水电站弃水发电耦合氢储能系统概念设计与热管理研究
发布时间：2021-08-09 00:26
能源安全关系国家经济社会全局和战略,全球能源格局正转向清洁高效能源。清洁可再生能源正在成为中国能源供给结构改革的重要力量,弃光、弃风、弃水（三弃）日益凸显,水电站弃水弃电损失高达万亿,储能技术创新突破引领全球颠覆性能源格局调整。规模化储能耦合发电站可破解“三弃”消纳难题,氢储能密度大、零污染。论文提出水电站耦合氢储能能源系统创新突破弃水消纳难题,研究水电站弃水发电耦合Mg基固态氢储能系统概念设计,提出水电-氢储能耦合能源系统概念,构建耦合能源系统评价方法;研究耦合系统关键固态储能系统热管理,设计固态储氢换热结构,为水电站弃水消纳路径提供新思路和新技术。水电站弃水发电耦合氢储能系统概念设计研究。研究水电站发电系统叠加氢储能系统,提出水电站弃水发电耦合氢储能能源系统概念,构建了耦合能源系统拓扑结构,包括水力发电子系统、高密度氢能储/放子系统、交直流变换子系统和调节控制系统;研究设计了耦合能源系统工作机制,研究了耦合能源子系统元件设计模型;基于水电站弃水特性研究,构建了不同容量配置的弃水发电制氢耦合氢储能电力系统结构模型,提出了计及氢储能系统的能量调度优化策略;研究设计了耦合能源系统性能评价...
【文章来源】：华北水利水电大学河南省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
近年水电装机容量区域、可
华北水利水电大学硕士学位论文2的建设又受到地理条件等因素严格限制，难以满足可持续发展需求[4-5]。图1-2不同储能技术在可持续供电时长及储能容量方面的对比Fig.1-2Comparisonofenergystoragetechnologyintermsofdurationandcapacity氢储能技术的发展很好地克服了传统储能技术不足。作为一种新兴电力储能方式，氢能来源广泛，被认为是21世纪最具潜力的清洁能源[6]，其储能技术可实现大规模可再生能源消纳在不同行业和地区之间进行能量匹配，与电力协同互补共同构成未来终端能源消费主体。具体表现在：①氢能和电能之间通过电解水制氢实现高效转换，清洁无污染；②固态金属储氢材料具备高能量密度，是仅有能够储存百GMh以上的能量储备技术[7]；③具备大规模无缝链接电网且可极短或极长时间供电电源的应用潜力[8]。在氢能开发应用方面，欧美、日本等是最早制定氢能发展战略及详细计划的国家。美国能源部在2002年率先发布了氢能源规划，推动美国能源向以氢能源为基础的能源体系转变[9]。德国方面2006年出台了《氢及燃料电池国家创新项目》，总投资达14亿欧元，用于氢能基础设施建设、制氢技术、分布式供能、燃料电池技术等相关领域[10]。日本在2014年公布了《氢能/燃料电池战略发展路线图》，详细阐述了日本氢储能技术三步走战略：第一阶段从当前到2025年，扩大氢能源利用范围，包括燃料电池装置、加氢站、基础发电系统应用；第二阶段是2025-2030年底，加大商业工业用氢渠道，全面利用可再生能源生产、运输、储存氢气，全方位发展氢发电产业第三阶段，从2040年开始，建立清洁、零排放供氢系统，通过收集和储存二氧化碳，全面实现无碳化地制氢、运氢、储氢[11]。我国氢储能概念起步较晚，2014年初，李克强总理考察德国氢能混合发
华北水利水电大学硕士学位论文41.3国内外相关工作研究进展1.3.1水电发展现状水电是目前开发程度高、技术相对成熟的清洁低碳可再生能源[15]，其在平衡、优化能源配置及可持续发展中占有重要地位。根据水电水利规划设计院发布的《可再生能源行业发展报告》，截至2018年，我国水电装机容量已达到3.52亿千瓦[16]，装机容逐年攀升，其年发电量已占可再生能源总发电量的18.6%。图1-3我国近年水电装机容量增长趋势及各类电源发电量占比。（a）各类电源年发电量及占比（b）近年水电总装机容量增长趋势图1-3我国近年水电装机容量、增长趋势及能源占比Fig.1-3HydropowerinstalledcapacitygrowthtrendandenergyshareinChina水电的发展不同于石油、煤炭这些化石能源，水电的开发主要集中于西南、西北地区几大江河流域提供动力，且水资源储量与河流、降水及蒸发等因素有很大的关系[17]。近年来开发的小水电主要用于满足当地负荷需求，大中型水电站则在满足本地负荷需求的同时，还参与地区间电能互供[18]，例如“西电东送”等，形成了区域独有的特点。主要集中表现为：①水电开发区域性差异悬殊。我国水资源丰富，开发区域主要集中分布在西南部、西北部和中部地区，且河流年内径流分布不均，丰、枯季节流量相差悬殊。②小水电发展迅速。小水电因具备环境影响孝建设周期短、投资效益好等优点装机规模不断壮大。③供给侧与需求侧间发展不平衡。部分水电调节性能差，兼具波动性和随机性并网困难，大中型水电站发电能力远超本地负荷需求，需要并网外送。随着西部大开发及“西电东送”战略深入推进，未来我国水电装机容量还将进一步攀升。鉴于水电资源和区域用电负荷在供需上的不均衡等矛盾，目前水电行业已着手推进优化水电运行模式[19-20]和扩?
本文编号：3330983
【文章来源】：华北水利水电大学河南省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
近年水电装机容量区域、可
华北水利水电大学硕士学位论文2的建设又受到地理条件等因素严格限制，难以满足可持续发展需求[4-5]。图1-2不同储能技术在可持续供电时长及储能容量方面的对比Fig.1-2Comparisonofenergystoragetechnologyintermsofdurationandcapacity氢储能技术的发展很好地克服了传统储能技术不足。作为一种新兴电力储能方式，氢能来源广泛，被认为是21世纪最具潜力的清洁能源[6]，其储能技术可实现大规模可再生能源消纳在不同行业和地区之间进行能量匹配，与电力协同互补共同构成未来终端能源消费主体。具体表现在：①氢能和电能之间通过电解水制氢实现高效转换，清洁无污染；②固态金属储氢材料具备高能量密度，是仅有能够储存百GMh以上的能量储备技术[7]；③具备大规模无缝链接电网且可极短或极长时间供电电源的应用潜力[8]。在氢能开发应用方面，欧美、日本等是最早制定氢能发展战略及详细计划的国家。美国能源部在2002年率先发布了氢能源规划，推动美国能源向以氢能源为基础的能源体系转变[9]。德国方面2006年出台了《氢及燃料电池国家创新项目》，总投资达14亿欧元，用于氢能基础设施建设、制氢技术、分布式供能、燃料电池技术等相关领域[10]。日本在2014年公布了《氢能/燃料电池战略发展路线图》，详细阐述了日本氢储能技术三步走战略：第一阶段从当前到2025年，扩大氢能源利用范围，包括燃料电池装置、加氢站、基础发电系统应用；第二阶段是2025-2030年底，加大商业工业用氢渠道，全面利用可再生能源生产、运输、储存氢气，全方位发展氢发电产业第三阶段，从2040年开始，建立清洁、零排放供氢系统，通过收集和储存二氧化碳，全面实现无碳化地制氢、运氢、储氢[11]。我国氢储能概念起步较晚，2014年初，李克强总理考察德国氢能混合发
华北水利水电大学硕士学位论文41.3国内外相关工作研究进展1.3.1水电发展现状水电是目前开发程度高、技术相对成熟的清洁低碳可再生能源[15]，其在平衡、优化能源配置及可持续发展中占有重要地位。根据水电水利规划设计院发布的《可再生能源行业发展报告》，截至2018年，我国水电装机容量已达到3.52亿千瓦[16]，装机容逐年攀升，其年发电量已占可再生能源总发电量的18.6%。图1-3我国近年水电装机容量增长趋势及各类电源发电量占比。（a）各类电源年发电量及占比（b）近年水电总装机容量增长趋势图1-3我国近年水电装机容量、增长趋势及能源占比Fig.1-3HydropowerinstalledcapacitygrowthtrendandenergyshareinChina水电的发展不同于石油、煤炭这些化石能源，水电的开发主要集中于西南、西北地区几大江河流域提供动力，且水资源储量与河流、降水及蒸发等因素有很大的关系[17]。近年来开发的小水电主要用于满足当地负荷需求，大中型水电站则在满足本地负荷需求的同时，还参与地区间电能互供[18]，例如“西电东送”等，形成了区域独有的特点。主要集中表现为：①水电开发区域性差异悬殊。我国水资源丰富，开发区域主要集中分布在西南部、西北部和中部地区，且河流年内径流分布不均，丰、枯季节流量相差悬殊。②小水电发展迅速。小水电因具备环境影响孝建设周期短、投资效益好等优点装机规模不断壮大。③供给侧与需求侧间发展不平衡。部分水电调节性能差，兼具波动性和随机性并网困难，大中型水电站发电能力远超本地负荷需求，需要并网外送。随着西部大开发及“西电东送”战略深入推进，未来我国水电装机容量还将进一步攀升。鉴于水电资源和区域用电负荷在供需上的不均衡等矛盾，目前水电行业已着手推进优化水电运行模式[19-20]和扩?
本文编号：3330983
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