能量存儲技術(shù),特別是大功率、大規(guī)模的能量存儲技術(shù),在現(xiàn)代化的能量生產(chǎn)、傳輸、分配和利用中發(fā)揮著越來越重要的作用。本書基于一批國外高校、研究機(jī)構(gòu)和能源管理運(yùn)營企業(yè)的理論研究、技術(shù)開發(fā)和生產(chǎn)實際應(yīng)用情況,以電能生產(chǎn)和利用為重點,全面深入地介紹了大規(guī)模儲能技術(shù)。書中首先分析了高滲透率間歇性可再生能源對電網(wǎng)的影響,以此引出儲能系統(tǒng)在其中的應(yīng)用價值和發(fā)展前景。后面的章節(jié)依次詳細(xì)介紹了抽水蓄能、地下抽水蓄能、壓縮空氣儲能、電池儲能、太陽熱能存儲和天然氣存儲等不同形式大規(guī)模儲能技術(shù)的工作原理、研發(fā)現(xiàn)狀,并結(jié)合具體應(yīng)用案例的分析,以翔實的數(shù)據(jù)和圖表證實了相關(guān)結(jié)論。本書既可以作為電氣工程、熱能工程等能源類專業(yè)本科和研究生的教學(xué)用書,也可作為能源領(lǐng)域工程技術(shù)人員的工具手冊和參考用書。
本書很大程度上得益于科羅拉多大學(xué)波爾得分校一批學(xué)生的努力. 這些學(xué)生對提高電網(wǎng)中可再生能源的滲透率很感興趣. 我們的初期工作試圖包括系統(tǒng)可靠性、選址、經(jīng)濟(jì)性和效率等問題. 但隨著時間的推移. 透過可再生能源發(fā)電滲透率的增長對我們電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性和碳排放等方面的影響. 這項工作開始關(guān)注能量存儲. 我們首先關(guān)注于效用規(guī)模. 并借鑒和加入了工作于儲能領(lǐng)域的其他研究者的諸多成果和貢獻(xiàn). 以便更完整地覆蓋該領(lǐng)域中所有重要專題.多年前人們提出的關(guān)于儲能經(jīng)濟(jì)性和系統(tǒng)建設(shè)困難等問題.現(xiàn)在仍然未完全解決. 很多研究也得出了不一致的結(jié)論.但我們相信. 當(dāng)電網(wǎng)中風(fēng)能、太陽能和其他可再生能源大量增加時. 電能存儲將會變得非常重要. 通過存儲使用的電能將成為系統(tǒng)總電能中的重要部分. 本書中我們調(diào)研了可以實現(xiàn)大容量儲能. 并能再將其轉(zhuǎn)換成電能的大量方法.我們希望本書內(nèi)容可以有益于不同的人群. 如在利用儲能提高電網(wǎng)可再生能源滲透率時需要參考意見的決策者、研發(fā)者及學(xué)生.Frank S.. Barnes 和Jonah G.. LevineⅤ致 謝我們要向弗蘭克( Frank Krieth) 博士表達(dá)我們的謝意. 他為本書提供了建議. 并且?guī)椭覀冋心紵崮芎托铍姵貎δ苷鹿?jié)的作者. 同時我們也要感謝科羅拉多能源研究所(CERI)、?宋鳡柲茉垂( Xcel Corporation)、科羅拉多大學(xué)的可再生與可持續(xù)能源研究所( RASEI) 給予的經(jīng)費資助. 使得本書中的許多工作得以實現(xiàn).Frank S.. Barnes 和Jonah G.. Levine
譯者序
原書前言
致謝
作者名單
第1 章 儲能在電能的產(chǎn)生和消耗中的應(yīng)用 1
。. 1 引言 2
1. 2 爬坡速率挑戰(zhàn) 8
。. 3 容量挑戰(zhàn) 11
參考文獻(xiàn) 14
其他可讀的參考文獻(xiàn) 15
第2 章 間歇性能源發(fā)電的影響 17
2. 1 引言 18
。. 2 風(fēng)能、天然氣、煤炭集成發(fā)電 18
。. 3 周期運(yùn)行的影響 21
。. 4 科羅拉多公共服務(wù)公司實例研究 29
。. 4. 1 數(shù)據(jù)和方法 29
2. 4. 2。玻埃埃 年7 月2 日的風(fēng)電上網(wǎng)實例 30
。. 4. 2. 1 所選科羅拉多公共服務(wù)公司電廠的
爬坡速率 33
。. 4. 2. 2 對影響氣體污染物排放的估算 34
2. 4. 2. 3 關(guān)于2008 年7 月2 日風(fēng)力發(fā)電上網(wǎng)
實例的結(jié)論 38
。. 4. 3。玻埃埃 年9 月28 ~29 日的風(fēng)力發(fā)電上網(wǎng)
實例 38
2. 4. 4 科羅拉多公共服務(wù)公司實例分析的結(jié)論 41
。. 5 科羅拉多公共服務(wù)公司和得克薩斯可靠電力
委員會電力系統(tǒng)對比 42
。. 6 得克薩斯可靠電力委員會電力系統(tǒng)內(nèi)風(fēng)能、燃煤
發(fā)電及燃?xì)獍l(fā)電的相互影響 42
2. 6. 1 燃煤發(fā)電和燃?xì)獍l(fā)電實施周期運(yùn)行的頻率 43
。. 6. 2 對氣體污染物排放的影響: J. T. Deeley 電廠的實例研究 44
。. 6. 3 關(guān)于得克薩斯可靠電力委員會系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程的總結(jié) 47
2. 7 結(jié)論和展望 48
參考文獻(xiàn) 50
第3 章 抽水蓄能 51
。. 1 基本概念 52
。. 2 抽水蓄能接入電力系統(tǒng)的意義 52
。. 3 實例: Dominion Power 公司在Bath 縣的抽水蓄能電站 53
。. 4 抽水蓄能效率 54
。. 5 美國抽水蓄能設(shè)備 54
3. 6 能量與功率潛力 59
。. 7 開發(fā) 60
3. 7. 1 環(huán)境考慮 61
。. 7. 2 系統(tǒng)組成 61
3. 7. 2. 1 水庫 61
。. 7. 2. 2 水道 63
3. 7. 2. 3 沖擊式渦輪機(jī)與離心水泵 70
參考文獻(xiàn) 71
第4 章 地下抽水蓄能 73
。. 1 引言 74
。. 1. 1 系統(tǒng)規(guī)模 75
。. 1. 2 設(shè)計概述 75
。. 2 文獻(xiàn)綜述 76
。. 3 小型(含水層) 地下抽水蓄能 77
4. 3. 1 系統(tǒng)描述和運(yùn)行 77
。. 3. 2 性能建模 79
。. 3. 3 水泵水輪機(jī) 83
。. 3. 4 電動發(fā)電機(jī) 84
。. 3. 5 電氣系統(tǒng) 85
。. 3. 6 水井 88
4. 3. 7 地表蓄水池 92
。. 3. 8 系統(tǒng)效率 93
。. 3. 9 含水層水文地質(zhì) 94
。. 3. 10 法律事項 95
Ⅸ
目 錄
。. 3. 11 經(jīng)濟(jì)性 98
。. 4 未來前景 99
參考文獻(xiàn) 99
第5 章 壓縮空氣儲能 101
5. 1 背景 102
。. 2 大規(guī)模儲能發(fā)展的動力 103
。. 3 系統(tǒng)的運(yùn)行 105
。. 4 適合于壓縮空氣儲能的地質(zhì)特性 106
5. 4. 1 鹽巖洞 107
。. 4. 2 硬巖層 108
。. 4. 3 多孔巖 109
。. 5 已有的和在建、計劃的壓縮空氣電站 112
5. 5. 1 德國HUNTORF 電站 112
。. 5. 2 美國亞拉巴馬州Mclntosh 電站 113
。. 5. 3 美國俄亥俄州Norton 在建項目 114
5. 5. 4 美國艾奧瓦州在建項目IMAU 114
。. 5. 5 美國得克薩斯州計劃項目 114
5. 6 壓縮空氣儲能的運(yùn)行和性能 114
。. 6. 1 爬坡、轉(zhuǎn)換和部分負(fù)荷運(yùn)行 114
5. 6. 2 恒定容量和恒定氣壓 116
。. 6. 3 洞穴尺寸 117
。. 6. 4 壓縮空氣儲能系統(tǒng)的性能指標(biāo) 119
。. 6. 4. 1 熱耗率 120
5. 6. 4. 2 充電轉(zhuǎn)換率 121
。. 7 單參數(shù)壓縮空氣儲能性能指標(biāo) 121
。. 7. 1 主能量效率 122
。. 7. 2 儲能循環(huán)效率 122
5. 8 其他度量方法 123
。. 9 前沿技術(shù) 124
。. 10 結(jié)論 126
參考文獻(xiàn) 127
附錄 存儲量要求 132
情況1 洞穴壓力為常數(shù) 133
情況2 變化的洞穴壓力和變化的渦輪機(jī)入口壓力 134
情況3 變化的洞穴壓力和恒定的渦輪機(jī)入口壓力 134
Ⅹ
大規(guī)模儲能系統(tǒng)
第6 章 電池儲能 137
。. 1 引言 138
。. 1. 1 蓄電池或可充電電池 139
6. 2 能量和功率 139
。. 2. 1 鉛酸電池 139
6. 2. 2 鈉硫(NaS) 電池 141
。. 2. 2. 1 案例1 美國電力鈉硫電池工程 145
。. 2. 2. 2 案例2 Xcel Energy 對利用1 MW 電池系統(tǒng)存儲風(fēng)能的
測試 147
。. 2. 3 全釩氧化還原電池 148
6. 2. 3. 1 其他電化學(xué)儲