《储能技术及应用》主要讲述了储能在电力系统、交通运输、新能源发电和移动电子设备中的应用;介绍了现在主要的储能技术,包括各种储氢技术与燃料电池、电化学储能、超级电容器与微电源等;分析了主要储能技术的性能特点、材料与关键技术,以及在典型应用系统中的技术经济性等。《储能技术及应用》适合于面向智能电网、新能源汽车与移动式电子应用的储能科研、规划、设计与运行的工程师,以及高等院校从事储能与应用的教师与研究生阅读。
译者的话
概论1
第1章 应用于电力系统的储能技术11
1.1 简介12
1.2 储能技术应用于发电环节13
1.2.1 “大功率储能”可以使发电收益最大化13
1.2.2 “大功率储能”可以减轻发电系统的运行和经营风险14
1.2.3 储能的辅助服务15
1.3 储能技术应用于间歇式电源16
1.3.1 不含储能的调频16
1.3.2 储能对功率/频率的调节作用18
1.3.3 储能的其他辅助功能20
1.4 储能技术应用于输电系统21
1.4.1 投资控制与阻塞管理21
1.4.2 调频与平衡机制21
1.4.3 电压调节与电能质量21
1.4.4 系统安全与故障恢复22
1.4.5 其他可能的应用22
1.5 储能技术应用于配电系统23
1.5.1 储能对电网规划的作用23
1.5.2 其他应用26
1.6 储能技术应用于电力零售27
1.6.1 利用储能降低采购成本28
1.6.2 利用储能降低采购成本风险28
1.7 储能应用于电力用户28
1.7.1 储能的削峰作用28
1.7.2 储能对移峰用电的作用29
1.7.3 储能对供电质量和供电连续性的作用30
1.7.4 无功补偿32
1.8 储能技术应用于电力平衡机制32
1.9 结论34
1.10 参考文献36
第2章 交通运输:铁路,公路,航空,海运39
2.1 简介40
2.2 电能是二次能源40
2.2.1 陆地交通40
2.2.2 航空运输43
2.2.3 铁路运输44
2.2.4 海上运输44
2.3 电能:主要或唯一的能量来源44
2.3.1 电动汽车44
2.3.2 重型货车与客车51
2.3.3 两轮机动车51
2.3.4 导引型车辆(火车、地铁、有轨电车、无轨电车) 52
2.3.5 海上交通———游艇53
2.4 电能与其他能源互为补充———混合动力53
2.4.1 并联结构54
2.4.2 串联结构56
2.4.3 路耦合57
2.4.4 混合动力的轨道机车57
2.5 结论58
2.6 参考文献60
第3章 光伏发电系统中的储能技术61
3.1 简介62 3.2 独立光伏发电系统62
3.2.1 基本原理62
3.2.2 不可或缺的环节:储能62
3.2.3 光伏发电系统的市场63
3.2.4 独立光伏发电系统中储能的容量配置64
3.2.5 选择适宜的储能技术64
3.3 铅酸蓄电池寿命受限66
3.3.1 蓄电池的能量管理67
3.3.2 具有发展前景的锂离子电池技术68
3.4 并网光伏发电系统70
3.4.1 不断发展的电网70
3.4.2 多样化的储能系统71
3.4.3 储能接入并网:电力部门要解决的重要问题72
3.5 参考文献73
第4章 移动式应用与微能源74
4.1 各种移动式应用场合的能源需求75
4.1.1 “微”功率(su�玻祝幔簦簦� 75
4.1.2 “大”功率(几瓦的功率) 76
4.1.3 能量需求76
4.1.4 满足特定供电需求的持续时间78
4.2 供能微型化所带来的新特点79
4.3 电容储能80
4.4 电化学储能80
4.4.1 一次电池81
4.4.2 蓄电池81
4.4.3 燃料电池83
4.5 碳氢化合物83
4.5.1 功率MEMS 84
4.6 热电89
4.7 摩擦发电89
4.8 放射源90
4.9 捕获环境能90
4.9.1 太阳能90
4.9.2 热能90
4.9.3 化学能:生活能源91
4.9.4 机械能91
4.9.5 应答机92
4.10 其他相关的电子设备:板载供电93
4.11 参考文献94
第5章 储氢100
5.1 简介101
5.2 储氢概述101
5.2.1 相关能量参数101
5.2.2 密度与比密度102
5.3 压力储氢104
5.3.1 储氢容器104
5.3.2 网络配送105
5.4 低温储氢105
5.4.1 交通运输的液氢储存105
5.4.2 固定式液氢储存106
5.5 固态储氢106
5.5.1 物理(化学)吸附方式的物理储氢106
5.5.2 化学储氢108
5.6 其他储氢模式110
5.6.1 硼酸盐111
5.6.2 硼酸盐和氢化物的混合物111
5.6.3 混合储氢111
5.7 讨论:技术、能量、经济层面112
5.8 参考文献113
第6章 燃料电池:原理和功能115
6.1 什么是单体或电池? 116
6.2 化学能117
6.3 化学反应详解119
6.4 质子交换膜燃料电池123
6.5 固体氧化物燃料电池123
6.6 碱性燃料电池124
6.7 不同类型燃料电池对比125
6.8 催化剂127
6.9 关键因素128
6.10 结论:储能的应用129
第7章 燃料电池:运行系统131
7.1 简介:什么是燃料电池系统? 132
7.2 空气供给系统134
7.2.1 总体需求134
7.2.2 选择适合燃料电池系统的压缩机135
7.3 气体加湿系统137
7.3.1 总体需求137
7.3.2 合适的加湿方式138
7.3.3 膜交换器和焓轮138
7.3.4 带有蓄水容器的系统139
7.4 电堆终端的固态变换器140
7.5 寿命、可靠性和诊断141
7.5.1 故障及其原因141
7.5.2 燃料电池性能的实验方法142
7.5.3 诊断方法和策略143
7.6 参考文献144
第8章 电化学储能:一次电池与蓄电池147
8.1 蓄电池概述:工作原理148
8.2 应用150
8.2.1 运用储能管理电力系统和交通系统的整体构架150
8.2.2 储能技术发展历程151
8.2.3 锂离子电池是混合动力汽车的核心151
8.2.4 锂离子电池技术是光伏发电应用的核心152
8.2.5 法国在储能市场中的地位153
8.3 电池技术发展历史157
8.3.1 铅酸电池157
8.3.2 Ni�玻茫洌�镍镉电池) 159
8.3.3 Ni�玻停� (镍氢电池) 159
8.3.4 Nickel�玻冢椋睿悖�镍锌电池) 160
8.3.5 Na�玻樱�钠硫电池) 161
8.3.6 氧化还原(液流)电池161 8.3.7 Zebra电池161
8.3.8 锌�部盏绯兀ǎ冢椋睿悛玻幔椋颍� 162
8.3.9 锂电池162
8.4 应用需求165
8.4.1 混合动力汽车和电动汽车165
8.4.2 光伏发电应用166
8.4.3 移动式电子设备166
8.5 聚焦锂离子电池技术167
8.5.1 基本原理167
8.5.2 正极材料的发展167
8.5.3 负极材料的发展169
8.5.4 该领域的主要参与者171
8.5.5 电解质的研发171
8.6 锂离子电池的处理和再循环利用173
8.7 其他电池174
8.7.1 微型电池,印刷电池等174
8.7.2 电解质176
8.7.3 摇椅微型电源176
8.7.4 制造技术176
8.7.5 印制电池177
8.8 参考文献178
第9章 超级电容器:原理、容量配置、功率接口及应用181
9.1 简介182
9.2 超级电容器:双电层电容器183
9.2.1 基本原理183
9.2.2 电气模型———主要参数185
9.2.3 热模型188
9.3 超级电容器组的容量配置189
9.3.1 以能量作为选择依据189
9.3.2 以功率作为选择依据———兼顾效率190
9.4 功率接口191
9.4.1 电压均衡191
9.4.2 固态变换器193
9.5 应用195
9.5.1 概述195
9.5.2 超级电容器作为主电源195
9.5.3 混合电源系统196
9.6 参考文献199
作者名单201
这本书的章节安排非常合理,从基础理论到前沿技术,再到实际应用,层层递进,让读者能够循序渐进地掌握储能技术的核心内容。我特别喜欢关于储能与可再生能源并网的部分。书中深入分析了太阳能、风能等间歇性新能源在并网过程中面临的挑战,以及储能系统如何通过削峰填谷、平滑输出、提高可再生能源的利用率来解决这些问题。书中详细介绍了各种储能技术在新能源并网中的应用模式,比如利用电池储能进行短时功率调节,利用抽水蓄能和压缩空气储能进行长时能量调度。书中还提到了储能系统在电网中的“灵活性服务”作用,如调频、调压、黑启动等,这些都是保障电网稳定运行不可或缺的功能。我之前对这些概念了解不多,通过这本书的学习,我才认识到储能系统在提升电网韧性、应对电网波动性方面的关键作用。书中还引用了一些具体的电网案例,分析了储能系统如何帮助电网提高对可再生能源的接纳能力,并保障电网的安全稳定运行,这些案例为我提供了非常生动的学习素材。
评分这本书在展望储能技术的未来发展趋势时,其深度和广度都令人信服。我之前总觉得储能技术的发展已经比较成熟,但读完这一章,才意识到未来还有巨大的潜力等待挖掘。书中深入分析了下一代储能技术的发展方向,例如高能量密度、长寿命、低成本的电池技术,如固态电池、锂硫电池、锂空气电池等。同时,书中也对氢能、氨能等化学储能的规模化应用进行了展望,以及储能技术与人工智能、大数据等新兴技术的融合,例如智能化的储能系统控制、预测性维护等。书中还讨论了储能技术在能源互联网、智慧城市建设中的关键作用,以及储能技术如何助力实现碳中和目标。作者在论述这些未来趋势时,不仅引用了大量的研究成果和行业报告,还结合了对技术发展规律的深刻洞察,让我对储能技术的未来充满了信心和期待。这本书不仅仅是一本技术手册,更是一份关于能源未来发展的启示录。
评分这本书在讨论储能材料时,其深入的程度和广度让我印象深刻。我之前以为储能材料就是电池里的电极材料,但读完这一章节,才发现储能材料的范畴非常广泛。书中详细介绍了用于电化学储能的各种电极材料,包括锂离子电池的正负极材料(如钴酸锂、磷酸铁锂、石墨、硅等),以及钠离子电池、液流电池等新型电池的电极材料。作者对这些材料的晶体结构、电化学性能、充放电机理以及影响其性能的因素进行了详细的讲解。除了电化学储能材料,书中还介绍了用于物理储能和热储能的材料,例如飞轮储能的材料选择,以及相变材料、熔盐等热储能介质的特性和应用。书中对新型储能材料的研发方向也进行了展望,如高镍三元材料、硅碳负极、固态电解质等,让我看到了储能材料领域充满活力的创新前沿。作者在讲解这些材料时,不仅提供了大量的实验数据和理论分析,还结合了实际应用中的案例,使得内容更加生动和易于理解。
评分这本书的实用性让我惊喜,尤其是关于储能系统集成和应用的章节。它不仅仅停留在理论层面,而是深入探讨了如何将各种储能技术有效地整合到电网、微电网甚至用户侧。我之前总觉得储能系统就是一个个独立的设备,但读了这本书才明白,一个完整的储能系统需要考虑功率转换、能量管理、通信控制、安全保护等多个层面。书中详细介绍了储能系统在电力系统中的多种应用场景,比如调峰调谷、频率支撑、电压支撑、无功补偿,甚至在新能源消纳、黑启动等方面的作用。特别是对微电网中储能系统的部署和运行策略的分析,让我看到了分布式能源与储能结合的巨大前景,这对于提高能源系统的灵活性和可靠性至关重要。书中还引用了大量国内外实际项目的案例,从不同规模、不同应用场景的储能电站,到家庭储能、电动汽车 V2G(Vehicle-to-Grid)应用,都进行了详实的介绍和分析。这些案例不仅验证了书中的理论,也为读者提供了宝贵的实践经验和参考。我尤其对书中关于储能系统经济性评估的部分印象深刻,详细阐述了投资回报、度电成本等关键指标的计算方法,这对于实际项目落地非常有指导意义。
评分这本书对于储能系统的经济性分析部分,提供了非常扎实的理论基础和实用的分析方法。我之前总是觉得储能系统很昂贵,但读了这本书,才明白如何科学地评估其经济效益。书中详细阐述了储能系统的成本构成,包括设备投资成本、运行维护成本、度电成本等,并提供了多种计算方法。更重要的是,书中深入探讨了储能系统在不同应用场景下的收益来源,例如在电力市场中的辅助服务收益、容量市场收益、削峰填谷的电费节约,以及在微电网中的提高自发自用率、减少弃光弃风等收益。书中还分析了影响储能系统经济性的关键因素,如政策支持、技术进步、市场价格波动等,并对不同储能技术的经济性进行了对比分析。作者通过大量的图表和数据,直观地展示了储能系统的投资回报周期和内部收益率,这对于投资者和项目决策者来说,具有极高的参考价值。这本书让我明白,储能系统并非简单的成本,而是一项具有巨大经济潜力的投资。
评分这本书在讨论热储能技术时,其细致入微的分析让我肃然起敬。我之前对热储能的了解仅限于太阳能热水器,但这本书为我打开了一个全新的世界。它不仅仅局限于简单的水箱储热,而是深入探讨了多种形式的热储能介质和技术。书中详细介绍了熔盐储热、相变材料(PCM)储热、显热储热(如水、砂石)以及潜热储热等。特别是关于熔盐储热,作者详细介绍了其工作原理、优缺点,以及在光热发电、工业余热回收等领域的广泛应用,让我意识到这种技术在实现能源的高效利用和可持续发展方面扮演着至关重要的角色。对于相变材料(PCM),书中对其储热密度高、温度范围广的特性进行了深入剖析,并且列举了不同类型的PCM材料,如石蜡类、无机盐水合物类、脂肪酸类等,以及它们在建筑节能、暖通空调、电子设备散热等领域的应用前景,让我对这种“智能”的储热方式充满了好奇。书中还讨论了如何优化热储能系统的设计,包括传热、传质、绝热等关键环节,以及如何提高储热效率和降低储热损耗,这些内容对于理解热储能的工程实现非常有价值。
评分这本书真的让我大开眼界,之前对储能的理解非常片面,总觉得就是电池。但读了这本书才知道,原来储能的技术远不止于此,从物理储能、电化学储能,到热储能、化学储能,涵盖了太多我从未接触过的概念。特别是关于机械储能的部分,作者详细介绍了飞轮储能、压缩空气储能(CAES)和抽水蓄能,并且列举了实际案例。我之前以为飞轮储能只是玩具,但了解到它在电网调峰、功率补偿等方面的重要作用,以及其快速响应的优势,真是颠覆了我的认知。更让我惊讶的是,抽水蓄能这种“老技术”竟然在现代电网中扮演着如此核心的角色,尤其是大型抽水蓄能电站的建设和运行,其工程的宏伟和对电网稳定性的贡献,让我对能源基础设施有了全新的认识。书中对于不同储能技术的优缺点、适用场景的分析也十分透彻,让我能够结合实际需求来判断哪种技术更适合。比如,在快速调频方面,飞轮储能的优势就非常突出;而在大规模长时储能方面,抽水蓄能和CAES则各有千秋。而且,作者还深入探讨了这些技术的发展趋势和面临的挑战,让我看到了储能技术未来的无限可能,也为我日后的学习和研究提供了清晰的方向。整本书的逻辑性很强,从基础原理到应用实例,层层递进,读起来既有深度又不失趣味性,是我近期读到的最满意的一本专业书籍。
评分这本书在探讨化学储能方面,其深度和前瞻性着实令人印象深刻。我之前认为化学储能主要就是指氢能,但读完这一章,才发现化学储能的范畴远不止于此。书中详细介绍了多种化学储能技术,包括氢能、氨能、合成燃料等,并对其原理、优缺点、发展现状和应用前景进行了深入的分析。关于氢能,书中不仅介绍了电解水制氢、天然气制氢等制备方式,还详细阐述了氢气在储运、加注以及在交通、工业、发电等领域的广泛应用。特别是对液氢、固态储氢、金属氢化物储氢等不同储氢方式的优劣势进行了细致的对比,让我对氢能的规模化应用有了更清晰的认识。此外,书中对氨能的探讨也让我眼前一亮,氨作为一种易于储存和运输的载体,在替代化石燃料、实现碳减排方面展现出巨大的潜力。书中详细介绍了氨的制备、储运以及在发电、化工等领域的应用,让我看到了化学储能的另一种重要发展方向。这本书对化学储能的论述,不仅仅停留在技术层面,还深入探讨了政策法规、市场机制以及社会接受度等因素对化学储能发展的影响,这使得整本书的内容更具深度和现实意义。
评分这本书在探讨储能技术的安全问题时,其细致入微的分析让我印象深刻。我之前总觉得新能源领域安全问题不够重视,但这本书让我看到了行业对安全的严谨态度。书中详细分析了不同类型储能技术可能存在的安全风险,例如电化学储能中的热失控、短路、过充过放等问题,以及如何通过材料设计、电池管理系统(BMS)、结构优化等手段来提高电池的安全性。对于物理储能,书中也讨论了飞轮储能的转子断裂、压缩空气储能的泄露等潜在风险,并提出了相应的预防和应对措施。书中还强调了储能系统的全生命周期安全管理,从设计、制造、安装、运行到退役,每一个环节都至关重要。作者还引用了相关的国际标准和国内规范,让我对储能系统的安全标准有了更清晰的认识。这本书让我明白,安全是储能技术发展和应用的前提,任何时候都不能忽视。
评分这本书的深度和广度都让我感到震撼,尤其是在探讨电化学储能技术的部分。我一直对锂离子电池很熟悉,但读完这章,才意识到锂离子电池的内部结构、电化学反应机理、不同正负极材料的性能差异,原来是如此复杂而精妙。书中对锂枝晶的形成、热失控的机理分析,以及如何通过材料设计和电解液优化来抑制这些问题,讲得非常细致,让我对电池安全有了更深刻的理解。更让我惊叹的是,除了锂离子电池,书中还介绍了钠离子电池、液流电池、全固态电池等新兴技术。特别是钠离子电池,作为锂离子电池的潜在替代品,其成本优势和资源丰富性给我留下了深刻印象,书中对其发展现状、技术瓶颈和未来前景的分析,让我看到了清洁能源领域新的突破点。而液流电池,其能量和功率可独立扩展的特性,在大规模长时储能方面展现出巨大的潜力,书中对其不同体系(如钒液流电池、锌溴液流电池)的原理、优劣势进行了详细对比,让我对电化学储能的多样性有了更全面的认识。全固态电池更是让我看到了未来储能技术的终极形态,尽管目前仍面临诸多挑战,但其高能量密度和高安全性,无疑是未来的发展方向。作者在阐述这些复杂原理时,运用了大量的图表和公式,使得理论部分更加严谨,同时又不至于过于晦涩难懂,整体阅读体验非常棒。
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