰, 周学志, 陈海生. 蓄热技术对可再生能源分布式能源系统的效益分析[J]. 储能科学与技术, 2021, 10(1): 385-392. |
[14] | 陆克, 李海山, 孟琳. 源网荷储互动调控对降低可再生能源发电弃电率的应用分析[J]. 储能科学与技术, 2020, 9(S1): 39-44. |
[15] | 郭定域, 蒋峰景, 张竹涵. 铁基氧化还原液流电池研究进展及展望[J]. 储能科学与技术, 2020, 9(6): 1668-1677. |
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