儲能技術(shù)課后參考答案梅生偉

第1章習題答案1-1簡述廣義的儲能方式與狹義的儲能方式的聯(lián)系與區(qū)別。答：聯(lián)系：廣義的儲能方式包含狹義的儲能方式。區(qū)別：廣義的儲能方式包括基礎(chǔ)燃料（煤、石油和天然氣等）、二次燃料（氫、煤氣和太陽能燃料等）、電能和熱能等各種形式的能量的存儲；而狹義的儲能方式通常指儲電和儲熱。1-2簡述能量密度與功率密度的區(qū)別。答：能量密度是指單位質(zhì)量或體積的儲能系統(tǒng)所具有的有效儲存能量，又稱比能量，包括質(zhì)量能量密度（質(zhì)量比能量）與體積能量密度（體積比能量），常用單位分別為Wh/kg或Wh/L。功率密度功率密度是指單位質(zhì)量或體積的儲能系統(tǒng)所能輸出的最大功率，又稱比功率，包括質(zhì)量功率密度（質(zhì)量比功率）與體積功率密度（體積比功率），常用單位分別為W/kg或W/L。1-3簡述儲能技術(shù)在三個歷史時期的發(fā)展特點。答：根據(jù)各歷史階段儲能使用的不同特點，可以把整個儲能發(fā)展歷史大致分為三個時期，即初步探索期、多元發(fā)展期和高速發(fā)展期。初步探索期：以電力儲能技術(shù)為代表的多種儲能技術(shù)逐漸登上了歷史舞臺。其中，電化學儲能和抽水蓄能的發(fā)展相對較快，并得到了一定程度的應(yīng)用；氫儲能也得到了初步的探索，并在少數(shù)領(lǐng)域中得到了使用。多元發(fā)展期：電化學儲能、抽水蓄能等多種儲能技術(shù)進入了新的發(fā)展階段，一些新的儲能技術(shù)，如壓縮空氣儲能、超導磁儲能和熱儲能逐漸登上了儲能的歷史舞臺。高速發(fā)展期：新能源的推廣使用和科學技術(shù)的發(fā)展大大推動了儲能技術(shù)的推廣與應(yīng)用。其中，抽水蓄能儲能技術(shù)發(fā)展較為成熟，裝機容量大幅提升；電化學儲能逐步實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，具有廣泛的應(yīng)用前景；超級電容儲能、超導磁儲能、飛輪儲能、壓縮空氣儲能發(fā)展迅速，并得到了一定的應(yīng)用；熱儲能和氫儲能也展示了良好的發(fā)展態(tài)勢和應(yīng)用前景。1-4簡要對比分析抽水蓄能與壓縮空氣儲能的工作特性。答：抽水蓄能電站具有上、下游兩個水庫。負荷低谷時段抽水蓄能設(shè)備工作在電動機狀態(tài)，將下游水庫的水抽到上游水庫保存；負荷高峰時抽水蓄能設(shè)備工作于發(fā)電機狀態(tài)，利用儲存在上游水庫中的水發(fā)電。壓縮空氣儲能是利用壓縮空氣作為載體來實現(xiàn)能量存儲和利用的一種能源系統(tǒng)。儲能時，電能或機械能驅(qū)動壓縮機由環(huán)境中吸取空氣將其壓縮至高壓狀態(tài)并存入儲氣裝置，電能或機械能在該過程中轉(zhuǎn)化為壓縮空氣的內(nèi)能和勢能；釋能時，儲氣裝置中存儲的壓縮空氣進入空氣透平中膨脹做功發(fā)電，壓縮空氣中蘊含的內(nèi)能和勢能在該過程中重新轉(zhuǎn)化為電能或機械能。1-5簡要對比分析鉛炭電池與傳統(tǒng)鉛酸電池的特性。答：傳統(tǒng)鉛蓄電池的電極由鉛及其氧化物制成，電解液為硫酸溶液。在充電狀態(tài)下，鉛蓄電池的正極主要成分為二氧化鉛，負極主要成分為鉛；在放電狀態(tài)下，正負極的主要成分均為硫酸鉛。鉛炭電池將活性炭按一定比例混入鉛負極板活性物質(zhì)中，有效改善了鉛蓄電池的倍率放電性能、脈沖放電壽命和接收電荷的能力。鉛炭電池繼承了傳統(tǒng)鉛酸電池的安全優(yōu)勢，本身沒有易燃材料，不燃不爆。但是，鉛炭電池較傳統(tǒng)鉛酸電池的析氫量有所增加，需要注意電池排氣的問題及其帶來的安全隱患。1-6簡要對比分析鋰離子電池、液流電池和鈉流電池的特性。答：鋰離子電池主要由電極材料（正極、負極）、電解液、隔膜、導電劑、粘結(jié)劑和極耳等組成。鋰離子電池以含鋰的化合物作正極，如鈷酸鋰（LiCOO2）、錳酸鋰（LiMn2O4）和磷酸鐵鋰（LiFePO4）等二元或三元材料；負極采用鋰-碳層間化合物，包括石墨、軟碳、硬碳和鈦酸鋰等；電解質(zhì)由溶解在有機碳酸鹽中的鋰鹽組成。充電時，鋰原子變成的鋰離子通過電解質(zhì)向碳極遷移，在碳極與外部電子結(jié)合后作為鋰原子儲存；放電時為充電時的逆反應(yīng)。與其他化學電池相比，鋰電池具有顯著的優(yōu)點，主要有：高能量密度、長壽命、低自放電率、無記憶效應(yīng)、易快充快放等。液流電池全稱為氧化還原液流電池，由電解液罐、電堆、泵體、功率轉(zhuǎn)換器以及熱交換器構(gòu)成。與以固體作為電極的一般電池不同，液流電池的活性物質(zhì)是具有流動性的電解質(zhì)溶液。液流電池的輸出功率與電池容量互相獨立（功率大小取決于電堆，而容量大小取決于電解液容量），因此可通過增加電解液量或提高電解液濃度達到增加電池容量的目的。由于電解液分別存儲于兩個儲液罐中，一般不存在電池自放電和電解液變質(zhì)問題。鈉硫電池由正極、負極、電解質(zhì)、隔膜和外殼組成。與一般二次電池不同，鈉硫電池是由熔融電極和固體電解質(zhì)組成，負極的活性物質(zhì)為熔融金屬鈉，正極活性物質(zhì)為液態(tài)硫和多硫化鈉熔鹽。鈉與硫通過化學反應(yīng)，將電能儲存起來；當電網(wǎng)需要電能時，再將化學能轉(zhuǎn)化成電能并釋放出去。鈉硫電池具有體積小、容量大、壽命長和效率高等優(yōu)點。此外，鈉硫電池的“蓄洪”性能突出，即可使輸入的電流突然達到額定功率5-10倍，它也能穩(wěn)定地進行能量存儲與釋放。但是，鈉硫電池需要在300-350℃的高溫下工作，其安全性能相對較差。1-7為什么說儲能是促進規(guī)?；履茉磻?yīng)用的前提？答：由于風能、太陽能等新能源的波動性、隨機性以及反調(diào)峰、極熱無風、晚峰無光等特性，新能源的規(guī)?；⒕W(wǎng)消納極為困難，輕則產(chǎn)生“棄風、棄光”現(xiàn)象，重則誘發(fā)大規(guī)模連鎖脫網(wǎng)事故，給安全運行帶來嚴重威脅。儲能技術(shù)是支撐高比例新能源并網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。一方面，通過引入儲能系統(tǒng)，可以實現(xiàn)太陽能、風能等新能源發(fā)電功率的平滑輸出，降低新能源并網(wǎng)給系統(tǒng)帶來的沖擊，提高并網(wǎng)消納率。另一方面，通過引入儲能系統(tǒng)，還可有效調(diào)控新能源發(fā)電所引起的電網(wǎng)電壓、頻率及相位變化，提高新能源電力系統(tǒng)的安全性及電能質(zhì)量，從根本上促進新能源的開發(fā)利用。1-8為什么說儲能是構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)的支撐技術(shù)？答：能源互聯(lián)網(wǎng)通過電能、熱能和化學能等多種能源的相互轉(zhuǎn)換和互補，使能量可以在電網(wǎng)、氣網(wǎng)、熱力網(wǎng)和交通網(wǎng)等能源網(wǎng)絡(luò)之間流動，提升能源的綜合利用率。儲能包括電化學儲能、壓縮空氣儲能、儲熱和儲氫等不同形式的能源儲存方式，可以建立多種能源之間的耦合關(guān)系，發(fā)揮能量中轉(zhuǎn)、匹配和優(yōu)化等作用，是構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵支撐技術(shù)。第2章習題答案2-1試闡述抽水蓄能電站的定義。答：抽水蓄能電站是利用電力負荷低谷時的電能抽水至上水庫，在電力負荷高峰期再放水至下水庫發(fā)電的水電站，又稱蓄能式水電站。2-2試闡述抽水蓄能電站的基本結(jié)構(gòu)。答：抽水蓄能電站，一般由上水庫、輸水系統(tǒng)、廠房和下水庫等組成。2-3試從能量轉(zhuǎn)換的角度闡述抽水蓄能電站的工作原理及其本質(zhì)。答：抽水蓄能電站的工作原理是利用電力系統(tǒng)負荷低谷時過剩的電能，通過電動機水泵將低處的下水庫的水抽到高處的上水庫中，從而將過剩的電能轉(zhuǎn)換為水的勢能并加以儲存，待電力系統(tǒng)負荷轉(zhuǎn)為高峰時，再將這部分水從上水庫放到下水庫，推動水輪發(fā)電機發(fā)電。本質(zhì)是采用水作為能量載體，實現(xiàn)能量存儲、跨時空轉(zhuǎn)移和利用的一種儲能技術(shù)。2-4試闡述抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中所承擔的功能，以及這些功能對維持電力系統(tǒng)運行起到的作用。答：抽水蓄能電站集儲能與發(fā)電兩大功能于一體，可有效調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的供需，使其達到動態(tài)平衡，大幅度提高電網(wǎng)的運行安全和供電質(zhì)量。具體功能包括削峰填谷、調(diào)頻（快速跟蹤負荷）、調(diào)相（調(diào)壓）、事故備用和黑啟動等。2-5試闡述抽水蓄能電站的主要分類方式，以及各分類方式對應(yīng)的具體抽水蓄能電站類型。答：抽水蓄能電站主要有7種分類方式：按開發(fā)方式分類、按天然徑流條件分類、按水庫座數(shù)分類、按發(fā)電廠房形式分類、按水頭高度分類、按機組型式分類和按水庫調(diào)節(jié)周期分類。(1)按開發(fā)方式分類，抽水蓄能電站可分為引水式抽水蓄能電站和抬水式抽水蓄能電站兩類。(2)按天然徑流條件分類，抽水蓄能電站可分為純抽水蓄能電站和混合式抽水蓄能電站兩類。(3)按水庫座數(shù)及位置分類，抽水蓄能電站可分為兩庫式抽水蓄能電站和三庫式抽水蓄能電站。(4)按發(fā)電廠房形式分類，抽水蓄能電站可分為地面式、地下式和半地下式抽水蓄能電站三種。(5)按水頭高低分類，抽水蓄能電站可分為低水頭抽水蓄能電站、中水頭抽水蓄能電站和高水頭抽水蓄能電站。(6)按機組型式分類，抽水蓄能電站可分為分置式（四機式）抽水蓄能電站、串聯(lián)式（三機式）抽水蓄能電站和可逆式（兩機式）抽水蓄能電站。(7)按水庫調(diào)節(jié)周期分類，抽水蓄能電站可分為日調(diào)節(jié)、周調(diào)節(jié)、季調(diào)節(jié)和年調(diào)節(jié)等類型。2-6試解釋以下抽水蓄能電站專有名詞：（1）正常蓄水位；（2）死水位；（3）水頭特性；（4）能量特性。答：(1)正常蓄水位和死水位是水庫的特征水位。正常蓄水位指抽水蓄能電站正常運行情況下，水庫蓄水能達到的最高水位。(2)死水位指抽水蓄能電站正常運行情況下，水庫蓄水的最低工作水位。(3)抽水蓄能電站的水頭特性是指電站的水頭值與上水庫的放水量間的關(guān)系。(4)蓄能水庫的能量特性是指抽水蓄能電站的發(fā)電量與上水庫蓄能庫容的放水量之間的關(guān)系。2-7已知某抽水蓄能電站上水庫正常蓄水位ZUN=800m，上水庫死水位ZUD=780m，下水庫答：由公式(2-1)和(2-2)可得此抽水蓄能電站的最大水頭H此抽水蓄能電站的最小水頭H2-8某抽水蓄能電站的蓄能庫容為2.3×10(1)抽水蓄能電站的抽水工況運行效率、發(fā)電工況運行效率、綜合效率；(2)發(fā)電運行狀態(tài)下的調(diào)峰容量（功率）和調(diào)峰電量（能量）。答：(1)由公式(2-8)和式(2-9)可知：抽水工況運行效率為ηT發(fā)電工況運行效率為η由公式(2-7)可知：綜合效率為η=(2)由公式(2-3)可知：調(diào)峰容量為N=調(diào)峰電量為ET=2-9試闡述抽水蓄能機組調(diào)相基本原理。答：電機的空載電勢與勵磁電流正相關(guān)。假設(shè)初始時機組輸出電流為零。(1)在此基礎(chǔ)上增加勵磁電流，此時空載電勢增加，由相量圖可知機組此時輸出滯后的無功電流，機組輸出感性無功功率。(2)在此基礎(chǔ)上減少勵磁電流，此時空載電勢減少，由相量圖可知機組此時輸出超前的無功電流，機組消耗感性無功功率。2-10試闡述抽水蓄能機組發(fā)電調(diào)相和抽水調(diào)相在運行時的區(qū)別。答：抽水蓄能機組的發(fā)電調(diào)相工況和抽水調(diào)相工況主要存在以下三點區(qū)別(1)轉(zhuǎn)子不同。對于可逆式機組來說，發(fā)電調(diào)相工況和抽水調(diào)相工況下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反。(2)繼電保護配置不同。由于可逆式機組的轉(zhuǎn)向不同，一些與相位相序有關(guān)的雙向配置的保護就會設(shè)置得不一樣，如負序過流保護、相序保護、失磁保護和失步保護等。(3)使用頻率不同。抽水調(diào)相工況是機組由靜止工況切換至抽水工況的一個過渡狀態(tài)，而發(fā)電調(diào)相工況只有在電網(wǎng)遇到緊急情況時才會使用，因此抽水調(diào)相工況的使用頻率要遠高于發(fā)電調(diào)相工況。2-11試列舉常見的抽水蓄能機組的基本工況及切換方式。答：(1)抽水蓄能機組有靜止、抽水、發(fā)電、抽水方向調(diào)相和發(fā)電方向調(diào)相五種基本工況。（或：抽水蓄能機組有靜止、抽水、發(fā)電、調(diào)相四種基本工況）(2)常見的工況切換共有12種，包括：1）靜止至發(fā)電；2）發(fā)電至靜止；3）靜止至發(fā)電方向調(diào)相；4）發(fā)電方向調(diào)相至靜止；5）靜止至抽水；6）抽水至靜止；7）靜止至抽水方向調(diào)相；8）抽水方向調(diào)相至靜止；9）發(fā)電至發(fā)電方向調(diào)相；10）發(fā)電方向調(diào)相至發(fā)電；11）抽水至抽水方向調(diào)相；12）抽水方向調(diào)相至抽水。2-12試列舉二機可逆式機組的起動方式，并進一步細分異步起動方式和同步起動方式的區(qū)別。答：二機可逆式機組的起動方式包括起動電動機起動、異步起動、同步起動和半同步起動共四種。異步起動方式包括全壓起動、降壓起動和部分定子繞組起動三種。同步起動包括背靠背同步起動和靜止變頻器起動兩種。2-13試闡述抽蓄機組制動時轉(zhuǎn)子所受的制動力及其與轉(zhuǎn)速的對應(yīng)關(guān)系。答：制動時機組受到的制動力有水流制動力、空氣阻力、軸承阻力、銅損等效阻力和外接電阻等效阻力五種。阻力與轉(zhuǎn)速關(guān)系如下表所示：阻力與轉(zhuǎn)速n關(guān)系水流制動力∝n空氣阻力∝n軸承阻力∝n銅損等效阻力∝n外接電阻等效阻力∝n2-14試闡述機組運行可用率指標和起動成功率指標之間的內(nèi)在關(guān)系。答：主要體現(xiàn)在可用率和起動成功率這兩個指標。兩個指標之間的聯(lián)系是：(1)追求高可用率會減少機組停運檢修的時間，當機組本身存在隱患而無法排除時，會造成機組起動成功率降低。當隱患進一步擴大，機組將會損壞而反作用于可用率，導致其下降。(2)隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，帶有一定盲目性的計劃檢修會逐步減少，取而代之的是更為先進的在線維護和狀態(tài)檢修。在這種情況下，在保障高可用率的同時也可以維持機組的可靠運行，提高起動成功率。2-15今有一抽水蓄能機組運行調(diào)相工況，定子繞組Y接。初始時機組的勵磁電流If1=1000A，輸出感性無功功率為200MVar?，F(xiàn)接到調(diào)度指令需要增發(fā)50MVar感性無功功率。假定其空載電勢與勵磁電流成正比，電網(wǎng)線電壓Ul解：由線電壓可求解得到相電壓調(diào)相狀態(tài)下機組與電網(wǎng)無有功功率交換，因此δ1=δ進而可求解得到空載電勢由空載電壓與勵磁電流成正比可得 2-16今有一抽水蓄能機組，其故障率λ=17，修復(fù)率為μ=1答：依題意，機組的故障率λ和修復(fù)率μ均為常數(shù)，由2.3.3節(jié)中關(guān)于故障率的相關(guān)推導可知機組的故障密度函數(shù)為： 修復(fù)密度函數(shù)為： 故障率A為： 2-17抽水蓄能電站中有機組1和機組2兩臺抽水蓄能機組，其中機組1的故障率λ1=12，修復(fù)率μ1=1（1）當機組1和機組2串聯(lián)組合時，抽水蓄能電站的可用率；（2）當兩臺機組并聯(lián)組合時，抽水蓄能電站的可用率。答：根據(jù)定義求得機組1的可用率A1，機組2的可用率A2 當機組1和機組2串聯(lián)組合時，根據(jù)定義可求解得到抽水蓄能電站的可用率為： 當兩機組并聯(lián)組合時，根據(jù)定義可求解得到抽水蓄能電站的可用率為：第3章習題答案3-1簡述壓縮空氣儲能的工作原理及系統(tǒng)組成。答：壓縮空氣儲能就是采用壓縮空氣作為能量載體，實現(xiàn)能量存儲和跨時間、空間轉(zhuǎn)移和利用的一種能源系統(tǒng)，其主要包括空氣壓縮機和空氣透平膨脹機兩大能量轉(zhuǎn)化設(shè)備及高壓空氣儲氣裝置。壓縮空氣儲能系統(tǒng)主要可以分為儲能和釋能兩個基本工作過程：儲能時，電動機驅(qū)動壓縮機由環(huán)境中吸取空氣將其壓縮至高壓狀態(tài)并存入儲氣裝置，電能在該過程中轉(zhuǎn)化為壓縮空氣的內(nèi)能；釋能時，儲氣裝置中存儲的壓縮空氣進入空氣透平中膨脹做功發(fā)電，壓縮空氣中蘊含的內(nèi)能和勢能在該過程中重新轉(zhuǎn)化為電能。當然，也可以直接采用外部機械能驅(qū)動空氣壓縮機，或使空氣膨脹機直接對外輸出機械能。3-2簡述壓縮空氣儲能和抽水蓄能在工作原理上的相似之處。答：和抽水蓄能一樣，壓縮空氣儲能也是一種采用機械設(shè)備實現(xiàn)能量存儲和轉(zhuǎn)移的物理儲能技術(shù)。根據(jù)工作流程，壓縮空氣儲能系統(tǒng)通常包括空氣壓縮機和空氣透平膨脹機兩大能量轉(zhuǎn)化設(shè)備，其功能分別和抽水蓄能中的水泵和水輪機相類似。此外，類似于抽水蓄能具有的低位水庫和高位水庫，壓縮空氣儲能系統(tǒng)還包括由大氣環(huán)境和儲氣裝置形成的開放式低壓氣庫和封閉式高壓氣庫。3-3(C)3-4德國ADELE項目屬于哪種壓縮空氣儲能技術(shù)路線？簡述該項目終止的主要原因。答：德國ADELE項目屬于高溫絕熱壓縮空氣儲能技術(shù)路線，由于超高溫壓縮和超大容量的高溫高壓固體填充式蓄熱技術(shù)難以實現(xiàn)，受限于上述技術(shù)瓶頸和超預(yù)算的設(shè)備研發(fā)制造成本，該項目最終終止。3-5(C)3-6簡述深冷液化空氣儲能的技術(shù)原理及其優(yōu)缺點。答：深冷液化空氣儲能又稱作液態(tài)空氣儲能技術(shù)，其在壓縮、膨脹和儲熱方面與絕熱式壓縮空氣儲能是類似的。所不同的是，其在傳統(tǒng)壓縮空氣儲能技術(shù)的基礎(chǔ)上引入了低溫過程和蓄冷裝置，將高壓空氣液化后常壓存儲液態(tài)空氣，其增加了儲能過程中空氣的冷卻、液化、分離、儲存和釋能過程中空氣的氣化過程。因此，液態(tài)空氣儲能技術(shù)更為復(fù)雜。和壓縮空氣儲能技術(shù)相比，液態(tài)空氣儲能技術(shù)最大的優(yōu)點是空氣以常壓液態(tài)形式儲存，儲能密度高，可大大減少儲氣系統(tǒng)的容積，減少電站對地形條件的依賴。但由于增加蓄冷系統(tǒng)，導致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。同時，由于蓄冷系統(tǒng)在儲能和釋能過程中動態(tài)損失較大，導致系統(tǒng)的儲能效率偏低。3-7(B)3-8補燃式壓縮空氣儲能的技術(shù)原理是什么？其與傳統(tǒng)燃氣動力循環(huán)有什么聯(lián)系和區(qū)別？補燃式壓縮空氣儲能的優(yōu)點和局限性又是什么？答：傳統(tǒng)的燃氣動力循環(huán)在吸熱過程中采用天然氣與壓縮空氣混合燃燒的方式提升燃氣輪機進氣溫度。通過借鑒燃氣動力循環(huán)，在壓縮空氣儲能系統(tǒng)膨脹機前設(shè)置燃燒器，利用天然氣等燃料與壓縮空氣混合燃燒，以提升空氣透平膨脹機進氣溫度。這種采用化石燃料與壓縮空氣混合燃燒的方式來實現(xiàn)壓縮空氣儲能的技術(shù)路線稱為補燃式壓縮空氣儲能系統(tǒng)。補燃式壓縮空氣儲能系統(tǒng)與傳統(tǒng)燃氣動力循環(huán)存在較多相似之處，但兩者結(jié)構(gòu)上最顯著的區(qū)別在于，燃氣動力循環(huán)中空氣壓縮機與燃氣輪機同軸，燃氣輪機輸出的部分軸功用來驅(qū)動空氣壓縮機，而補燃式壓縮空氣儲能系統(tǒng)中的空氣壓縮機與燃氣輪機相對獨立。補燃式壓縮空氣儲能結(jié)構(gòu)簡單，技術(shù)成熟度高、設(shè)備運行可靠、投資成本低，具有較長的使用壽命，具備與燃氣電站類似的快速響應(yīng)特性。然而，在當前大力發(fā)展綠色能源、控制碳排放量的大背景下，補燃式壓縮空氣儲能的碳排放已成為其最大弊端之一。3-9非補燃壓縮空氣儲能主要有幾種技術(shù)路線？分別闡述其優(yōu)點及局限性。答：非補燃壓縮空氣儲能主要包括絕熱式、等溫式和復(fù)合式，其中，絕熱式壓縮空氣儲能又分為高溫絕熱壓縮空氣儲能和中溫絕熱壓縮空氣儲能。高溫絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)效率較高，然而，高溫壓縮機內(nèi)部的密封結(jié)構(gòu)和潤滑結(jié)構(gòu)目前均存在重大技術(shù)瓶頸，固體式填充床易存在溫度梯度和換熱不均。因此，在當前的設(shè)備技術(shù)和工藝水平條件下，高溫絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)難以實現(xiàn)工程應(yīng)用。中溫絕熱壓縮空氣儲能關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)成熟、成本合理，可基于當前成熟的關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)和工藝水平開展設(shè)計和制造；系統(tǒng)穩(wěn)定性、可控性較強，具備多能聯(lián)儲、多能聯(lián)供的能力，易于實現(xiàn)工程化應(yīng)用，但其效率還需要進一步提升。等溫壓縮空氣儲能系統(tǒng)的優(yōu)點是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、運行參數(shù)低，但其裝機功率一般較小，儲能效率較低，等溫的壓縮過程和膨脹過程也難以實現(xiàn)，僅適用于小容量的儲能場景，例如分布式儲能、家庭儲能。復(fù)合式壓縮空氣儲能系統(tǒng)形式較多，可在理論研究或工程應(yīng)用中根據(jù)需求進行多樣化的設(shè)計和調(diào)整。復(fù)合壓縮空氣儲能系統(tǒng)具有較強的多能聯(lián)儲、多能聯(lián)供的能力，可以實現(xiàn)多種能量形式的儲存、轉(zhuǎn)換和利用，滿足不同形式的用能需求，提升系統(tǒng)能量綜合利用效率。3-10(A)3-11簡述常用的壓縮空氣儲能空氣存儲設(shè)備及其優(yōu)缺點。答：壓縮空氣儲存設(shè)備主要分為等容型和等壓型。等容型儲氣裝置主要包括鋼制壓力容器、管線鋼鋼管和深地空間。普通鋼制壓力容器在壓縮氣體領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，然而，當應(yīng)用于中等容量以上的儲能場景時，普通鋼制壓力容器儲氣庫的成本將成為限制其應(yīng)用的主要因素。管線鋼鋼管最初的用途是輸送石油或天然氣，采用管線鋼鋼管進行儲氣時，可以將其陣列化布置于地上，或淺埋于地下以節(jié)省地面空間。在中小容量等級的壓縮空氣儲能系統(tǒng)中，采用管線鋼鋼管陣列進行儲氣成為最佳選擇之一，但在大規(guī)模壓縮空氣儲能系統(tǒng)中，其儲氣成本仍然偏高。以地下鹽穴、煤礦巷道等地下洞穴為代表的地下儲氣庫容量大、占地少，是目前建造大容量壓縮空氣儲能系統(tǒng)的有利支撐條件。等壓儲氣裝置主要包括水下承壓氣囊和重力恒壓儲氣裝置等。恒壓儲氣裝置受限于材料技術(shù)、加工工藝和成本等條件，目前只適用于小容量壓縮空氣儲能系統(tǒng)或?qū)嶒炏到y(tǒng)。3-12目前可用于壓縮空氣儲能系統(tǒng)的壓縮機有哪幾種？它們各有什么優(yōu)缺點？應(yīng)用于壓縮空氣儲能系統(tǒng)時，壓縮機應(yīng)該按照什么方法進行選型？答：目前適用于壓縮空氣儲能系統(tǒng)的壓縮機類型主要為往復(fù)式壓縮機、離心式壓縮機和軸流式壓縮機。往復(fù)式空氣壓縮機的優(yōu)點是機械效率高，排氣穩(wěn)定，排氣壓力覆蓋范圍廣，排氣壓力高。但其轉(zhuǎn)速低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易損件多、日常維修量大；周期性往復(fù)運動導致動平衡性差，運轉(zhuǎn)時有振動。離心式壓縮機轉(zhuǎn)速高、排氣量大、排氣均勻，密封良好、泄漏量少，性能曲線平坦、操作范圍寬。同時，離心式壓縮機易損件和維修量較少，易于實現(xiàn)自動化和大型化，非常適合應(yīng)用于壓縮空氣儲能系統(tǒng)。但離心式壓縮機氣流速度大，流道內(nèi)的零部件有較大的摩擦損失；存在喘振現(xiàn)象，危害壓縮機本身和系統(tǒng)的運行安全。軸流式壓縮機具有通流能力大、流量大、阻力損失小、效率高等優(yōu)點，同時其結(jié)構(gòu)簡單、運行維護方便、占地面積小。但軸流式壓縮機一般壓比較小，制造工藝要求較高，穩(wěn)定工況區(qū)比較窄，流量可調(diào)節(jié)的范圍比較小。軸流式壓縮機在用于壓縮空氣儲能系統(tǒng)時，一般需要和離心壓縮機串聯(lián)使用。3-13(C)3-14和管殼式換熱器相比，板式換熱器具有什么優(yōu)點和缺點？其是否可應(yīng)用于壓縮空氣儲能系統(tǒng)？答：板式換熱器具有換熱效率高、熱損失小、結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、占地面積小、安裝清洗方便、應(yīng)用廣泛、使用壽命長等特點。但板式換熱器無法承受高溫高壓，密封難度高，使用過程中容易出現(xiàn)泄漏問題。盡管在換熱能力和體積上板式換熱器有一定的優(yōu)勢，但是對于高溫過程和帶壓的換熱過程，實施過程中還是應(yīng)該主要考慮采用管殼式換熱結(jié)構(gòu)。3-15已知某壓縮機進口空氣的焓值h1為298.45kJ/kg，流速cf1為55m/s；壓縮機出口空氣焓值h2為621.28kJ/kg，流速cf2為22m/s；散熱損失和勢能差可以忽略不計。試求1kg空氣流經(jīng)壓縮機時壓縮機對其做功的量。若空氣流量為120t/h，試求壓縮機的功率。解：由式(3-11)可知壓縮機的能量方程為q=根據(jù)題意可知，q=0，g(z2-z1)=0，于是壓縮1kg空氣所需要的技術(shù)功為w壓縮機的功率為P=3-16解：壓縮機功耗最小時各級壓縮比相等，即β=則第一級壓縮機的功耗為w第一級壓縮機的出口溫度為t由于一、二、三級入口溫度相等，則可以求得其功耗分別為w第二、三級的排氣溫度為t則該壓縮空氣儲能系統(tǒng)壓縮機的總功耗為w=若采用單級壓縮，則其壓縮比β為125，其功耗為w壓縮機排氣溫度為t3-17解：一級透平的排氣溫度為Tt一級透平的輸出功率為w類似可求得，二級、三級透平的溫度分別為33.01℃和38.02℃；二級、三級透平的輸出功率為369.14kW和356.55kW，透平的總輸出功率為w=3-18某深冷液化空氣儲能系統(tǒng)，采用兩級壓縮、兩級膨脹的布置方式，其儲能時間和釋能時間均為6小時。除了輸出電力外，該系統(tǒng)還可同時實現(xiàn)供熱和制冷應(yīng)用。儲能階段，一、二級壓縮機的功率分別為10.32MW和9.75MW，釋能階段，一、二級空氣透平的輸出功率分別為5.42MW和4.98MW，其供熱和制冷功率分別為1.84MW和870kW。試求該系統(tǒng)的電-電效率和循環(huán)效率。解：該系統(tǒng)的電-電效率為η循環(huán)效率為η3-19答：(1)該壓縮空氣儲能系統(tǒng)無其他熱量輸入也沒有供熱、制冷輸出，其電-電效率和循環(huán)效率相等，即η(2)一級壓縮機的?損失為Δ按相同的計算方法可得，二級、三級、四級壓縮機的?損失分別為0.459MW、0.461MW、0.458MW。一級透平的?損失為Δ按相同的計算方法可得，二級、三級透平的?損失分別為0.893MW、0.886MW。換熱器1的?損失為ΔE按相同的計算方法可得，換熱器2~換熱器7的?損失分別為0.296MW、0.299MW、0.314MW、0.067MW、0.235MW、0.214MW。第4章習題答案4-1鉛酸電池的原理是什么？請寫出它的反應(yīng)方程式。答：傳統(tǒng)鉛酸電池的電極由鉛及其氧化物制成，電解液采用硫酸溶液。在充電狀態(tài)下，鉛酸電池的正極主要成分為二氧化鉛，負極主要成分為鉛；放電狀態(tài)下，正負極的主要成分均為硫酸鉛。放電時，正極的二氧化鉛與硫酸反應(yīng)生成硫酸鉛和水，負極的鉛與硫酸反應(yīng)生成硫酸鉛；充電時，正極的硫酸鉛轉(zhuǎn)化為二氧化鉛，負極的硫酸鉛轉(zhuǎn)化為鉛。鉛酸電池反應(yīng)如下。正極： 負極： 總反應(yīng)： 4-2請簡述鉛酸電池的工作方式。答：鉛酸電池主要有充電放電制和定期浮充制兩種充電方式。充電放電制是指鉛酸電池組充電過程與放電過程分別進行的一種工作方式，即先用整流裝置給鉛酸電池組充滿電后，再由鉛酸電池的負載供電（放電），然后再充電、再放電的一種循環(huán)工作方式。充電放電制主要用于移動型鉛酸電池組。例如，汽車摩托車啟動用鉛酸電池組、鉛酸電池車輛用鉛酸電池組等，當有兩組相同型號的固定型鉛酸電池組，一組工作，而另一組備用時，一般也采用這種工作方式。定期浮充制就是整流設(shè)備與鉛酸電池組并聯(lián)并定期輪流向負載供電的一種工作方式。也就是說，由整流設(shè)備和鉛酸電池組所構(gòu)成的直流電源，部分時間由鉛酸電池向負載供電；其他時間由整流設(shè)備浮充鉛酸電池組供電，即整流設(shè)備在直接向負載供電的同時，還要向鉛酸電池充電(浮充)，以補充鉛酸電池放電時所消耗的能量以及因局部放電所引起的容量損失。4-3簡述鉛酸電池的充放電特性。答：鉛酸蓄電池充電曲線如下圖所示，其內(nèi)部反應(yīng)如下：圖4-17習題4-3示意圖(1)在電池充入電量至70%～80%之前，利用整流器的限流特性維持充電電流不變，此過程電池端電壓幾乎呈直線上升；(2)當電流的端電壓上升至穩(wěn)壓點附近時，由于充電歷程已到中后期，此時正極板上PbSO4數(shù)量已不多，使交換電流密度隨反應(yīng)面積的變小而增大，所以電化學極化作用已經(jīng)變小，而電池內(nèi)阻也明顯減少。但是，充電的真實表面積已經(jīng)變小了，故引起了電極真實電流密度的增大。繼而使電極表面附近電解液濃度增高，導致濃差極化影響嚴重，造成電池內(nèi)電流迅速衰減。(3)當充電至后期，電池電流已明顯變小，所以濃差極化作用隨之減小。而電化學極化作用影響又增加，所以電池電流繼續(xù)衰減，只是衰減速度變慢。(4)充電末期，充入電池的電流大部分用于維持電池內(nèi)氧循環(huán)，僅極小的電流用于維持活性物質(zhì)的恢復(fù)，因而電池電流穩(wěn)定不變。鉛酸蓄電池放電曲線如下圖所示，其內(nèi)部反應(yīng)如下：圖4-18習題4-3示意圖(1)在放電初期，端電壓U下降很快，這是因為在放電初期，活性物質(zhì)微孔內(nèi)的電解液濃度下降很快，使電動勢E明顯減小，同時內(nèi)電阻r的明顯減小也使內(nèi)電阻電壓降Ir有較大減小，端電壓U也將快速減小。(2)在放電中期，由于活性物質(zhì)微孔內(nèi)的電解液逐漸擴散，其濃度趨于平衡，使電動勢E和內(nèi)電阻r的減小變得緩慢，也使端電壓U緩慢減小。臨近放電中期末尾時，正負極板表面上的活性物質(zhì)[二氧化鉛(PbO2)和海綿狀金屬鉛(Pb)]已經(jīng)大部分轉(zhuǎn)換成硫酸鉛(PbSO4)。(3)放電后期，極板上活性物質(zhì)轉(zhuǎn)換成硫酸鉛的轉(zhuǎn)換作用已經(jīng)很微弱，這時，端電壓的下降將變快，當放電電壓下降到終了電壓(1.8V)時，蓄電池應(yīng)立即停止放電，這時，端電壓將很快恢復(fù)到2.0V左右，如果不立即停止放電，蓄電池的端電壓將急劇下降，同時對蓄電池的使用壽命也將產(chǎn)生不利影響。4-4請簡述鉛炭電池的特點。答：在負極引入活性炭，使電池兼具鉛酸電池和超級電容器的優(yōu)勢，能夠顯著提高鉛酸電池的壽命，同時可有效抑制普通鉛蓄電池負極不可逆硫酸鹽化的問題，使其大電流充放電性能和循環(huán)壽命得到顯著提升。其優(yōu)勢在于：(1)成本低廉、制造工藝簡便；(2)能量成本低；(3)工作溫度范圍寬泛，低溫性能好于鋰電池無需單體BMS。其劣勢在于：(1)比功率、比能量偏低充電速率低，滿充需要14-16小時；(2)需防止不可逆硫酸鹽化；(3)循環(huán)壽命短，重復(fù)深度充放減少電池壽命；(4)回收困難，對環(huán)境有害。4-5鋰離子電池的原理是什么？請寫出它的反應(yīng)方程式。電池充電時，正極上的電子通過外部電路跑到負極上，而鋰離子從正極脫嵌，穿過電解質(zhì)和隔膜嵌入負極，與從正極跑過來的電子結(jié)合，使得負極處于富鋰態(tài)，正極處于貧鋰態(tài)，同時電子的補償電荷從外電路供給到負極，保證負極的電荷平衡；放電時則相反，電子從負極經(jīng)過外部電力電子器件跑到正極，鋰離子從負極脫嵌，

穿過電解質(zhì)和隔膜重新嵌入正極，正極，與從負極跑過來的電子結(jié)合。因此鋰離子電池實質(zhì)為一種鋰離子濃差電池，依靠鋰離子和電子在正負極之間的轉(zhuǎn)移來完成充放電工作。鋰離子電池的化學反應(yīng)式： 正極反應(yīng)： 負極反應(yīng)： 4-6簡述鋰離子電池的充放電特性。答：充電過程：隨著鋰離子充電電流的增加，恒流時間逐步減少，恒流可充入容量和能量也逐步減少。在實際電池組應(yīng)用中，可以以鋰離子電池允許的最大充電電流充電，達到限壓后，再進行恒壓充電，這樣在減少充電時間的基礎(chǔ)上，也保證了充電的安全性；另外，應(yīng)綜合考慮充電時間和效率，選擇適中的充電電流，以減少內(nèi)阻能耗。放電過程：電池在初始階段端電壓快速下降，放電倍率越大，電壓下降的越快；隨后，電池電壓進入一個緩慢變化的階段，這段時間稱為電池的平臺區(qū)，放電倍率越小，平臺區(qū)持續(xù)的時間越長，平臺電壓越高，電壓下降越緩慢；在電池電量接近放完時，電池負載電壓開始急劇下降直至達到放電截止電壓。4-7請簡述鋰離子電池的特點。答：鋰離子電池優(yōu)勢在于：(1)高能量密度，高功率密度；(2)能量轉(zhuǎn)換效率高，95%以上；(3)長循環(huán)壽命；(4)可快充快放，充電倍率一般在0.5~3C。鋰離子電池劣勢在于：(1)采用有機電解液，存在較大安全隱患；(2)循環(huán)壽命和成本等指標尚不能滿足電力系統(tǒng)儲能應(yīng)用的需求；(3)不耐受過充和過放；(4)使用循環(huán)中不可避免自然緩慢衰退；(5)低溫下（?0℃）不易實現(xiàn)快充快放。4-8請簡述液流電池的特點。答：液流電池和通常以固體作電極的普通蓄電池不同，液流電池的活性物質(zhì)以液體形態(tài)儲存在于兩個分離的儲液罐中，由泵驅(qū)動電解質(zhì)溶液在獨立存在的電池堆中反應(yīng)，電池堆與儲液罐分離，在常溫常壓運行，因此安全性高，沒有潛在爆炸風險。且其充放電循環(huán)次數(shù)＞10000次，日歷壽命可達20年；響應(yīng)速度快、自放電率低且環(huán)境友好。但液流電池能量密度相比其他電化學儲能技術(shù)較低，系統(tǒng)相對復(fù)雜。4-9全釩液流電池的原理是什么？請寫出它的反應(yīng)方程式。答：全釩液流電池中，正極電解液為含有五價釩和四價釩離子的硫酸溶液，負極電解液為含有三價釩和二價釩離子的硫酸溶液，二者由離子交換膜隔開。在對全釩液流電池進行充放電過程中，正負極電解液在各自電極區(qū)進行化學反應(yīng)，釩電池中的電能以化學能的方式存儲在不同價態(tài)釩離子的硫酸電解液中，通過循環(huán)泵把電解液壓入電池堆內(nèi)，在機械動力作用下，使其在不同的儲液罐和半電池的閉合回路中循環(huán)流動，采用質(zhì)子交換膜作為電池組的隔膜，電解質(zhì)溶液平行流過電極表面并發(fā)生電化學反應(yīng)，通過雙極板收集和傳導電流，從而使得存儲在溶液中的化學能轉(zhuǎn)換為電能。全釩液流電池反應(yīng)如下：正極電對：V(Ⅴ)/V(Ⅳ) 負極電對：V(Ⅲ)/V(Ⅱ) 4-10請簡述全釩液流電池、鐵鉻液流電池和鋅溴液流電池的特點。答：全釩液流電池能量密度較低，成本過高；鋅溴液流電池能量密度高、材料成本較低且對環(huán)境友好；鐵鉻液流電池電池成本較低且無污染，制備較為容易。4-11鈉硫電池的原理是什么？請寫出它的反應(yīng)方程式。答：鈉硫電池采用加熱系統(tǒng)把不導電的固態(tài)鹽類電解質(zhì)加熱熔融，使電解質(zhì)呈離子型導體而進入工作狀態(tài)。作為固體電解質(zhì)兼隔膜，固態(tài)β-氧化鋁陶瓷管只允許帶正電荷的鈉離子通過并在正極和硫結(jié)合形成硫化物。鈉硫電池在放電過程中，電子通過外電路由陽極（負極）到陰極（正極），而Na+則通過固體電解質(zhì)β-Al2O3與S2-結(jié)合形成多硫化鈉產(chǎn)物，在充電時電極反應(yīng)與放電相反。鈉與硫之間的反應(yīng)劇烈，因此兩種反應(yīng)物之間必須用固體電解質(zhì)隔開，同時固體電解質(zhì)又必須是鈉離子導體。鈉硫電池反應(yīng)如下。正極： 負極： 總反應(yīng)： 4-12請簡述鈉硫電池的特點。答：鈉硫電池單位質(zhì)量或單位體積所具有的有效電能量較高，也稱其比能量較高。其理論比能量為760wh/kg，是鉛酸電池的3-4倍；此類電池能夠進行大電流、高功率放電，其放電電流密度一般可達200-300mA/cm2，并瞬時間可放出其3倍的固有能量；由于鈉硫電池采用固體電解質(zhì)，沒有通常采用液體電解質(zhì)二次電池的自放電及副反應(yīng)，使得其充放電效率很高，但其僅能在300-350℃的溫度下工作，所以在鈉硫電池工作時需要適時加熱保溫；鈉硫電池系統(tǒng)規(guī)?？筛鶕?jù)應(yīng)用需求通過鈉硫電池模塊集成靈活擴展，達到MW級別；此外還具有無放電污染、無振動、低噪聲、環(huán)境友好等優(yōu)點。第5章習題答案5-1.試根據(jù)氫原子的基態(tài)能級，計算每摩爾氫原子的電離能。答：每摩爾氫原子的電離能=13.6×1.6×10-19×6.022×1023=1310kJ/mol5-2.簡述氫能的特點。答：氫能可以通過燃燒、催化產(chǎn)熱、化學產(chǎn)熱、電化學產(chǎn)電等不同的轉(zhuǎn)化方式進行應(yīng)用，具有多轉(zhuǎn)換性的特點。5-3.簡述氫儲能的作用。答：由于氫能具有多轉(zhuǎn)化性的特點，和其他儲能技術(shù)相比，氫儲能不僅具有調(diào)節(jié)電網(wǎng)波動性的作用，還具有代替部分化石能源、充當化工原料的作用。5-4.簡述氫儲能的主要環(huán)節(jié)及其特點。答：氫儲能作為一個全產(chǎn)業(yè)鏈，可分為上游制備，中游儲運，下游應(yīng)用三個環(huán)節(jié)，根據(jù)應(yīng)用場景及需求的不同，產(chǎn)業(yè)鏈可由三環(huán)節(jié)中的元素搭配組成。1)上游制取上游制取氫氣的方式可分為化石能源重整制氫、電解水制氫、新型制氫技術(shù)三類，其特點各不相同。2)中游儲運氫能的中游儲運方式可分為氫的高壓氣態(tài)儲運、低溫液態(tài)儲運及固態(tài)儲運三類。3)下游應(yīng)用氫能應(yīng)用具有多轉(zhuǎn)換性的特點。其主要的應(yīng)用方式有：(1)直接燃燒，即利用氫和氧發(fā)生反應(yīng)放出的熱能；(2)通過燃料電池轉(zhuǎn)化為電能，即利用氫和氧在催化劑作用下的電化學反應(yīng)直接獲取電能；(3)化學反應(yīng)，即在化工等行業(yè)中利用氫的還原性質(zhì)。5-5.試問興登堡和挑戰(zhàn)者號上使用氫的物理狀態(tài)，并簡述該狀態(tài)起什么作用。答：興登堡號飛艇使用的氫為氣態(tài)，作用是給飛艇提供浮力。挑戰(zhàn)者號航天飛機使用的氫為液態(tài)，是作為液態(tài)燃料給航天飛機提供動力。5-6.在天然氣水蒸氣重整制氫中，在400K、800K、1200K溫度下，試分別判斷制備合成氣的反應(yīng)能否自發(fā)進行。（不同溫度下標準吉布斯自由能如下表所示）類別???CO-146.4-182.5-217.8H-224.0-203.6-181.6C-42-2.141.6答：合成氣反應(yīng)為：C由式?可知，在400、800、1200K時反應(yīng)前后標準吉布斯自由能的變化為119.6、23.2、-77.8kJ/mol。所以該反應(yīng)在1200K時能自發(fā)進行。5-7.TiO2是常用的光催化制氫材料，已知TiO2的帶隙為3.2eV，試求太陽光譜中TiO2的光波長吸收限，并提出一種可以拓寬其吸收限的方法。解：由E=?ν故其光波長的吸收限是388.4nm。摻雜是調(diào)控半導體電子結(jié)構(gòu)的有效途徑。摻雜過渡金屬離子可以在半導體禁帶內(nèi)引入雜質(zhì)能級，從而擴寬其吸收限。此外，陰離子摻雜可調(diào)節(jié)半導體導帶位置，擴大材料的光響應(yīng)范圍。5-8.在變壓吸附純化氫氣的過程中，假設(shè)吸附劑的熱導率較小，吸附熱和解吸熱引起的床層溫度的變化不大，可以將其看成是等溫過程。試設(shè)計至少2種的吸附-解吸工藝。答：(1)常壓下吸附，真空下解吸；(2)加壓下吸附，常壓下解吸。5-9.試問化學吸附與物理吸附之間的區(qū)別?；瘜W吸附與物理吸附對比1、原理：化學吸附依靠的是比較強的化學鍵，物理吸附依靠的是比較弱的范德華力2、層數(shù)：化學吸附只能是單層吸附，物理吸附可以是多層吸附3、可逆性：化學吸附不可逆，物理吸附可逆4、吸附溫度：化學吸附的吸附溫度更高（反應(yīng)熱），物理吸附的溫度低（反應(yīng)熱）5、吸附速率：化學吸附比物理吸附速率慢6、吸附選擇物性：化學吸附具有吸附選擇性，物理吸附不存在吸附選擇性5-10.在高壓氣態(tài)儲氫中，若儲氫罐的瓶壓是20MPa，體積為50L，試計算其在300K時，可以儲存的氫氣的質(zhì)量為多少kg。解：由pV=mM5-11.不同氣體的Joule-Thompson系數(shù)如下圖所示，試問在多少溫度下，可以通過節(jié)流膨脹對氫氣降溫，并分析原因。答：節(jié)流膨脹使氣體降溫的前提是Joule-Thomson系數(shù)μ>0。由圖可知，氫氣的Joule-Thomson系數(shù)在溫度約為200K大于0，因此在200K溫度以下，可以通過節(jié)流膨脹對氫氣降溫。5-12.根據(jù)固態(tài)材料儲氫的原理，可分為物理吸附儲氫材料和化學吸附儲氫材料，試問每一類中的固態(tài)儲氫材料都有哪些。答：根據(jù)固態(tài)材料的儲氫原理可分為物理吸附儲氫材料和化學吸附儲氫材料。其中物理吸附儲氫材料有儲氫碳材料、儲氫金屬-有機骨架材料。化學儲氫材料有金屬單質(zhì)、合金。第6章習題答案6-1根據(jù)物理原理的不同，儲熱技術(shù)可以分為哪幾類？答：根據(jù)物理原理的不同，儲熱技術(shù)可分為顯熱儲熱、潛熱儲熱和熱化學儲熱三種。6-2與顯熱儲熱技術(shù)相比，潛熱儲熱技術(shù)最大的優(yōu)勢是什么？答：相較于顯熱儲熱，潛熱儲熱的主要優(yōu)勢有兩點，一是儲熱密度高于顯熱儲熱，二是可提供恒溫的熱能。6-3當液體顯熱儲熱材料靜置于儲罐中時，會出現(xiàn)溫度分層現(xiàn)象，試簡要說明溫度分層產(chǎn)生的原因及其用于儲熱系統(tǒng)時的優(yōu)點。答：以水為例，在實際工程中，當水靜置于水箱中時，由于散熱會使得密度大的冷流體在重力作用下居于水箱底層，而密度小的高溫流體居于水箱上層。從提高系統(tǒng)性能的角度，水箱內(nèi)的溫度分層有兩個優(yōu)點：一是避免了冷熱流體的摻混，當負載工質(zhì)從水箱上層吸收熱能時提高了熱能利用的品位；二是由于集熱器進口溫度和效率呈負相關(guān)，所以集熱器進口與水箱下層低溫處相連可提高整個系統(tǒng)效率。6-4晶體生長率低、過冷度大會使得儲存于相變材料的潛熱難以充分利用，簡要說明其原理。答：過冷是指液體低于熔點而沒有凝固的現(xiàn)象。由于勻相核化結(jié)晶活化能的存在，純液體的結(jié)晶一般會在略低于熔點時開始。晶核形成的同時，新相和液體之間的相界面也會形成，此過程會消耗能量，所消耗能量的大小依其表面能而定。假如要形成的晶核太小，形成晶核產(chǎn)生的能量無法形成界面，就不會開始成核。因此必須要溫度夠低，可以產(chǎn)生穩(wěn)定的晶核，相變材料才會開始凝固。因此，晶體生長率低、過冷度大，會導致相變材料無法在理論的凝固點附近凝固，不僅造成潛熱難以充分利用，且導致放熱過程難以保持在恒溫工況，因此對于某些過冷度大的相變材料，如、水合鹽，可使用成核劑使其過冷點接近于熔點。6-5在相變材料的封裝過程中，要求氣隙空間產(chǎn)生于遠離熱源的位置，試分析其原因。答：相變前后顯著的密度差異將導致材料在固相時會形成一個氣隙空間，如果封裝技術(shù)設(shè)計不當，這個氣隙空間將會大大阻礙傳熱速率，由于空氣的導熱率比任何相變材料都要低幾個數(shù)量級，因此當氣隙空間產(chǎn)生于不合適的位置時，將成為相變材料吸熱熔化時巨大的熱阻。因此，封裝技術(shù)的設(shè)計應(yīng)當使氣隙空間產(chǎn)生于遠離熱源的位置。比如在某個重力不可忽略的封裝容器內(nèi)，應(yīng)避免熱源位于封裝容器的頂部。因為一旦如此，容器頂部將形成氣隙空間，在下一次充熱時，這一氣隙空間將成為相變材料和熱源之間的絕熱層。6-6加入肋板為何會對相變材料起到強化換熱的作用？在熔化過程和凝固過程中，肋板的作用有何差異？答：肋板之所以成為一種主流的強化換熱手段主要原因是可以擴展換熱面積。由于自然對流對熔化過程中的換熱效果影響顯著，而肋板的加入不可避免地會影響到自然對流過程，因此相變材料強化換熱中一個重要的研究領(lǐng)域是分析如何通過改變肋板間距、數(shù)目、厚度、肋板插入相變材料的深度等關(guān)鍵參數(shù)，使得肋板對自然對流的抑制程度最低、換熱面積最大，從而優(yōu)化強化換熱效果。相較于熔化過程，凝固過程主要以熱傳導為主，自然對流作用微弱，甚至可以忽略，因此肋板對強化傳熱的作用更加明顯。6-7請分別寫出金屬氧化物儲熱體系、金屬氫化物體系、氫氧化物儲熱體系的反應(yīng)通式。答：金屬氧化物儲熱體系的反應(yīng)通式為：M金屬氫化物儲熱體系的反應(yīng)通式為：M氫氧化物儲熱體系的反應(yīng)通式為：M6-8某冷卻系統(tǒng)中的工質(zhì)泵以50%的效率耗電2kW使得工質(zhì)在管路中流動，假設(shè)工質(zhì)為水，流入泵時的溫度為10℃且流量保持在1.5kg/s，管道及泵與外界環(huán)境無熱交換，試求：泵的出口溫度。答：假設(shè)工質(zhì)質(zhì)量流量為m，焓為?，泵功為Win，0=0.5即：0.5可得出T6-9將例6-3中的巖石材料換為相同質(zhì)量、相同初始溫度的相變儲熱材料，計算相同太陽輻照、有效輻照時常和面積條件下，相變材料的終溫。其中相變材料的熔化溫度為30℃，相變潛熱為200kJ/kg，比熱為2kJ/(kgK)。解：由于相變材料的初始溫度Tinitial為15℃，而相變溫度TPC為30℃，因此材料首先通過顯熱儲熱升溫到3mc=200×230?15而0.4因此在吸熱結(jié)束時相變材料仍未完全熔化，則終溫保持在相變溫度，即30℃。6-10如圖6-50所示為某種充熱裝置，該裝置通過底部的電加熱設(shè)備向頂部的陶瓷儲熱材料充熱，假設(shè)充熱達到穩(wěn)態(tài)時電加熱設(shè)備溫度為1000K，而陶瓷上表面溫度為500K，試求該過程中的?流變化。圖6-50習題6-10示意圖解：首先以電加熱元件為控制體積(CV1W??由題中所給條件可得：QSEE即進入電子加熱元件的?流為500W，其中損失了149W，剩余351W作為熱量?流入儲熱材料。以儲熱材料為控制體積(CV1QQ1?由題中所給條件可得：SEE即由電子元件傳來的391W?流在陶瓷材料損失149W，剩余202W繼續(xù)由上表面流出。6-11如圖6-51所示為一塊背面絕熱、正面吸收太陽輻照的金屬平板，該平板正面吸收率為0.6，太陽輻照為700W/m2，環(huán)境溫度為25℃，平板和空氣之間的對流換熱系數(shù)為50W/m2K。試求在僅考慮對流換熱的情況下，達到穩(wěn)態(tài)時平板的溫度。圖6-51習題6-12示意圖解：由題意可知，平板的換熱過程僅考慮吸熱和對流換熱，而不考慮輻射熱損，令吸收率為α，平板有效換熱面積為As，太陽輻照為qincident,solar，環(huán)境溫度為T∞α由此可求出穩(wěn)態(tài)終溫為：T6-12請基于例6-10已知條件及計算結(jié)果，假設(shè)堆積床空氣入口溫度為25℃~65℃范圍內(nèi)以16h為周期的正弦函數(shù)，堆積床起始溫度為25℃，忽略堆積床與環(huán)境之間的換熱，計算16h內(nèi)堆積床出口空氣溫度的變化趨勢。解：根據(jù)題中所給條件，計算16h內(nèi)堆積床出口空氣溫度的變化趨勢如下圖所示：6-13保持例6-12中其他參數(shù)不變，試分析球形膠囊內(nèi)外壁面溫度差從0℃變到20℃時，石蠟完全融化所需的時間和充熱過程中球形膠囊內(nèi)的?損的變化趨勢。解:完全融化所需的時間和充熱過程中球形膠囊內(nèi)的?損的變化趨勢如下圖所示：第7章習題答案7-1簡述飛輪儲能的構(gòu)成并說明各組成部件的作用。答：飛輪儲能系統(tǒng)主要由飛輪轉(zhuǎn)子、軸承系統(tǒng)、電機系統(tǒng)、真空室、電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)等構(gòu)成。飛輪轉(zhuǎn)子是儲能裝置，利用轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)可以將能量以機械能的形式進行儲存，并通過轉(zhuǎn)速的變化實現(xiàn)能量在動能與電能之間的轉(zhuǎn)化；軸承系統(tǒng)的作用是支承轉(zhuǎn)子安全穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)，并減小旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的摩擦阻力；電機系統(tǒng)集成了發(fā)電機和電動機，在儲能系統(tǒng)充放電時實現(xiàn)電能和動能之間的相互轉(zhuǎn)換；真空室用于維持飛輪轉(zhuǎn)子的真空環(huán)境，從而降低空氣阻力帶來的摩擦損耗，目的是實現(xiàn)能量的高效率存儲和釋放，并且對飛輪裝置起到保護作用；電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)是將輸入電能轉(zhuǎn)換為直流電供給電機，對輸出電能進行調(diào)頻、整流后供給負載的關(guān)鍵部件，主要對充放電所需的電能進行整流和轉(zhuǎn)換，以滿足負載所需電壓或頻率的要求。7-2什么是失超？產(chǎn)生失超現(xiàn)象的原因有哪些？失超對系統(tǒng)有哪些影響？應(yīng)該采取哪些措施？答：失超是超導體在運行過程由于受到擾動無法滿足臨界電流等條件，從而失去超導體的優(yōu)良導電特性的一種狀態(tài)。失超的原因：超導材料制備過程中的缺陷導致局部性能較差；一些擾動如電流引線或儀器測控引線引入的熱擾動、洛倫茲力產(chǎn)生的導線運動、繞組變形、交流損耗、核輻射熱和束流輻射、磁通跳躍等可能導致失超；超導儲能系統(tǒng)持續(xù)吸收有功功率的時間較長，也會使超導線圈中的電流密度超過臨界電流密度而導致失超。失超的影響：失超導致超導體大量發(fā)熱，溫度迅速上升會造成設(shè)備損壞、絕緣層破壞、甚至冷卻液氣化造成系統(tǒng)體積膨脹進而發(fā)生破裂和爆炸等問題。失超保護措施：失超保護措施可分為兩類：一類是將超導體內(nèi)的能量轉(zhuǎn)移至超導體外釋放，如并聯(lián)外部電阻保護與變壓器保護；二是加速超導體的失超，使能量消耗在超導體內(nèi)，如內(nèi)部分段并聯(lián)電阻保護與并聯(lián)二極管保護。7-3超級電容的“超級”體現(xiàn)在哪里？答：超導電容的“超級”在于：(1)超級電容器可以被視為懸浮在電解質(zhì)中的兩個無反應(yīng)活性的多孔電極板，在極板上加電，正極板吸引電解質(zhì)中的陰離子，負極板吸引陽離子，實際上形成兩個容性存儲層，被分離開的陽離子在負極板附近，陰離子在正極板附近。(2)超級電容器在分離出的電荷中存儲能量，用于存儲電荷的面積越大、分離出的電荷越密集，其電容量越大。(3)傳統(tǒng)電容器的面積是導體的平板面積，為了獲得較大的容量，導體材料卷較長，有時用特殊的組織結(jié)構(gòu)來增加它的表面積。傳統(tǒng)電容器是用絕緣材料分離它的兩極板，一般為塑料薄膜、紙等，這些材料通常要求盡可能的薄。(4)超級電容器的面積是基于多孔炭材料，該材料的多孔結(jié)構(gòu)允許其面積達到2000m2/g，通過一些措施可實現(xiàn)更大的表面積。超級電容器電荷分離開的距離是由被吸引到帶電電極的電解質(zhì)離子尺(5)龐大的表面積再加上非常小的電荷分離距離使得超級電容器較傳統(tǒng)電容器而言有驚人大的靜電容量，這也是其“超級”所在。7-4雙電層電容器與贗電容器在電荷儲能上的差別和各自的特點是什么？答：差別：雙電層電容通過電極與電解液形成的界面雙電層來收藏電荷從而實現(xiàn)儲存能量的功能；贗電容器又稱法拉第準電容器，其儲能過程涉及高度可逆的電化學反應(yīng)，具體表現(xiàn)為首先電極活性物質(zhì)在表面或體相中發(fā)生欠電位的積淀作用，再通過化學吸附或是氧化還原反應(yīng)形成電容器。特點：雙電層電容不涉及化學反應(yīng)，界面見的電壓差不宜較大，通過串聯(lián)電容器方可實現(xiàn)高電壓輸出；贗電容器具有較大的比電容值，其電容量可達雙電層電容器的10～100倍。7-5如何提高飛輪儲能系統(tǒng)的儲能量？答：提高飛輪儲能系統(tǒng)儲能量的方法包括：增大飛輪轉(zhuǎn)子線速度；改進轉(zhuǎn)子材料：選擇強度更高的材料，復(fù)合材料的復(fù)合材料在比強度和使用壽命方面有著極佳的表現(xiàn)；改善轉(zhuǎn)子的設(shè)計和制造技術(shù)：采用圓環(huán)形狀制作復(fù)合材料飛輪，采用多層轉(zhuǎn)子等方式提高飛輪線速度和儲能密度。7-6將例7-2中超級電容的有效表面積減少為2000m2/g答：利用電容計算公式（7-7）和電容儲能公式（7-8）代入計算即可。電容值為：C=儲存能量為：E=7-7若一個直徑為10m的飛輪，其質(zhì)量為100噸，轉(zhuǎn)速為6000r/min，試求理論上飛輪儲能可存儲的能量。答：將數(shù)據(jù)代入飛輪儲能的動能計算公式（7-2）即可。飛輪轉(zhuǎn)子的線速度：v=ωr=2πfr=飛輪轉(zhuǎn)子儲存的能量：E第8章習題答案8-1請簡述儲能成組、集成技術(shù)的概念。答：成組技術(shù)：電池成組技術(shù)將電池單體通過成組方式組合成比電池單體能量等級更高的電池模組，是大容量儲能系統(tǒng)的核心技術(shù)之一。儲能電池模組的成組方式主要有三種：直接串聯(lián)、先串后并和先并后串。集成技術(shù)：與成組技術(shù)類似，集成技術(shù)是將電池模組整合成儲能電站的技術(shù)。電池模組通過串并聯(lián)的方式進行組合后與儲能變流器（PCS）連接，將直流電變?yōu)榻涣麟?，再通過升壓變壓器提高電壓等級，進而匯聚成儲能電站。8-2請簡述儲能平抑新能源出力波動、跟蹤計劃出力、削峰填谷和調(diào)頻控制的原理。答：平抑新能源出力波動：風電場、光伏電站等新能源發(fā)電站的出力具有較大的波動性，其并網(wǎng)發(fā)電后會引發(fā)電網(wǎng)出現(xiàn)電力平衡等一系列問題。為了平抑新能源出力的波動，可在電網(wǎng)配置一定容量的儲能，通過儲能系統(tǒng)的充放電調(diào)節(jié)，減小新能源的出力波動；跟蹤計劃出力：考慮到了新能源場站的隨機間歇性，儲能電站通過跟蹤控制補償新能源場站實際功率與發(fā)電計劃的差值，以滿足運行調(diào)度要求；削峰填谷：在電力負荷處于低谷期時，電網(wǎng)向儲能系統(tǒng)充電；在電力負荷處于高峰期時，儲能系統(tǒng)向電網(wǎng)放電；調(diào)頻控制：發(fā)電機運行如遇負荷突增情況時，根據(jù)發(fā)電機及負荷的頻率調(diào)節(jié)特性，在儲能電站、傳統(tǒng)機組以及綜合負荷的共同作用下，使系統(tǒng)達到新的穩(wěn)定運行點。8-3請簡述多儲能單元間功率分配策略的原理。答：在對儲能電站內(nèi)部的各個儲能單元進行功率分配時，需要考慮每個儲能單元的容量、電池荷電狀態(tài)（SOC）、待充放電功率等因素的影響。在各儲能單元的荷電狀態(tài)、額定功率和容量均相同的情況下，可以采用均分法對每個儲能單元的充放電功率進行分配；在各儲能單元的額定功率和容量不同時，可以采用比例法對每個儲能單元的充放電功率進行分配；在各儲能單元的荷電狀態(tài)不同時，應(yīng)以它們的SOC為約束條件進行功率分配。8-4一臺120KVA不間斷電源共有32節(jié)12V238Ah串聯(lián)的蓄電池，若將其以20%的負載率放電30分鐘后，試問該不間斷電源剩余容量占比。答：實際負載為：120×20%=24KW；輸出電壓為：32×12=384V；不間斷電源輸出時間：384×238÷24000=3.8h；供電30分鐘所占輸出時間比例：30÷60÷3.8≈13%；剩余容量占比：1-13%=87%。8-5假設(shè)某地區(qū)建設(shè)26MW/52MWh儲能電站,考慮到經(jīng)濟、環(huán)境、安全等因素，采用電壓為：3.2V，標稱容量為344Ah的單體電池進行集成，已知12個單體電池串聯(lián)組成電池模塊，20個電池模塊串聯(lián)組成電池包，4個電池包并聯(lián)組成儲能單元，52個儲能單元并聯(lián)構(gòu)成該儲能電站。試推導電池模塊、電池包、儲能單元、儲能電站的電壓、容量組成情況。答：對于每個電池模組：由題意得，每12個電池單體串聯(lián)，構(gòu)成一個電池模組，則電池模組的電壓等級為：3.2×12=38.4V；電池模組的容量為：38.4×344÷1000=13.2096KWh；對于每個電池包：由題意得，每20個電池模組串聯(lián)，構(gòu)成一個電池包，則每個電池包的電壓等級為：12×3.2×20=768V；每個電池包的容量為：768×344÷1000=264.192KWh；對于每個儲能單元：由題意得，每4個電池單包并聯(lián)，構(gòu)成一個儲能單元，則儲能單元的電壓等級為：12×3.2×20=768V；儲能單元的容量為：768×344×4÷1000＝1056.768KWh≈1MWh；對于儲能電站：由題意得，每2個儲能單元放置在一間電池室內(nèi)，儲能電站由26個電池室內(nèi)的儲能單元通過并聯(lián)方式組成，則儲能電站的電壓等級為：12×3.2×20=768V；儲能電站的容量約為：1MWh×2×26=52MWh；8-6假設(shè)某儲能電站額定功率為500kW，包含U1、U2、U3、U4共4個儲能單元。該電站在某時刻接收到調(diào)度指令為200kW。試分別計算：（1）各儲能單元的額定功率值相等，且此時各單元SOC值相等，求U1~U4各自分配的功率值；（2）各儲能單元U1、U2、U3、U4的額定功率值不等，已知U1、U2的額定功率分別為75kW、175kW，U4分配的功率指令值為20kW，求U3、U4的額定功率以及U1~U4各自分配的功率值。答：（1）各儲能單元的荷電狀態(tài)、額定功率均相同時由題意得：儲能單元U1分配的功率為：P1=200同上，儲能單元U2、U3和U4分配的功率均為50kW。（2）各儲能單元的荷電狀態(tài)相同，額定功率不同時由題意得：儲能單元U4的額定功率為：P4=20×5儲能單元U3的額定功率為：P3=500?75?175?50=200k儲能單元U1在200kW調(diào)度指令下的分配功率為：P1=75÷5儲能單元U2在200kW調(diào)度指令下的分配功率為：P2=175÷5儲能單元U3在200kW調(diào)度指令下的分配功率為：P3=200÷5第9章習題答案9-1在儲能投資方案評價和選擇中，只要方案的內(nèi)部收益率大于基準貼現(xiàn)率，方案就是可取的，這個結(jié)論對嗎？為什么?答：不對。在一般情況下，各種方法具有一致的結(jié)論，但當項目方案的計算期不同或項目方案原始投資規(guī)模不同時，分別使用凈現(xiàn)值法、內(nèi)部收益率法和凈現(xiàn)值率法，其結(jié)論可能會不一致。因此在應(yīng)用評價方法對方案進行比選時，不僅要注意保持各個方案的可比性，而且要注意選用恰當?shù)脑u價依據(jù)。9-2某儲能項目的計算期為10年，經(jīng)計算其內(nèi)部收益率恰好等于基準收益率，問該方案的凈現(xiàn)值和動態(tài)回收期各為多少？為什么？答：結(jié)合公式(9-13)和公式(9-14)：NPVi=0可得凈現(xiàn)值NPVi0=0，動態(tài)回收期為19-3簡述儲能在電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的應(yīng)用情況。答：在發(fā)電側(cè)，儲能主要有兩種應(yīng)用情景：一是與火電聯(lián)合運行，二是與可再生能源聯(lián)合運行。將儲能與火力發(fā)電聯(lián)合運行，作用如下：1）提高火電機組的靈活性不足的短板，“火儲”作為整體參與調(diào)峰、調(diào)頻服務(wù)；2）避免火電機組的頻繁啟停，減少機組損耗并降低其維護成本；3）增加系統(tǒng)在高峰時刻的供電能力，延緩新建電廠甚至避免新建電廠。儲能與可再生能源聯(lián)合運行，作用如下：1）使原本難以控制的可再生能源發(fā)電出力可控，進而提高可再生能源的消納率；2）作為整體參與調(diào)峰、調(diào)頻等輔助服務(wù)，獲取額外收益；3）可減少可再生能源場站所需備用容量，并節(jié)省并網(wǎng)通道建設(shè)投入。在電網(wǎng)側(cè)配置儲能，作用如下：1）在動態(tài)逆變器等外部設(shè)備的輔助下，可以調(diào)整線路的無功功率，實現(xiàn)動態(tài)補償；2）儲能可以雙向調(diào)節(jié)系統(tǒng)的功率，提高系統(tǒng)的調(diào)峰、調(diào)頻能力；3）可以優(yōu)化系統(tǒng)潮流，降低調(diào)度周期內(nèi)的電網(wǎng)損耗；4）在故障情況下，儲能可以提供無功電壓支撐，并作為事故后備電源，全面提高電網(wǎng)的可靠性。在負荷側(cè)配置儲能，作用如下：1）可以利用儲能的“低儲高發(fā)”性能降低整體用電成本；2）可以減小用戶用電功率的最高值，進而降低容量費用；3）安裝了儲能的用戶，在發(fā)生停電故障期間，仍可利用儲能進行電力供應(yīng)，提高供電可靠性；4）可以在短期故障的情況下保持電能質(zhì)量，減少電壓波動、頻率波動、功率因數(shù)、諧波以及秒級到分鐘級的負荷擾動等對電能質(zhì)量的影響。9-4火儲聯(lián)合調(diào)頻系統(tǒng)中，儲能是如何輔助火電機組進行調(diào)頻的？可以獲得哪些方面的效益？答：儲能系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、控制精度高、運行效率高的特點。通過充放電控制，可以削減電力系統(tǒng)的有功功率不平衡或區(qū)域控制偏差，從而參與一次調(diào)頻和二次調(diào)頻。獲得的收益主要是調(diào)頻補助收益。9-5儲能與新能源聯(lián)合運行可以發(fā)揮哪些方面的作用？如何發(fā)揮這些作用？答：由于可再生能源具有較強的間歇性、波動性和隨機性，其并網(wǎng)消納困難，并可能引發(fā)一系列安全、穩(wěn)定問題。通過儲能與可再生能源聯(lián)合運行，可以使原本難以控制的可再生能源發(fā)電出力可控，進而提高可再生能源的消納率。此外，儲能與可再生能源聯(lián)合運行時，也可以作為整體參與調(diào)峰、調(diào)頻等輔助服務(wù)，獲取額外收益。同時，在可再生能源側(cè)裝設(shè)儲能系統(tǒng)后，由于其可控性增強，還可減少可再生能源場站所需備用容量，并節(jié)省并網(wǎng)通道建設(shè)投入。9-6結(jié)合對儲能技術(shù)的認識，簡要分析電源側(cè)儲能、電網(wǎng)側(cè)儲能和用戶側(cè)儲能的市場應(yīng)用前景。答：在發(fā)電側(cè)方面，儲能的投運可以提高機組的運行靈活性、調(diào)度經(jīng)濟性、參與調(diào)峰調(diào)頻等輔助服務(wù)，已得到了廣泛的應(yīng)用，全球有近20個國家在建或投運了超過兩百項兆瓦級儲能調(diào)頻項目。然而其缺陷在于：1）儲能項目布點位置不合理、容量配置過大；2）輔助服務(wù)購買和付費機制尚未完善，聯(lián)合調(diào)頻項目經(jīng)濟性不佳等。未來需要在電源側(cè)儲能的容量優(yōu)化配比、健全輔助服務(wù)相關(guān)機制等方面進行優(yōu)化，保障儲能項目高效、經(jīng)濟運行。在電網(wǎng)側(cè)方面，大功率儲能能夠為電網(wǎng)提供頻率調(diào)節(jié)、電壓控制、振蕩阻尼、電壓穿越等服務(wù)。在能源互聯(lián)網(wǎng)框架下，儲能成為構(gòu)建智能電網(wǎng)的關(guān)鍵部件。然而，電網(wǎng)側(cè)儲能才剛剛起步，容量占比較低。此外，儲能接入勢必導致大量電力電子元件并入電網(wǎng)，引起母線電壓波動和畸變，造成諧波污染，增加次/超同步振蕩發(fā)生概率。如何與電網(wǎng)的友好深入融合、實現(xiàn)多能協(xié)同是電網(wǎng)側(cè)儲能的重要發(fā)展方向。在用戶側(cè)方面，儲能發(fā)揮的作用主要包括：峰谷套利、需量電費管理、需求側(cè)管理、提高分布式光伏自用率、參與調(diào)峰調(diào)頻輔助服務(wù)等。用戶側(cè)儲能的應(yīng)用價值居“源網(wǎng)荷”三側(cè)之首。然而，目前用戶側(cè)儲能存在的問題是：成本昂貴、利用率低、投資回收期長?；诠蚕斫?jīng)濟模式，開發(fā)一種多用戶多儲能系統(tǒng)的共享模式，實現(xiàn)儲能系統(tǒng)的協(xié)同優(yōu)化及管理，是用戶側(cè)儲能市場化發(fā)展的方向。9-7簡述動力電池梯次利用的步驟。答：退役電池梯次利用主要包括以下步驟：(1)回收：廢舊退役動力電池回收。(2)拆解：無損拆解回收的退役電池組，獲得單體電池。(3)篩選、檢測：實驗檢測單體電池的外特性，從中篩選出滿足外特性技術(shù)指標的可用的單體電池。(4)成組：對篩選出的單體電池配對，重組成電池組。(5)集成：系統(tǒng)集成、運維等。9-8簡述動力電池梯次利用的檢測流程以及每個流程中的檢測指標。答：退役電池的檢測流程主要包括電池初檢、關(guān)鍵電性能全檢及分組抽樣性能測試這3步。(1)電池性狀初檢：對所有退役汽車電池進行全檢，目視電池外觀，用電壓表測試電池電壓、用內(nèi)阻測試儀檢測電池內(nèi)阻，淘汰部件不完整、外殼嚴重變形、漏液、外觀不良、內(nèi)阻過高、脹氣、低（零）電壓等電池。(2)關(guān)鍵電性能全檢：檢測所有梯次利用電池的容量、能量、內(nèi)阻與自放電性能。綜合考慮下游應(yīng)用的性能需求、成本投入和收益情況，有針對性地為上述指標設(shè)定分類閾值，淘汰容量過低、內(nèi)阻過高、自放電率過高的電池，從而保證梯次利用的經(jīng)濟性，再基于一定的一致性判據(jù)對電池進行分組。(3)電池分組抽檢：對各分組電池進行抽樣，由于采用抽檢，所以可以利用稍復(fù)雜的技術(shù)手段。淘汰循環(huán)壽命低、工況適應(yīng)性差、安全試驗不合格及內(nèi)特性檢驗中具有明顯安全隱患的各電池分組。9-9某一儲能項目初始投資為800萬元，在第一年年末現(xiàn)金流入為200萬元，第二年年末現(xiàn)金流入為300萬元，第3、4年年末現(xiàn)金流入均為400萬元。請計算該儲能項目的凈現(xiàn)值、內(nèi)部收益率和動態(tài)投資回收期（i0=10%）。答：現(xiàn)金流量表：年份01234現(xiàn)金流量/萬-800200300400400NPV=-800+200(P/F,10%,1)+300(P/F,10%,2)+400(P/F,10%,2)(P/A,10%,2)=203.47（萬元）9-10若建立一個9MW/4.5MWh的磷酸鐵鋰電池儲能電站輔助火電廠調(diào)頻，初始投資成本約為2500萬元，電網(wǎng)向火電廠調(diào)頻提供補償為5元/MW，典型日AGC指令統(tǒng)計見表9-18，調(diào)頻性能指標見表9-19。忽略運行過程中產(chǎn)生的其他成本且僅考慮電源側(cè)儲能電池的調(diào)頻效益，試求：(1)首年儲能系統(tǒng)調(diào)頻帶來的收益有多大；(2)若從第二年開始每年的調(diào)頻效益下降2%，試求投資該儲能系統(tǒng)的動態(tài)回收期。