储能技术及应用

本书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。本书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”可以使发电收益优选化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-Watt）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MEMS84
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
8.3.2Ni-Cd（镍镉电池）159
8.3.3NiMH（镍氢电池）159
8.3.4NickelZinc（镍锌电池）160
8.3.5NaS（钠硫电池）161
8.3.6氧化还原（液流）电池161
8.3.7Zebra电池161
8.3.8锌空电池（Zincair）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