论文分享｜周睿-竖井式重力储能发电效率及功率稳定策略研究

 作者

周睿1，洪剑锋1*，曹君慈1，秦伟1，赵卓越1

 单位

1. 北京交通大学，中国 北京 100044

摘要

竖井式重力储能作为近些年来涌现的新储能技术，具有选址灵活，对环境无污染等特点，但其系统内部的研究仍然很匮乏，系统效率和功率两个重要技术指标的研究不完善。为此，本文作者针对竖井式重力储能系统进行了物理建模，提出了效率模型和功率模型。对效率模型，提出了损耗来源，通过仿真研究发现了效率随重物质量、最大速度、加速度等参数的变化规律。研究表明，最大速度、加速度及竖井高度对系统效率的影响十分显著，重物质量对系统效率影响很小。减小最大速度和竖井高度可以很有效地增加系统效率。对功率模型，提出了多通道功率叠加的方法，来实现功率的补偿从而达到平稳输出功率的目的。采用错时间启动的方式来实现功率叠加，并仿真了在控制策略下的功率输出结果，从功率波动率和功率损失率两个方面研究了不同通道数的性能并进行对比。结果表明增加通道数可以有效地减小功率波动率，通道数达到 8 时功率波动率仅为2.5%。功率损失率随着通道数的增加而减小，在通道数大于 4 时几乎不变，增加通道数可以有效的提高系统对外输出功率性能。 

部分图表

中国科学院电工研究所竖井式重力储能平台

竖井式重力储能装置示意图

不同迎风面积下风阻损耗能量图

两通道功率叠加（间隔65s）

 结论

本文创新性地对竖井重力储能装置内部的重要技术指标进行研究，完善了竖井重力储能装置中对提高系统效率和功率稳定的研究。重点构建重力储能系统的效率模型和功率模型，研究了系统中的重要参数：加速度，质量，高度，速度对系统效率的影响；并提出了功率稳定的控制方法，从2，4，6，8和 3，6 不同的通道数入手，给出了有效的功率稳定控制方案。并对控制方案的性能进行评估，分析不同通道数对竖井重力储能系统功率稳定性的影响及在多通道下的电压损失率。为实际工程项目提供具体的理论指导依据。 根据对不同通道数的研究，发现在偶数通道下系统的功率稳定性更好，且通道数越多，系统功率越稳定，通道数为8时可达到2.5%；在实际工程建设中，为保持功率损失率小，应建两个通道以上，通道数大于 4 时功率损失没有随通道数有显著变化。由此看来，更多的通道数可以达到更好的系统性能。

 引用格式

[1]周睿,洪剑锋,曹君慈,等.竖井式重力储能发电效率及功率稳定策略研究[J].储能科学与技术,2024,13(10):3556-3565.DOI:10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0304.