Hybrid energy storage systems
Capacity optimization and environmental implication of hybrid energy storage systems in renewable power systems
Tid: On 2022-12-14 kl 10.00
Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/61691420819
Språk: Engelska
Ämnesområde: Elektro- och systemteknik
Respondent: Yang Jiao , Elektroteknisk teori och konstruktion
Opponent: Professor Alfred Rufer, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne
Handledare: Associate professor Daniel Månsson, Elektroteknisk teori och konstruktion
QC 20221117
Abstract
Elproduktion bidrar med en stor del av utsläppen av växthusgaser som leder till klimatförändringar. För närvarande är kraftproduktionen i många delar av världen fortfarande starkt beroende av fossila bränslen. För att förhindra global uppvärmning är avsikten att kraftsektorn ska gå över från den nuvarande bränslemixen till förnybara energikällor. System för förnybar elproduktion, som är hållbara och miljövänliga, har potentialen att tillgodose vår elförbrukning. Vindkraft och solkraft ökade snabbt under det senaste decenniet, men under 2021 stod de ändå bara för cirka 10 % av den globala årliga elproduktionen. Det främsta hindret för vind- och solenergi är variabilitet, vilket innebär en allvarlig utmaning för konventionella kraftnät. På grund av bristen av energilagring behöver kraftnätet konstant hålla balansen mellan tillgången och efterfrågan på el.
Energilagring påverkar alla aspekter av kraftsystem, från produktion till förbrukning. Det ger stora fördelar för förnybara energikällor och kraftnät, såsom tidsförskjutning av energins nyttjande, förbättrad elkvalitet och spänningsreglering. Emellertid kan ingen av metoderna för energilagring tillfredsställa kraftsystemens mångsidiga och till och med mångfaldiga behov. Därför är hybridenergilagringssystemet en lovande lösning.
För att bättre kunna använda dem i förnybara kraftsystem diskuterar denna avhandling hybridenergilagringssystem från två aspekter: kapacitetsoptimering och miljökonsekvenser. Kapacitetsoptimering är ett stort problem för hybridenergilagringssystem och för att hitta den optimala kapaciteten undersöker denna avhandling energiutbytet mellan systemets individuella energilagringsenheterna. Detta energiutbyte leder till en överdimensionerad kapacitet och mera förluster. Därför presenteras i denna avhandling en förbättrad styrenhet, baserat på ett lågpassfilter, vars strategier styr effektflödena samt energinivåerna. Den förbättrade styrenheten eliminerar effektivt onödiga energiutbyten så att det säkerställs att systemets kapacitet minimeras samt att energieffektiviteten (tur och retur) förbättras. Dessutom presenteras en alternativ styrenhet med en variabel tidskonstant för att, i hybridenergilager, mer korrekt utnyttja den sekundära energilagringsenheten. Dessutom, trots att de bidrar till integreringen av varierande förnybar energi, är fortfarande energilagringssystem kopplade till utsläpp av växthusgaser under hela deras livscykel (från vaggan till graven). Denna avhandling presenterar en metod för livscykelanalys och utvärderar utsläppen av växthusgaser från hybridenergilagringssystem, under dess livscykel, i förnybara kraftsystem. Olika kombinationer jämförs för att hitta den mest lämpliga situationen och förutsäger potentialen för energilagring för att uppnå ett 100 % förnybart kraftsystem med låga utsläpp.