《儲能技術及應用》主要講述瞭儲能在電力係統、交通運輸、新能源發電和移動電子設備中的應用;介紹瞭現在主要的儲能技術,包括各種儲氫技術與燃料電池、電化學儲能、超級電容器與微電源等;分析瞭主要儲能技術的性能特點、材料與關鍵技術,以及在典型應用係統中的技術經濟性等。《儲能技術及應用》適閤於麵嚮智能電網、新能源汽車與移動式電子應用的儲能科研、規劃、設計與運行的工程師,以及高等院校從事儲能與應用的教師與研究生閱讀。
譯者的話
概論1
第1章 應用於電力係統的儲能技術11
1.1 簡介12
1.2 儲能技術應用於發電環節13
1.2.1 “大功率儲能”可以使發電收益最大化13
1.2.2 “大功率儲能”可以減輕發電係統的運行和經營風險14
1.2.3 儲能的輔助服務15
1.3 儲能技術應用於間歇式電源16
1.3.1 不含儲能的調頻16
1.3.2 儲能對功率/頻率的調節作用18
1.3.3 儲能的其他輔助功能20
1.4 儲能技術應用於輸電係統21
1.4.1 投資控製與阻塞管理21
1.4.2 調頻與平衡機製21
1.4.3 電壓調節與電能質量21
1.4.4 係統安全與故障恢復22
1.4.5 其他可能的應用22
1.5 儲能技術應用於配電係統23
1.5.1 儲能對電網規劃的作用23
1.5.2 其他應用26
1.6 儲能技術應用於電力零售27
1.6.1 利用儲能降低采購成本28
1.6.2 利用儲能降低采購成本風險28
1.7 儲能應用於電力用戶28
1.7.1 儲能的削峰作用28
1.7.2 儲能對移峰用電的作用29
1.7.3 儲能對供電質量和供電連續性的作用30
1.7.4 無功補償32
1.8 儲能技術應用於電力平衡機製32
1.9 結論34
1.10 參考文獻36
第2章 交通運輸:鐵路,公路,航空,海運39
2.1 簡介40
2.2 電能是二次能源40
2.2.1 陸地交通40
2.2.2 航空運輸43
2.2.3 鐵路運輸44
2.2.4 海上運輸44
2.3 電能:主要或唯一的能量來源44
2.3.1 電動汽車44
2.3.2 重型貨車與客車51
2.3.3 兩輪機動車51
2.3.4 導引型車輛(火車、地鐵、有軌電車、無軌電車) 52
2.3.5 海上交通———遊艇53
2.4 電能與其他能源互為補充———混閤動力53
2.4.1 並聯結構54
2.4.2 串聯結構56
2.4.3 路耦閤57
2.4.4 混閤動力的軌道機車57
2.5 結論58
2.6 參考文獻60
第3章 光伏發電係統中的儲能技術61
3.1 簡介62 3.2 獨立光伏發電係統62
3.2.1 基本原理62
3.2.2 不可或缺的環節:儲能62
3.2.3 光伏發電係統的市場63
3.2.4 獨立光伏發電係統中儲能的容量配置64
3.2.5 選擇適宜的儲能技術64
3.3 鉛酸蓄電池壽命受限66
3.3.1 蓄電池的能量管理67
3.3.2 具有發展前景的鋰離子電池技術68
3.4 並網光伏發電係統70
3.4.1 不斷發展的電網70
3.4.2 多樣化的儲能係統71
3.4.3 儲能接入並網:電力部門要解決的重要問題72
3.5 參考文獻73
第4章 移動式應用與微能源74
4.1 各種移動式應用場閤的能源需求75
4.1.1 “微”功率(su�玻祝幔簦簦� 75
4.1.2 “大”功率(幾瓦的功率) 76
4.1.3 能量需求76
4.1.4 滿足特定供電需求的持續時間78
4.2 供能微型化所帶來的新特點79
4.3 電容儲能80
4.4 電化學儲能80
4.4.1 一次電池81
4.4.2 蓄電池81
4.4.3 燃料電池83
4.5 碳氫化閤物83
4.5.1 功率MEMS 84
4.6 熱電89
4.7 摩擦發電89
4.8 放射源90
4.9 捕獲環境能90
4.9.1 太陽能90
4.9.2 熱能90
4.9.3 化學能:生活能源91
4.9.4 機械能91
4.9.5 應答機92
4.10 其他相關的電子設備:闆載供電93
4.11 參考文獻94
第5章 儲氫100
5.1 簡介101
5.2 儲氫概述101
5.2.1 相關能量參數101
5.2.2 密度與比密度102
5.3 壓力儲氫104
5.3.1 儲氫容器104
5.3.2 網絡配送105
5.4 低溫儲氫105
5.4.1 交通運輸的液氫儲存105
5.4.2 固定式液氫儲存106
5.5 固態儲氫106
5.5.1 物理(化學)吸附方式的物理儲氫106
5.5.2 化學儲氫108
5.6 其他儲氫模式110
5.6.1 硼酸鹽111
5.6.2 硼酸鹽和氫化物的混閤物111
5.6.3 混閤儲氫111
5.7 討論:技術、能量、經濟層麵112
5.8 參考文獻113
第6章 燃料電池:原理和功能115
6.1 什麼是單體或電池? 116
6.2 化學能117
6.3 化學反應詳解119
6.4 質子交換膜燃料電池123
6.5 固體氧化物燃料電池123
6.6 堿性燃料電池124
6.7 不同類型燃料電池對比125
6.8 催化劑127
6.9 關鍵因素128
6.10 結論:儲能的應用129
第7章 燃料電池:運行係統131
7.1 簡介:什麼是燃料電池係統? 132
7.2 空氣供給係統134
7.2.1 總體需求134
7.2.2 選擇適閤燃料電池係統的壓縮機135
7.3 氣體加濕係統137
7.3.1 總體需求137
7.3.2 閤適的加濕方式138
7.3.3 膜交換器和焓輪138
7.3.4 帶有蓄水容器的係統139
7.4 電堆終端的固態變換器140
7.5 壽命、可靠性和診斷141
7.5.1 故障及其原因141
7.5.2 燃料電池性能的實驗方法142
7.5.3 診斷方法和策略143
7.6 參考文獻144
第8章 電化學儲能:一次電池與蓄電池147
8.1 蓄電池概述:工作原理148
8.2 應用150
8.2.1 運用儲能管理電力係統和交通係統的整體構架150
8.2.2 儲能技術發展曆程151
8.2.3 鋰離子電池是混閤動力汽車的核心151
8.2.4 鋰離子電池技術是光伏發電應用的核心152
8.2.5 法國在儲能市場中的地位153
8.3 電池技術發展曆史157
8.3.1 鉛酸電池157
8.3.2 Ni�玻茫洌�鎳鎘電池) 159
8.3.3 Ni�玻停� (鎳氫電池) 159
8.3.4 Nickel�玻塚椋睿悖�鎳鋅電池) 160
8.3.5 Na�玻櫻�鈉硫電池) 161
8.3.6 氧化還原(液流)電池161 8.3.7 Zebra電池161
8.3.8 鋅�部盞緋兀ǎ塚椋睿悛玻幔椋潁� 162
8.3.9 鋰電池162
8.4 應用需求165
8.4.1 混閤動力汽車和電動汽車165
8.4.2 光伏發電應用166
8.4.3 移動式電子設備166
8.5 聚焦鋰離子電池技術167
8.5.1 基本原理167
8.5.2 正極材料的發展167
8.5.3 負極材料的發展169
8.5.4 該領域的主要參與者171
8.5.5 電解質的研發171
8.6 鋰離子電池的處理和再循環利用173
8.7 其他電池174
8.7.1 微型電池,印刷電池等174
8.7.2 電解質176
8.7.3 搖椅微型電源176
8.7.4 製造技術176
8.7.5 印製電池177
8.8 參考文獻178
第9章 超級電容器:原理、容量配置、功率接口及應用181
9.1 簡介182
9.2 超級電容器:雙電層電容器183
9.2.1 基本原理183
9.2.2 電氣模型———主要參數185
9.2.3 熱模型188
9.3 超級電容器組的容量配置189
9.3.1 以能量作為選擇依據189
9.3.2 以功率作為選擇依據———兼顧效率190
9.4 功率接口191
9.4.1 電壓均衡191
9.4.2 固態變換器193
9.5 應用195
9.5.1 概述195
9.5.2 超級電容器作為主電源195
9.5.3 混閤電源係統196
9.6 參考文獻199
作者名單201
這本書在討論儲能材料時,其深入的程度和廣度讓我印象深刻。我之前以為儲能材料就是電池裏的電極材料,但讀完這一章節,纔發現儲能材料的範疇非常廣泛。書中詳細介紹瞭用於電化學儲能的各種電極材料,包括鋰離子電池的正負極材料(如鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、石墨、矽等),以及鈉離子電池、液流電池等新型電池的電極材料。作者對這些材料的晶體結構、電化學性能、充放電機理以及影響其性能的因素進行瞭詳細的講解。除瞭電化學儲能材料,書中還介紹瞭用於物理儲能和熱儲能的材料,例如飛輪儲能的材料選擇,以及相變材料、熔鹽等熱儲能介質的特性和應用。書中對新型儲能材料的研發方嚮也進行瞭展望,如高鎳三元材料、矽碳負極、固態電解質等,讓我看到瞭儲能材料領域充滿活力的創新前沿。作者在講解這些材料時,不僅提供瞭大量的實驗數據和理論分析,還結閤瞭實際應用中的案例,使得內容更加生動和易於理解。
評分這本書在探討化學儲能方麵,其深度和前瞻性著實令人印象深刻。我之前認為化學儲能主要就是指氫能,但讀完這一章,纔發現化學儲能的範疇遠不止於此。書中詳細介紹瞭多種化學儲能技術,包括氫能、氨能、閤成燃料等,並對其原理、優缺點、發展現狀和應用前景進行瞭深入的分析。關於氫能,書中不僅介紹瞭電解水製氫、天然氣製氫等製備方式,還詳細闡述瞭氫氣在儲運、加注以及在交通、工業、發電等領域的廣泛應用。特彆是對液氫、固態儲氫、金屬氫化物儲氫等不同儲氫方式的優劣勢進行瞭細緻的對比,讓我對氫能的規模化應用有瞭更清晰的認識。此外,書中對氨能的探討也讓我眼前一亮,氨作為一種易於儲存和運輸的載體,在替代化石燃料、實現碳減排方麵展現齣巨大的潛力。書中詳細介紹瞭氨的製備、儲運以及在發電、化工等領域的應用,讓我看到瞭化學儲能的另一種重要發展方嚮。這本書對化學儲能的論述,不僅僅停留在技術層麵,還深入探討瞭政策法規、市場機製以及社會接受度等因素對化學儲能發展的影響,這使得整本書的內容更具深度和現實意義。
評分這本書的實用性讓我驚喜,尤其是關於儲能係統集成和應用的章節。它不僅僅停留在理論層麵,而是深入探討瞭如何將各種儲能技術有效地整閤到電網、微電網甚至用戶側。我之前總覺得儲能係統就是一個個獨立的設備,但讀瞭這本書纔明白,一個完整的儲能係統需要考慮功率轉換、能量管理、通信控製、安全保護等多個層麵。書中詳細介紹瞭儲能係統在電力係統中的多種應用場景,比如調峰調榖、頻率支撐、電壓支撐、無功補償,甚至在新能源消納、黑啓動等方麵的作用。特彆是對微電網中儲能係統的部署和運行策略的分析,讓我看到瞭分布式能源與儲能結閤的巨大前景,這對於提高能源係統的靈活性和可靠性至關重要。書中還引用瞭大量國內外實際項目的案例,從不同規模、不同應用場景的儲能電站,到傢庭儲能、電動汽車 V2G(Vehicle-to-Grid)應用,都進行瞭詳實的介紹和分析。這些案例不僅驗證瞭書中的理論,也為讀者提供瞭寶貴的實踐經驗和參考。我尤其對書中關於儲能係統經濟性評估的部分印象深刻,詳細闡述瞭投資迴報、度電成本等關鍵指標的計算方法,這對於實際項目落地非常有指導意義。
評分這本書真的讓我大開眼界,之前對儲能的理解非常片麵,總覺得就是電池。但讀瞭這本書纔知道,原來儲能的技術遠不止於此,從物理儲能、電化學儲能,到熱儲能、化學儲能,涵蓋瞭太多我從未接觸過的概念。特彆是關於機械儲能的部分,作者詳細介紹瞭飛輪儲能、壓縮空氣儲能(CAES)和抽水蓄能,並且列舉瞭實際案例。我之前以為飛輪儲能隻是玩具,但瞭解到它在電網調峰、功率補償等方麵的重要作用,以及其快速響應的優勢,真是顛覆瞭我的認知。更讓我驚訝的是,抽水蓄能這種“老技術”竟然在現代電網中扮演著如此核心的角色,尤其是大型抽水蓄能電站的建設和運行,其工程的宏偉和對電網穩定性的貢獻,讓我對能源基礎設施有瞭全新的認識。書中對於不同儲能技術的優缺點、適用場景的分析也十分透徹,讓我能夠結閤實際需求來判斷哪種技術更適閤。比如,在快速調頻方麵,飛輪儲能的優勢就非常突齣;而在大規模長時儲能方麵,抽水蓄能和CAES則各有韆鞦。而且,作者還深入探討瞭這些技術的發展趨勢和麵臨的挑戰,讓我看到瞭儲能技術未來的無限可能,也為我日後的學習和研究提供瞭清晰的方嚮。整本書的邏輯性很強,從基礎原理到應用實例,層層遞進,讀起來既有深度又不失趣味性,是我近期讀到的最滿意的一本專業書籍。
評分這本書在討論熱儲能技術時,其細緻入微的分析讓我肅然起敬。我之前對熱儲能的瞭解僅限於太陽能熱水器,但這本書為我打開瞭一個全新的世界。它不僅僅局限於簡單的水箱儲熱,而是深入探討瞭多種形式的熱儲能介質和技術。書中詳細介紹瞭熔鹽儲熱、相變材料(PCM)儲熱、顯熱儲熱(如水、砂石)以及潛熱儲熱等。特彆是關於熔鹽儲熱,作者詳細介紹瞭其工作原理、優缺點,以及在光熱發電、工業餘熱迴收等領域的廣泛應用,讓我意識到這種技術在實現能源的高效利用和可持續發展方麵扮演著至關重要的角色。對於相變材料(PCM),書中對其儲熱密度高、溫度範圍廣的特性進行瞭深入剖析,並且列舉瞭不同類型的PCM材料,如石蠟類、無機鹽水閤物類、脂肪酸類等,以及它們在建築節能、暖通空調、電子設備散熱等領域的應用前景,讓我對這種“智能”的儲熱方式充滿瞭好奇。書中還討論瞭如何優化熱儲能係統的設計,包括傳熱、傳質、絕熱等關鍵環節,以及如何提高儲熱效率和降低儲熱損耗,這些內容對於理解熱儲能的工程實現非常有價值。
評分這本書在展望儲能技術的未來發展趨勢時,其深度和廣度都令人信服。我之前總覺得儲能技術的發展已經比較成熟,但讀完這一章,纔意識到未來還有巨大的潛力等待挖掘。書中深入分析瞭下一代儲能技術的發展方嚮,例如高能量密度、長壽命、低成本的電池技術,如固態電池、鋰硫電池、鋰空氣電池等。同時,書中也對氫能、氨能等化學儲能的規模化應用進行瞭展望,以及儲能技術與人工智能、大數據等新興技術的融閤,例如智能化的儲能係統控製、預測性維護等。書中還討論瞭儲能技術在能源互聯網、智慧城市建設中的關鍵作用,以及儲能技術如何助力實現碳中和目標。作者在論述這些未來趨勢時,不僅引用瞭大量的研究成果和行業報告,還結閤瞭對技術發展規律的深刻洞察,讓我對儲能技術的未來充滿瞭信心和期待。這本書不僅僅是一本技術手冊,更是一份關於能源未來發展的啓示錄。
評分這本書對於儲能係統的經濟性分析部分,提供瞭非常紮實的理論基礎和實用的分析方法。我之前總是覺得儲能係統很昂貴,但讀瞭這本書,纔明白如何科學地評估其經濟效益。書中詳細闡述瞭儲能係統的成本構成,包括設備投資成本、運行維護成本、度電成本等,並提供瞭多種計算方法。更重要的是,書中深入探討瞭儲能係統在不同應用場景下的收益來源,例如在電力市場中的輔助服務收益、容量市場收益、削峰填榖的電費節約,以及在微電網中的提高自發自用率、減少棄光棄風等收益。書中還分析瞭影響儲能係統經濟性的關鍵因素,如政策支持、技術進步、市場價格波動等,並對不同儲能技術的經濟性進行瞭對比分析。作者通過大量的圖錶和數據,直觀地展示瞭儲能係統的投資迴報周期和內部收益率,這對於投資者和項目決策者來說,具有極高的參考價值。這本書讓我明白,儲能係統並非簡單的成本,而是一項具有巨大經濟潛力的投資。
評分這本書的深度和廣度都讓我感到震撼,尤其是在探討電化學儲能技術的部分。我一直對鋰離子電池很熟悉,但讀完這章,纔意識到鋰離子電池的內部結構、電化學反應機理、不同正負極材料的性能差異,原來是如此復雜而精妙。書中對鋰枝晶的形成、熱失控的機理分析,以及如何通過材料設計和電解液優化來抑製這些問題,講得非常細緻,讓我對電池安全有瞭更深刻的理解。更讓我驚嘆的是,除瞭鋰離子電池,書中還介紹瞭鈉離子電池、液流電池、全固態電池等新興技術。特彆是鈉離子電池,作為鋰離子電池的潛在替代品,其成本優勢和資源豐富性給我留下瞭深刻印象,書中對其發展現狀、技術瓶頸和未來前景的分析,讓我看到瞭清潔能源領域新的突破點。而液流電池,其能量和功率可獨立擴展的特性,在大規模長時儲能方麵展現齣巨大的潛力,書中對其不同體係(如釩液流電池、鋅溴液流電池)的原理、優劣勢進行瞭詳細對比,讓我對電化學儲能的多樣性有瞭更全麵的認識。全固態電池更是讓我看到瞭未來儲能技術的終極形態,盡管目前仍麵臨諸多挑戰,但其高能量密度和高安全性,無疑是未來的發展方嚮。作者在闡述這些復雜原理時,運用瞭大量的圖錶和公式,使得理論部分更加嚴謹,同時又不至於過於晦澀難懂,整體閱讀體驗非常棒。
評分這本書的章節安排非常閤理,從基礎理論到前沿技術,再到實際應用,層層遞進,讓讀者能夠循序漸進地掌握儲能技術的核心內容。我特彆喜歡關於儲能與可再生能源並網的部分。書中深入分析瞭太陽能、風能等間歇性新能源在並網過程中麵臨的挑戰,以及儲能係統如何通過削峰填榖、平滑輸齣、提高可再生能源的利用率來解決這些問題。書中詳細介紹瞭各種儲能技術在新能源並網中的應用模式,比如利用電池儲能進行短時功率調節,利用抽水蓄能和壓縮空氣儲能進行長時能量調度。書中還提到瞭儲能係統在電網中的“靈活性服務”作用,如調頻、調壓、黑啓動等,這些都是保障電網穩定運行不可或缺的功能。我之前對這些概念瞭解不多,通過這本書的學習,我纔認識到儲能係統在提升電網韌性、應對電網波動性方麵的關鍵作用。書中還引用瞭一些具體的電網案例,分析瞭儲能係統如何幫助電網提高對可再生能源的接納能力,並保障電網的安全穩定運行,這些案例為我提供瞭非常生動的學習素材。
評分這本書在探討儲能技術的安全問題時,其細緻入微的分析讓我印象深刻。我之前總覺得新能源領域安全問題不夠重視,但這本書讓我看到瞭行業對安全的嚴謹態度。書中詳細分析瞭不同類型儲能技術可能存在的安全風險,例如電化學儲能中的熱失控、短路、過充過放等問題,以及如何通過材料設計、電池管理係統(BMS)、結構優化等手段來提高電池的安全性。對於物理儲能,書中也討論瞭飛輪儲能的轉子斷裂、壓縮空氣儲能的泄露等潛在風險,並提齣瞭相應的預防和應對措施。書中還強調瞭儲能係統的全生命周期安全管理,從設計、製造、安裝、運行到退役,每一個環節都至關重要。作者還引用瞭相關的國際標準和國內規範,讓我對儲能係統的安全標準有瞭更清晰的認識。這本書讓我明白,安全是儲能技術發展和應用的前提,任何時候都不能忽視。
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