隨著智能電網(wǎng)、新能源發(fā)電、電動汽車與移動式設(shè)備的發(fā)展,對儲能技術(shù)及其應(yīng)用系統(tǒng)的需求越發(fā)迫切。近年來,國內(nèi)儲能相關(guān)的研究、開發(fā)與應(yīng)用工作越來越多,但尚缺少一本全面介紹儲能技術(shù)及其應(yīng)用的專著或譯著,這也是譯者想把本書介紹給國內(nèi)讀者的一個重要原因。
本書由來自法國科研院所和電力公司的19位作者共同編寫而成,他們將各自不同的專業(yè)技術(shù)背景有機結(jié)合起來,從微觀到宏觀,為我們展現(xiàn)了一個紛繁而奇特的儲能世界。
本書共9章,第1~4章主要介紹了儲能在電力系統(tǒng)、交通運輸、新能源發(fā)電和移動式設(shè)備中的應(yīng)用;第5~7章介紹了幾種主要的儲氫與燃料電池技術(shù);第8章和第9章重點分析了典型的電化學儲能與超級電容器的性能特點、關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用。
本書第2章與第9章由周龍翻譯,第3章由韓娜翻譯,第5~7章由徐魯寧翻譯,其余部分由唐西勝翻譯,博士研究生劉文軍和苗福豐也參與了部分翻譯工作。全書由唐西勝統(tǒng)稿。
感謝中國科學院電工研究所的齊智平研究員、中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所的張一鳴博士和ABB中國研究院的張國駒博士在本書翻譯過程中給予的指導(dǎo)與幫助。
儲能技術(shù)門類龐多,涉及多學科、多領(lǐng)域的專業(yè)知識,盡管譯者竭力求實,但受水平和專業(yè)領(lǐng)域所限,加之部分技術(shù)處于前沿,本書難免存在錯誤和不妥之處,懇請讀者不吝賜正。
唐西勝于中國科學院電工研究所Ⅲ
譯者的話
概論1
第1章 應(yīng)用于電力系統(tǒng)的儲能技術(shù)11
。.1 簡介12
。.2 儲能技術(shù)應(yīng)用于發(fā)電環(huán)節(jié)13
。.2.1 “大功率儲能”可以使發(fā)電收益最大化13
。.2.2 “大功率儲能”可以減輕發(fā)電系統(tǒng)的運行和經(jīng)營風險14
。.2.3 儲能的輔助服務(wù)15
1.3 儲能技術(shù)應(yīng)用于間歇式電源16
。.3.1 不含儲能的調(diào)頻16
1.3.2 儲能對功率/頻率的調(diào)節(jié)作用18
。.3.3 儲能的其他輔助功能20
1.4 儲能技術(shù)應(yīng)用于輸電系統(tǒng)21
。.4.1 投資控制與阻塞管理21
1.4.2 調(diào)頻與平衡機制21
。.4.3 電壓調(diào)節(jié)與電能質(zhì)量21
1.4.4 系統(tǒng)安全與故障恢復(fù)22
。.4.5 其他可能的應(yīng)用22
。.5 儲能技術(shù)應(yīng)用于配電系統(tǒng)23
。.5.1 儲能對電網(wǎng)規(guī)劃的作用23
1.5.2 其他應(yīng)用26
。.6 儲能技術(shù)應(yīng)用于電力零售27
1.6.1 利用儲能降低采購成本28
。.6.2 利用儲能降低采購成本風險28
。.7 儲能應(yīng)用于電力用戶28
1.7.1 儲能的削峰作用28
。.7.2 儲能對移峰用電的作用29
1.7.3 儲能對供電質(zhì)量和供電連續(xù)性的作用30
。.7.4 無功補償32
。.8 儲能技術(shù)應(yīng)用于電力平衡機制32
。.9 結(jié)論34
。.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 電能是二次能源40
2.2.1 陸地交通40
。.2.2 航空運輸43
。.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
。.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
。.3.4 導(dǎo)引型車輛(火車、地鐵、有軌電車、無軌電車) 52
2.3.5 海上交通———游艇53
。.4 電能與其他能源互為補充———混合動力53
。.4.1 并聯(lián)結(jié)構(gòu)54
2.4.2 串聯(lián)結(jié)構(gòu)56
。.4.3 路耦合57
。.4.4 混合動力的軌道機車57
2.5 結(jié)論58
。.6 參考文獻60
第3章 光伏發(fā)電系統(tǒng)中的儲能技術(shù)61
3.1 簡介62 。.2 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)62
3.2.1 基本原理62
。.2.2 不可或缺的環(huán)節(jié):儲能62
3.2.3 光伏發(fā)電系統(tǒng)的市場63
3.2.4 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中儲能的容量配置64
。.2.5 選擇適宜的儲能技術(shù)64
3.3 鉛酸蓄電池壽命受限66
。.3.1 蓄電池的能量管理67
。.3.2 具有發(fā)展前景的鋰離子電池技術(shù)68
3.4 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)70
。.4.1 不斷發(fā)展的電網(wǎng)70
3.4.2 多樣化的儲能系統(tǒng)71
。.4.3 儲能接入并網(wǎng):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(yīng)用與微能源74
。.1 各種移動式應(yīng)用場合的能源需求75
4.1.1 “微”功率(suWatt) 75
。.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(xù)時間78
。.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
。.4.1 一次電池81
。.4.2 蓄電池81
4.4.3 燃料電池83
。.5 碳氫化合物83
。.5.1 功率MEMS 84
4.6 熱電89
。.7 摩擦發(fā)電89
。.8 放射源90
4.9 捕獲環(huán)境能90
。.9.1 太陽能90
。.9.2 熱能90
4.9.3 化學能:生活能源91
。.9.4 機械能91
。.9.5 應(yīng)答機92
4.10 其他相關(guān)的電子設(shè)備:板載供電93
。.11 參考文獻94
第5章 儲氫100
5.1 簡介101
5.2 儲氫概述101
。.2.1 相關(guān)能量參數(shù)101
5.2.2 密度與比密度102
。.3 壓力儲氫104
。.3.1 儲氫容器104
5.3.2 網(wǎng)絡(luò)配送105
。.4 低溫儲氫105
5.4.1 交通運輸?shù)囊簹鋬Υ妫保埃?
。.4.2 固定式液氫儲存106
5.5 固態(tài)儲氫106
5.5.1 物理(化學)吸附方式的物理儲氫106
。.5.2 化學儲氫108
5.6 其他儲氫模式110
5.6.1 硼酸鹽111
。.6.2 硼酸鹽和氫化物的混合物111
5.6.3 混合儲氫111
5.7 討論:技術(shù)、能量、經(jīng)濟層面112
。.8 參考文獻113
第6章 燃料電池:原理和功能115
6.1 什么是單體或電池? 116
。.2 化學能117
6.3 化學反應(yīng)詳解119
6.4 質(zhì)子交換膜燃料電池123
。.5 固體氧化物燃料電池123
。.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
。.9 關(guān)鍵因素128
6.10 結(jié)論:儲能的應(yīng)用129
第7章 燃料電池:運行系統(tǒng)131
7.1 簡介:什么是燃料電池系統(tǒng)? 132
。.2 空氣供給系統(tǒng)134
7.2.1 總體需求134
7.2.2 選擇適合燃料電池系統(tǒng)的壓縮機135
。.3 氣體加濕系統(tǒng)137
7.3.1 總體需求137
。.3.2 合適的加濕方式138
7.3.3 膜交換器和焓輪138
。.3.4 帶有蓄水容器的系統(tǒng)139
。.4 電堆終端的固態(tài)變換器140
。.5 壽命、可靠性和診斷141
。.5.1 故障及其原因141
。.5.2 燃料電池性能的實驗方法142
。.5.3 診斷方法和策略143
。.6 參考文獻144
第8章 電化學儲能:一次電池與蓄電池147
。.1 蓄電池概述:工作原理148
。.2 應(yīng)用150
8.2.1 運用儲能管理電力系統(tǒng)和交通系統(tǒng)的整體構(gòu)架150
8.2.2 儲能技術(shù)發(fā)展歷程151
。.2.3 鋰離子電池是混合動力汽車的核心151
。.2.4 鋰離子電池技術(shù)是光伏發(fā)電應(yīng)用的核心152
。.2.5 法國在儲能市場中的地位153
8.3 電池技術(shù)發(fā)展歷史157
。.3.1 鉛酸電池157
8.3.2。危楠玻茫洌ㄦ囨k電池) 159
。.3.3。危楠玻停 (鎳氫電池) 159
。.3.4。危椋悖耄澹飒玻冢椋睿悖ㄦ囦\電池) 160
。.3.5。危岐玻樱ㄢc硫電池) 161
。.3.6 氧化還原(液流)電池161 8.3.7。冢澹猓颍犭姵兀保叮
8.3.8 鋅空電池(Zincair) 162
。.3.9 鋰電池162
。.4 應(yīng)用需求165
8.4.1 混合動力汽車和電動汽車165
。.4.2 光伏發(fā)電應(yīng)用166
8.4.3 移動式電子設(shè)備166
。.5 聚焦鋰離子電池技術(shù)167
8.5.1 基本原理167
。.5.2 正極材料的發(fā)展167
。.5.3 負極材料的發(fā)展169
8.5.4 該領(lǐng)域的主要參與者171
。.5.5 電解質(zhì)的研發(fā)171
8.6 鋰離子電池的處理和再循環(huán)利用173
。.7 其他電池174
。.7.1 微型電池,印刷電池等174
。.7.2 電解質(zhì)176
。.7.3 搖椅微型電源176
。.7.4 制造技術(shù)176
。.7.5 印制電池177
。.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(yīng)用181
。.1 簡介182
。.2 超級電容器:雙電層電容器183
。.2.1 基本原理183
9.2.2 電氣模型———主要參數(shù)185
9.2.3 熱模型188
。.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(jù)189
。.3.2 以功率作為選擇依據(jù)———兼顧效率190
。.4 功率接口191
9.4.1 電壓均衡191
。.4.2 固態(tài)變換器193
。.5 應(yīng)用195
9.5.1 概述195
。.5.2 超級電容器作為主電源195
。.5.3 混合電源系統(tǒng)196
9.6 參考文獻199
作者名單201