储能技术及应用

第1章绪论001

1.1储能技术的重要性与主要功能001

1.2储能技术的多样性001

1.3储能技术的分类与发展程度002

1.4储能技术应用现状和市场预测004

1.5储能技术的研究情况004

参考文献005



第2章锂离子电池技术006

2.1锂离子电池发展历史概述和基本原理006

2.2锂离子电池的功率和能量应用范围008

2.3锂离子电池关键材料发展现状010

2.3.1正极材料010

2.3.2负极材料013

2.3.3电解质材料015

2.3.4非活性材料018

2.4能量型锂离子电池的技术发展和应用现状019

2.5动力型锂离子电池技术发展现状020

2.6储能型锂离子电池的发展现状022

2.7锂离子电池的技术指标及未来发展线路图024

2.8展望027

参考文献027



第3章液流电池技术033

3.1液流电池的基本原理和发展历史概述033

3.1.1液流电池的基本原理033

3.1.2液流电池的发展历史034

3.2几种典型的液流电池体系035

3.2.1双液流电池体系036

3.2.2单沉积型液流电池039

3.2.3双沉积型液流电池039

3.2.4金属/空气液流电池041

3.2.5半固态双液流电池042

3.3液流电池的效率与影响因素分析043

3.3.1液流电池效率的定义043

3.3.2液流电池极化曲线分析043

3.3.3电流密度对全钒液流电池性能的影响045

3.3.4旁路电流对全钒液流电池性能的影响046

3.4液流电池的关键材料048

3.4.1液流电池的电极材料048

3.4.2液流电池的双极板材料051

3.4.3液流电池的膜材料056

3.5液流电池经济和技术指标及未来发展展望063

3.5.1液流电池装备的经济性概述063

3.5.2大规模蓄电储能技术经济性评估方法064

3.6本章小结064

参考文献066



第4章全钒液流电池技术070

4.1全钒液流电池概述070

4.2全钒液流电池关键材料072

4.2.1电极材料072

4.2.2双极板078

4.2.3电解质溶液081

4.2.4膜材料088

4.3全钒液流电池电堆、系统管理与控制系统098

4.3.1电堆结构与设计098

4.3.2全钒液流电池系统105

4.3.3电池系统控制与管理107

4.4全钒液流电池应用及前景分析108

4.4.1大规模可再生能源发电并网108

4.4.2电网削峰填谷112

4.4.3智能微网115

4.4.4离网供电系统117

4.5前景与挑战119

参考文献119



第5章钠电池技术124

5.1引言124

5.2钠硫电池125

5.2.1钠硫电池的原理与特点125

5.2.2管型钠硫电池126

5.2.3钠硫电池的应用134

5.2.4新型钠硫电池的发展136

5.3ZEBRA电池137

5.3.1ZEBRA电池的结构与原理137

5.3.2ZEBRA电池的特性138

5.3.3管型设计的ZEBRA电池139

5.3.4平板式设计的ZEBRA电池143

5.3.5ZEBRA电池的应用143

5.4钠-空气电池145

5.5钠离子电池148

5.5.1负极材料149

5.5.2正极材料154

5.5.3电解质159

5.5.4水系钠离子电池160

5.5.5钠离子电池的价格因素162

5.6本章小结162

参考文献163



第6章抽水蓄能技术169

6.1抽水蓄能技术的基本原理和发展历史概述169

6.1.1抽水蓄能技术的基本原理169

6.1.2抽水蓄能的功率和容量170

6.1.3抽水蓄能电站的种类171

6.1.4抽水蓄能技术的发展历史概述171

6.2抽水蓄能技术的功能和能量应用范围173

6.2.1抽水蓄能技术的运行特性173

6.2.2抽水蓄能技术的功能174

6.2.3抽水蓄能技术的应用场合175

6.2.4抽水蓄能技术在核电中的应用175

6.2.5抽水蓄能技术在风电中的应用176

6.2.6抽水蓄能技术在水电中的应用176

6.3抽水蓄能技术的应用现状177

6.3.1抽水蓄能技术在日本的发展和应用177

6.3.2抽水蓄能技术在美国的发展和应用178

6.3.3抽水蓄能技术在欧洲的发展和应用179

6.3.4抽水蓄能技术在中国的发展和应用180

6.4抽水蓄能的发展方向及新技术181

6.4.1常规抽水蓄能技术发展动向181

6.4.2地下抽水蓄能电站的发展182

6.4.3海水抽水蓄能电站的发展182

6.4.4可调速抽水蓄能发电机组的发展183

6.4.5抽水蓄能电站未来发展路线185

6.5抽水蓄能技术的经济性186

6.5.1抽水蓄能电站主要技术经济指标186

6.5.2抽水蓄能电站环保效益194

6.5.3各国抽水蓄能电站的投资、运营、管理模式196

6.6本章小结199

参考文献200



第7章压缩空气储能技术203

7.1概述203

7.2技术原理与特点204

7.2.1技术原理204

7.2.2技术特点205

7.2.3应用领域207

7.3发展现状207

7.3.1应用现状207

7.3.2研发现状208

7.3.3技术分类211

7.4关键技术218

7.4.1压缩机218

7.4.2膨胀机219

7.4.3储气设备220

7.4.4燃烧室220

7.4.5储热装置221

7.5发展趋势222

7.5.1新型蓄热式压缩空气储能系统223

7.5.2超临界空气储能系统223

7.6本章小结224

致谢224

参考文献225



第8章低品位热和冷存储技术228

8.1低品位热和冷存储技术发展概述228

8.1.1低品位热能现状228

8.1.2低品位热和冷存储技术现状228

8.2低品位热和冷存储材料229

8.2.1热能存储方式229

8.2.2储热材料分类及性能要求230

8.2.3典型储热(冷)材料238

8.3相变材料复合技术241

8.3.1相变材料封装与成型241

8.3.2相变材料导热强化243

8.3.3复合材料热导率计算方法245

8.3.4复合材料热导率计算模型246

8.3.5复合材料储热249

8.4储热(冷)技术中的传热问题250

8.4.1相变材料的熔化与凝固250

8.4.2储热系统散热削弱255

8.4.3储热系统传热强化256

8.5低品位热和冷存储技术应用256

8.5.1太阳能利用256

8.5.2建筑节能257

8.5.3纺织工业258

8.6低品位热和冷存储技术发展趋势258

参考文献259



第9章中高温储热技术263

9.1中高温储热技术的基本原理和发展历史概述263

9.1.1基本原理263

9.1.2发展历史概述264

9.2中高温储热技术的功率和能量应用范围269

9.2.1显热储热269

9.2.2相变储热270

9.2.3热化学储热272

9.2.4吸附储热272

9.3中高温储热材料273

9.3.1显热储热材料273

9.3.2相变储热材料273

9.3.3热化学储热材料277

9.3.4吸附蓄热材料280

9.4中高温储热系统的应用现状281

9.4.1显热和相变储热系统281

9.4.2热化学储热系统284

9.4.3吸附储热系统285

9.5中高温储热的相关新技术发展287

9.5.1显热储热相关新技术287

9.5.2相变储热相关新技术288

9.5.3热化学储热290

9.5.4复合储热材料290

9.5.5新型储热系统与方法292

9.6中高温储热的技术和经济指标及未来发展线路图294

9.6.1蓄热材料技术指标294

9.6.2技术的成熟度297

9.6.3蓄热系统的热效率和灿用效率分析298

9.6.4经济分析301

9.6.5蓄热技术未来发展302

9.7本章小结303

参考文献303



第10章液态空气储能技术312

10.1液态空气储能技术的原理312

10.2液态空气储能的特点313

10.3液态空气储能技术的发展历史315

10.4液态空气储能技术与其他储能技术的比较316

10.4.1技术性能比较316

10.4.2经济性比较316

10.5液态空气储能技术的余能利用317

10.6液态空气储能技术在电力系统中的应用分析318

10.7液态空气储能在交通运输中的应用319

10.8液态空气储能技术的集成应用321

10.8.1液态空气储能与燃气轮机发电系统的集成321

10.8.2液态空气储能与聚光太阳能热发电系统的集成321

10.8.3液态空气储能技术与核电站的集成323

10.8.4液态空气储能技术与液化天然气再气化过程的集成323

10.9本章小结323

参考文献323



第11章镍氢电池技术325

11.1镍氢电池概述325

11.1.1基本原理325

11.1.2镍氢电池分类327

11.1.3镍氢电池发展历史328

11.2镍氢电池的功率和能量应用范围329

11.2.1民品电池329

11.2.2动力电池329

11.2.3智能电网331

11.3镍氢电池应用现状和产业链及环境问题332

11.3.1市场332

11.3.2镍氢电池回收333

11.3.3回收技术分析334

11.4镍氢电池相关新技术的发展335

11.4.1正极材料335

11.4.2负极材料336

11.4.3动力电池338

11.4.4电池管理系统340

11.5镍氢电池的技术和经济指标及未来发展线路图341

11.5.1HEV混合动力车341

11.5.2燃料电池车342

11.6本章小结343

参考文献344



第12章飞轮储能技术347

12.1储能原理和发展历程347

12.1.1飞轮储能原理347

12.1.2飞轮储能系统结构348

12.1.3发展历程349

12.2关键技术概论350

12.2.1转子材料与结构350

12.2.2微损耗轴承技术354

12.2.3电机技术357

12.2.4飞轮储能电力电子技术358

12.2.5真空及系统集成技术360

12.3产业应用概况361

12.3.1研究开发机构概述361

12.3.2生产企业361

12.4技术经济分析与发展趋势361

12.4.1技术指标361

12.4.2经济性估计364

12.5本章小结365

参考文献365



第13章电容和超级电容器储能技术368

13.1电容和超级电容器储能技术的基本原理和发展历史368

13.1.1概述368

13.1.2超级电容器简介368

13.1.3超级电容器的储能原理369

13.1.4超级电容器历史回顾375

13.2多孔碳材料377

13.2.1电化学性能影响因素377

13.2.2活性炭379

13.2.3碳气凝胶381

13.2.4碳纳米管384

13.2.5石墨烯387

13.3赝电容材料388

13.3.1金属氧化物388

13.3.2导电聚合物395

13.3.3杂原子掺杂化合物401

13.4超级电容器电解液405

13.4.1有机体系电解液406

13.4.2水系电解液407

13.4.3离子液体408

13.4.4固态电解质409

13.5其他关键原材料410

13.5.1导电剂410

13.5.2黏结剂411

13.5.3集流体411

13.5.4隔膜412

13.6超级电容器的应用413

13.6.1电子类电源413

13.6.2电动汽车及混合动力汽车413

13.6.3变频驱动系统的能量缓冲器415

13.6.4工业电器方面的应用416

13.6.5可再生能源发电系统或分布式电力系统416

13.6.6军事装备领域418

13.7本章小结418

参考文献418



第14章化学热泵系统及其在储能技术中的应用429

14.1化学热泵系统概述及其在储能中的作用429

14.1.1化学热泵系统工作原理、操作模式与效能分析429

14.1.2化学热泵系统中的反应与工质对431

14.2化学热泵系统在储能领域的应用研究现状与未来应用场景436

14.3本章小结439

参考文献439



第15章储能技术在电力系统中的应用441

15.1电力系统应用储能技术的需求和背景441

15.1.1电力系统在能源革命中面临的挑战441

15.1.2储能技术在电力系统发展和变革中的作用443

15.1.3储能技术在电力系统中的主要应用场景445

15.1.4电力系统不同应用场景的储能时间尺度及其技术需求特征446

15.2储能技术在电力系统中的应用现状447

15.2.1储能应用项目概况447

15.2.2储能在大规模集中式可再生能源发电领域的应用451

15.2.3储能系统参与电力系统辅助服务454

15.2.4储能系统在配电网及微电网的应用456

15.3我国电力系统储能应用实践459

15.3.1国家风光储输示范工程459

15.3.2深圳宝清储能电站示范工程461

15.3.3福建湄洲岛储能电站示范工程463

15.3.4福建安溪移动式储能电站463

15.3.5浙江岛屿微网储能示范工程464

15.3.6睿能石景山电厂电池储能调频应用示范465

15.4适合电力系统应用的储能技术评价466

15.4.1电力系统中储能技术的四要素466

15.4.2储能的综合评价技术468

15.5储能在电力系统应用中的发展趋势和重点研发方向471

15.5.1储能在电力系统中的应用趋势472

15.5.2储能技术发展新机遇472

15.5.3重点关注和攻关的储能技术类型473

参考文献476



第16章储能技术在核电系统中的应用477

16.1核电系统概述及其对储能的需求477

16.1.1核电系统概述477

16.1.2核电对储能技术的需求485

16.2核电系统中储能技术的应用现状486

16.2.1核电机组调峰能力分析486

16.2.2世界主要核电调峰手段487

16.2.3核电站配套储能设施——抽水蓄能电站488

16.2.4核电站与抽水蓄能电站的配合补偿运行489

16.2.5其他蓄能方式与核电的匹配运行490

16.3核电系统中储能技术的未来应用情景491

16.3.1核电储能技术的发展契机491

16.3.2各种储能技术的优缺点491

16.3.3适合核电系统的储能技术492

16.3.4核电系统与储能电站的联合运行493

16.3.5适合于核电系统的新型储能技术494

16.4未来核电技术的发展方向及其对储能技术的需求495

16.4.1未来核电的发展方向495

16.4.2未来核电对储能技术的需求497

参考文献498



第17章储能技术在风力和光伏发电系统中的应用500

17.1风力发电和光伏发电技术概述及其对储能的需求500

17.1.1国内外风电发展现状500

17.1.2国内外光伏发电发展现状507

17.1.3风力发电系统概述512

17.1.4光伏发电技术概述520

17.1.5风力发电和光伏发电对储能的需求528

17.2风力发电和光伏发电系统中储能技术应用研究533

17.2.1各种储能技术特性分析533

17.2.2电力电子技术534

17.2.3储能技术在风力发电系统中的应用研究537

17.2.4储能技术在光伏发电系统中的应用研究545

17.3风力发电、光伏发电和储能技术的未来发展556

17.3.1风力发电相关技术的发展556

17.3.2光伏发电相关技术的发展560

17.3.3储能技术在风电和光伏系统中的应用展望564

17.4本章小结568

参考文献569



第18章储能技术在太阳能热发电系统中的应用572

18.1太阳能热发电技术的概述及其对储能的需求572

18.1.1太阳能热发电技术概述572

18.1.2太阳能热发电系统分类及其储能方式573

18.1.3太阳能热发电系统性能特点及其优缺点580

18.2太阳能热发电系统中储能技术的应用现状581

18.2.1熔盐显热蓄热582

18.2.2其他太阳能热发电蓄热方法588

18.3太阳能发电系统中储能技术的未来应用情景595

18.3.1太阳能是解决未来能源问题的主要技术途径595

18.3.2太阳能热发电能够提供连续稳定电能，可以成为主力能源595

18.3.3太阳能热发电是有经济竞争力的可再生能源发电方式596

18.3.4太阳能热发电在国际上已取得巨大成功，并有广阔发展前景598

18.3.5我国太阳能热发电发展前景也十分看好599

18.3.6熔盐蓄热在太阳能热发电中有很好的应用前景602

参考文献603



第19章储能技术在工业余热回收中的应用604

19.1工业余热概述及其对储能的需求604

19.1.1工业余热的定义604

19.1.2工业余热过程对储能技术的需求604

19.1.3工业余热中的主要储存方式606

19.1.4工业余热储存系统的要素606

19.2工业余热回收中储能技术的应用现状610

19.2.1工业对储能技术的需求610

19.2.2储热技术应用实例介绍612

19.3工业余热回收中储能技术的未来应用614

19.3.1移动储热技术614

19.3.2与电能消峰结合的储热技术615

19.3.3工业余冷的储存616

19.4本章小结617

参考文献618



第20章储能技术在交通运输系统中的应用619

20.1交通运输系统概述及其对储能技术的需求619

20.1.1交通运输系统与国民经济的关系619

20.1.2交通运输系统与能源的关系619

20.1.3交通运输系统对储能技术的要求624

20.2储能技术在交通运输系统中的应用现状626

20.2.1飞轮储能和燃料电池储能技术的应用626

20.2.2锂离子储能电池在航空领域中的应用626

20.2.3储能技术在海上交通系统中的应用现状628

20.2.4储能技术在道路交通领域中的应用现状629

20.2.5储能系统在电动汽车中应用的关键技术630

20.2.6储能技术在纯电动车中的应用639

20.2.7储能技术在混合动力汽车中的应用现状651

20.2.8动力电池系统的测试评价方法668

20.3本章小结680

参考文献680



第21章储能应用的经济性分析682

21.1导言682

21.2储能市场的现状及预期684

21.3储能的应用686

21.3.1大容量能量服务687

21.3.2辅助服务687

21.3.3输电基础设施服务689

21.3.4配网基础设施服务689

21.3.5用电侧能源管理服务690

21.4储能电力服务叠加690

21.5对储能电力应用服务的价值评估691

21.6对储能应用的成本评估693

21.6.1系统安装成本693

21.6.2运营及维护成本693

21.6.3资金成本693

21.6.4其他成本694

21.7储能发展的主要瓶颈：成本694

21.8储能成本减低的主要途径696

21.8.1降低材料成本，提高储能的能量密度696

21.8.2规模效益可以带来的储能成本降低697

21.9本章小结699

参考文献699