中国废弃矿山地下抽水蓄能电站技术要点与可行性分析

 为应对全球气候变化、化解资源环境危机，中国需推进能源结构调整与优化，逐步提高可再生能源开发利用比例，加快解决可再生能源存储的瓶颈问题。中国废弃矿山数量巨大，利用废弃矿山遗留下来的大量地下空间建造抽水蓄能电站为中国可再生能源存储提供了新的思路。基于德国利用废弃金属矿山和煤矿地下空间建造地下抽水蓄能电站的实例，从岩石力学、矿山规划、机械构置、能源系统规划、法律、环境影响以及经济性等方面深入探讨了中国利用废弃矿山建造地下抽水蓄能电站的相关评价原则与技术要点，并进一步提出了中国废弃矿山地下抽水蓄能电站研究的基本方向和主要内容。     

基于矿井地下水库的煤矿采空区地下空间利用模式与关键技术

 利用煤矿采空区建设矿井地下水库对实现矿井采空区地下空间及矿井水资源化、能源化利用，促进矿区环境生态保护意义重大。综合国内外典型案例，论述了基于矿井地下水库的矿井地下空间及水资源的3种利用模式：矿井地下储滤水库、抽水蓄能电站及矿井地热开发利用。与国外传统地下水库以井巷为主要存储空间相比，目前国内构建的地下水库主要以矿井采空区垮落带为存储空间，这使得矿井地下水库的容量大幅度提升，且垮落带内的煤矸石对矿井水还具有过滤作用。在此基础上，凝练了中国煤矿地下水库2个关键科学问题：矿井地下水库库容能力和矿井地下水库稳定性控制。探讨了库容能力和坝体稳定性控制的影响因素和现阶段主要研究手段，提出了在产矿井和资源枯竭型矿井建设地下水库的后续研究方向。     

基于鲁棒控制的光伏并网系统中抽水蓄能参与电网调频控制策略

抽水蓄能作为技术发展较为成熟的储能型式,主要参与系统的调峰、调频、调相等运行。本文针对抽水蓄能电站参与含大规模光伏电力系统中的调频运行进行研究,同时兼顾了火力发电的经济性与系统偏差调节速率,建立以综合考虑最大限度发挥抽水蓄能电站调节能力以及快速实现区域控制偏差为目标函数,以库容上下限、机组出力上下限等为约束条件的决策模型。同时提出将鲁棒控制应用于抽水蓄能参与电网调频的应用控制中,建立了火电-抽蓄联合调节的发电控制系统模型。最后,以以IEEE39节点系统为例,通过matlab仿真验证了本文提出的模型的有效性及可行性。     

向家坝水库动库容特性及影响分析

为研究向家坝水库动库容特性及其对防洪的影响,本文以向家坝库区2013年汛期实测水位资料为基础,采用一维恒定流数学模型对动库容进行计算,分析了向家坝水库动库容随流量和坝前水位的变化,在此基础上进行了考虑动库容的调洪计算,分析了向家坝水库动库容对防洪的影响,结果表明:(1)在流量2 400~32 000m3/s、坝前水位370~380m范围内,向家坝水库动库容变化范围为0.033×108~2.25×108m3,占静库容的比例为0.07%~5.77%;(2)水库总库容随坝前水位的变化幅度小于相应静库容的变化,且流量越大,动库容对库容变化影响越大,因此考虑动库容后向家坝水库的防洪库容小于按静库容考虑的防洪库容设计值;(3)动库容对水库调洪影响有正、有负,考虑动库容后向家坝水库调洪结果更接近实际情况,但对其防洪能力影响不大,可以满足水库防洪要求.     

电力市场背景下抽水蓄能电站交易机制设计

抽水蓄能电站具有运行灵活、反应迅速、清洁低碳等特点,可以为电力系统中提供调峰、填谷和备用电源等多种优质的辅助服务。目前中国已有河北、山东等省份开展了抽水蓄能电站抽水电量招标采购等市场化交易。随着各试点省份现货市场的逐步建立,抽水蓄能电站的市场化交易有待进一步完善提升,并形成常态化交易机制,以提升抽水蓄能电站的运行效益。对比总结了中国外抽水蓄能电站的运营模式和电价机制;针对中国现有政策机制下抽水蓄能电站运营面临的问题,提出了电力市场背景下抽水蓄能电站参与市场交易的具体方案;并以浙江省为例,进行了模拟测算。结果表明,抽水蓄能电站市场化交易机制对于引导抽水蓄能电站参与市场交易获取合理收益,提升电力市场环境下抽水蓄能电站运营效益,促进抽水蓄能电站长期健康发展具有积极意义。     

废弃矿井抽水蓄能电站水泵水轮机关键技术

 废弃矿井抽水蓄能电站“大落差、小空间、水质差”的特点决定了废弃矿井抽水蓄能电站水泵水轮机需要满足“超高水头、小体积、高耐蚀”的要求。目前适用于废弃矿井抽水蓄能电站的水泵水轮机的研究还不够全面，以矿井水为工作介质的水泵水轮机腐蚀-磨损-空蚀耦合机理还不够系统，针对新能源消纳的水泵水轮机频繁切换工况过渡过程还不够明确，需要进一步开发水泵水轮机水力实物模型设计优化技术，研发水泵水轮机频繁切换工况过渡过程安全稳定运行技术，研究矿井水条件下水泵水轮机腐蚀-泥沙磨损-空蚀耦合机理及协同控制技术。     

水库泥沙淤积对有效库容的影响规律研究

尽管大坝在生产活动和经济生活中发挥了重要作用,但同时也改变了本地区原有河流天然径流特性,使原有径流过程发生了较大变化.修建水库很大程度改变了河流自身冲淤平衡状态,而水库淤积和重新建立新的平衡是一个长期的过程,这给上下游带来长期、深远的影响.虽然水库的兴建历史久远,但多沙河流水库泥沙淤积仍是一个突出问题.研究表明:大坝经济效益的多少在很大程度上取决于水库有效库容的大小,一般而言,有效库容越大,水库可调节用于发电的流量就会更大,电站的总经济效益就会越大.为了减少泥沙危害的影响,国内外专家研究了不同种类的泥沙清淤方案和方法,但其根本的任务就是如何清除掉每年入库而占据有效库容的那部分泥沙量.本文结合上述问题,根据非均匀质(悬移质和推移质)不平衡输沙原理建立水库泥沙淤积的一维数学模型,计算中,按全沙模式和划分时段、河段,逐时段、逐河段进行,找出淤积量与有效库容的关系,为后续水库运行管理提供理论依据.     

面向光伏消纳的光伏-废弃矿井抽蓄-蓄电池联合发电系统优化调度策略

 为提高光伏消纳能力,构建了一种含废弃矿井抽蓄-蓄电池混合储能的联合发电系统。针对联合发电系统,分别研究了光伏、废弃矿井抽蓄电站及蓄电池的数学模型,引入弃光成本,提出了以联合发电系统总运行成本最低和光伏消纳量最大为目标的优化调度模型,结合功率平衡约束、废弃矿井抽蓄电站运行约束、电池储能运行等约束,利用CPLEX优化工具实现调度模型最优解求取。通过算例,对系统在光伏-废弃矿井抽蓄、光伏-电池储能和光伏-废弃矿井抽蓄-电池储能3种不同调度方式下的光伏消纳效果进行对比,结果表明,本调度策略可以达到系统运行成本最优、降低弃光的效果。     

废弃矿井资源开发利用战略

正废弃矿井资源开发利用的三大方向:能源化利用(主要针对煤炭、煤层气、新能源),资源化利用(主要针对矿井水),功能化利用(主要针对地下空间和地上空间)。如在煤炭气化利用上,应根据矿井开采条件和废弃煤层的地质条件选择气化炉结构形式和地下气化工艺;废弃矿井可建设煤矿地下水库、地下水污水处理中心、抽水蓄能电站等。此外,还可进行生态修复、地表复垦后建设光伏园区、发展第三产业等。     

琅琊山抽水蓄能电站上水库岩溶发育规律及渗漏条件分析

琅琊山抽水蓄能电站是安徽省目前已开工建设的最大的抽水蓄能电站,其上水库库盆建于石灰岩山谷洼地上,库盆防渗处理是该工程关键性技术课题之一。岩溶是上水库库盆渗漏的主要通道,而岩溶发育程度又受地层岩性、地质构造、地形条件呈现出一定的规律性。文章对琅琊山抽水蓄能电站上水库岩溶发育的基本规律和渗漏条件进行了初步分析,介绍了堵灌结合的防渗处理措施。     

基于城市燃气输配的废弃煤矿井储存天然气方法

 结合城市燃气输配关键内容，分析了中国废弃煤矿井资源及利用的现状和特点，研究了废弃煤矿井永久地下空间作为城市天然气储存空间的限制条件，提出了废弃煤矿井储存天然气的思路。分析表明，密封性是废弃煤矿井储存天然气的限制条件，可根据城市调峰气量的确定，利用废弃煤矿井井下的永久性地下空间，并配合井下空间的改造及地面工程建设，实现废弃煤矿井作为地下储气库，以有效解决城市不同时段的天然气供需不平衡问题。     

用于提高电网中风电渗透率的混合储能容量优化分析

为提升电网中风电渗透率,通过提出由电池、超级电容器和抽水蓄能构成的混合储能系统,构建缓和风电并网时不稳定性的双层容量优化模型。首先,提出了风电典型场景和极端场景的提取方案,获得充分逼近原风电出力场景的场景集合。然后,使用小波包分析法,配置电池和超级电容器的容量用来平抑风电功率波动,并在电力系统中利用抽水蓄能进行削峰填谷,建立双层混合储能容量优化模型对储能容量进行优化。最后,利用某风电场一年输出功率数据,对改进的 RTS-96 系统进行仿真验证并分析。算例结果表明：建立的双层混合储能容量优化模型在确保经济性的条件下提升了风电渗透率。     

风电-抽水蓄能联合系统的优化运行模型

拟定了风电-抽水蓄能联合系统3种可行的运行方案:全部风电供给抽水蓄能电站抽水;根据电网容量和风电场出力情况,部分风电直接输入电网,其余风电供给抽水蓄能电站抽水;风电全部直接输入电网.建立了风电-抽水蓄能联合系统的优化运行模型,计算得出了常规发电厂稳定运行的最小容量以及含一定容量风电的电网所需的抽水蓄能电站装机容量,建立了经济评价模型,根据综合经济评价结果,优选出了风电-抽水蓄能联合系统的最佳运行方案.     

上池下库循环,绿水青山常在——抽水蓄能技术应用与发展

 电力系统需要配置大容量的储能装置,补偿功率变化,适应新能源的大规模发展。更重要的是,近年来电力负荷率较低、负荷波动较大,需要对负荷进行调整。在电力系统中配置适当规模的抽水蓄能,是解决当前风电等新能源大规模发展对电网安全稳定影响问题的最佳选择。分析了抽水蓄能技术的基本原理和特性,阐述了抽水蓄能技术发展的新趋势。介绍了可变速抽水蓄能技术,探讨了双馈方式和全功率方式的整体结构,并提出了在不同模式下的控制策略,分析了新型特殊抽水蓄能电站的构成、技术挑战和解决方案。     

风电场储能容量合理取值范围分析

风电场配置适当的储能容量可以有效改善因风速变化而造成的输出功率波动。针对怎样选取储能容量较为经济合理问题,在结合一种所需储能容量计算方法的基础上,提出了评判风电场输出改善效果的两种指标。通过详细分析储能容量合理取值受到的各种影响因素,利用储能容量成本及风电场输出功率平滑效果辅助判据,得出风电场储能容量合理的取值范围。     

基于PSO算法的风电场储能容量优化计算

本文提出为风电场配置合理容量的储能设备,用于平滑其输出功率的随机波动,并建立了储能容量优化配置的数学模型。该模型以风电弃风率最小化和储能投资成本最小化为多目标函数,以有功功率偏差率来衡量平滑效果,应用粒子群算法（PSO）对该模型进行求解,可以快速、精确地求得最优储能容量值,使得风电场的综合效益实现最优。算例表明,该研究可以较小储能成本及弃风率实现风电场功率的平滑输出。     

风光能源基地远距离直流输电方式选择

随着风和光等可再生能源的大规模开发,弃风弃光限电问题日益严重.为将大容量风光资源远距离输送到负荷中心,针对含丰富风光资源的远距离高压输电,分析风光混合能源的功率出力特性,提出了一种基于置信度的风光混合发电输送容量确定方法;同时,针对源端出力的不确定性、直流输电经济技术性等因素,提出了风光混合能源的远距离直流输电评判指标体系,最后基于后悔理论法对候选方案进行综合优选.算例表明该输送容量确定方法可有效结合源端特性和输电成本建立不同方案,并通过灵敏度分析给出不同输电方案的适用范围,从而为可再生能源的远距离输送规划提供指导依据.     

近距离开采下煤层300m刮板输送机适用性研究

在我国近距离煤层赋存和开采所占比重很大,而吕梁矿区木瓜煤矿层间距小于10m的可采储量占总储量的80%,木瓜煤矿主采10号煤层,工作面长度由250m延长设计为300m,为保证煤矿安全高效生产,所以研究近距离下煤层300m刮板输送机技术具有重要的现实意义。针对木瓜煤矿近距离下煤层300m超长综放工作面刮板输送机适用性确定的技术难题,基于矿山运输机械设计原理,采用理论计算的方法,对300m综放工作面刮板输送机运输能力、功率、链条强度等指标进行理论验算。通过计算分析表明,选取SGZ1000/2×1200刮板输送机各项工作指标达到了工作面加长后的要求,为相似矿井刮板输送机选型分析提供借鉴。     

基于混合储能技术的风电场功率控制研究

风力发电的输出功率因为风能的随机性而具有波动性和间歇性的特点,并网风电的高渗透率将削弱电力系统中发电功率的可控性.本文研究在风电场中引入一种混合储能装置,通过其充放电功率来平抑风电输出功率的波动.在保证储能装置荷电状态可靠性前提下,采用一种模糊自适应控制策略,优化储能装置的充放电过程控制.通过仿真研究,验证了采用模糊自适应控制的正确性和有效性,仿真结果表明混合储能系统能够有效平滑风力发电系统的并网功率,提高含风电场的电力系统的发电功率的可控性,并延长储能设备的使用寿命.