描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 精装是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787030798534
内容简介
《能源与储能》在介绍可再生能源逐步替代化石能源及氢基能源逐步替代碳基能源的巨大历史发展趋势后，接着介绍能源革命和可持续能源技术，在此基础上重点讨论了建立智慧能源网络系统所必需的各种储能技术，阐述其基础、操作、发展和应用。讨论的储能技术包括：机械能存储技术中的泵抽水电、压缩空气和飞轮储能等；电磁能存储技术中的超级电容器、电化学电容器、超导磁能储能系统等；化学能存储技术中的各类电池，特别是锂离子电池；化学能存储技术中的各类燃料存储，特别是氢燃料的存储；热能存储技术中的显热、潜热和化学反应热能存储及各种组合存储技术。
目 录
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 概述 1
1.1.1 引言 1
1.1.2 能量资源 2
1.2 全球能源需求和消费 3
1.2.1 《世界能源统计年鉴》数据分析 3
1.2.2 基于人口的预测 7
1.2.3 化石后时代能源预测 9
1.3 能源消耗与环境问题 9
1.4 能量效率、能源节约和能源管理 12
1.4.1 引言 12
1.4.2 提高能量效率和节约能源的措施 12
1.4.3 提升能源效率 15
1.4.4 能源体系转型 15
1.5 电力生产的低碳或无碳化 16
1.5.1 可再生能源电力 17
1.5.2 电网储能时间线 19
1.5.3 可再生能源电力的持续发展 20
1.5.4 连接不同能源部门的储能 21
1.5.5 智能电网建设 21
1.6 储能技术简介 22
1.6.1 引言 22
1.6.2 支撑大规模新能源发展的关键技术 22
1.6.3 储能技术的作用和意义 23
1.6.4 能量存储（储能）技术类型 25
1.6.5 智能电网应用储能技术分类 27
1.6.6 储能技术的评估和比较 28
1.7 非电力部门对储能的需求 34
1.7.1 引言 34
1.7.2 便携式设备装置对储能的需求 34
1.7.3 车辆对储能的需求 35
1.7.4 氢推进动力车辆对储能的需求 37
1.8 储能优化管理建筑物中能量 37
1.8.1 改进照明技术 38
1.8.2 发展储能技术的建议 38
1.9 储能技术发展现状与趋势 39
1.9.1 世界主要国家储能产业政策与发展情况 39
1.9.2 美欧储能市场发展 42
1.9.3 储能技术发展前景 43
1.9.4 储能主动性和策略—未来可持续能源系统的储能策略计划 45
1.10 中国储能技术和市场的发展 46
1.10.1 中国储能市场的发展特点 46
1.10.2 中国储能产业规模 47
1.10.3 当前需要解决的几个重要问题 48
1.10.4 中国储能市场发展趋势 49
第2章 能源利用的演化和储能 52
2.1 前言 52
2.2 能源资源利用历史及其发展趋势 53
2.2.1 能源资源的利用历史 53
2.2.2 零碳能源 55
2.2.3 氢燃料（能源） 56
2.2.4 氢经济 57
2.3 全球能源革命 58
2.4 可持续能源技术 60
2.5 传统能源网络向未来能源网络的过渡 65
2.5.1 现时传统的能源网络系统 65
2.5.2 设想的未来能源网络系统 67
2.5.3 能源网络系统的过渡 71
2.5.4 小结 75
2.6 可持续能源网络（未来能源网络）的特征 75
2.6.1 智能电网 75
2.6.2 智能电网和未来能源网络系统的基本特征 78
2.6.3 未来能源网络系统中的运输部门 80
2.7 能源网络中的储能单元 85
2.7.1 可再生能源电力存储 85
2.7.2 未来能源系统中的储能技术 87
2.7.3 现在和未来能源系统中的储能 87
2.7.4 系统集成、强筋电网和气体存储 88
2.7.5 分布式发电、存储和灵活消费的新兴选项 89
2.7.6 储能用于提高能源安全性 89
2.7.7 多个选项和结果 90
2.7.8 市场发展 91
2.8 储能在未来可持续能源系统中的作用 92
2.8.1 能源发展趋势预测场景 92
2.8.2 扩展可再生能源电力的供应和创生新工作岗位 94
2.8.3 储能解决间断性、可变性和分布式电力生产 98
2.8.4 支持自主*立电网 99
第3章 电力部门储能需求 101
3.1 前言 101
3.2 全球可再生能源电力快速增长和能源效率的提升 104
3.2.1 可再生能源电力快速增加 104
3.2.2 发展可再生能源的关键要素 105
3.2.3 “多能源和低排放”双重挑战 106
3.3 可再生能源电力在中国的发展 106
3.3.1 中国的可再生能源发展 106
3.3.2 中国可再生能源电力发展特点 109
3.3.3 中国可再生能源发展规划要点 109
3.4 可再生能源电力与储能单元的集成 111
3.4.1 引言 111
3.4.2 可再生能源电力配置电能存储的必要性 112
3.4.3 集成可再生能源选择电能存储时需要考虑的因素 116
3.5 分布式发电系统的储能需求 119
3.5.1 引言 119
3.5.2 电力电网规则 120
3.5.3 电池与分布式发电的集成 122
3.5.4 使用其他能源资源的分布式发电 124
3.5.5 混合储能系统 125
3.5.6 小结 126
3.6 德国的电力市场和电网管理经验 128
3.6.1 电力市场体系设计 128
3.6.2 平衡结算单元设计 129
3.6.3 活跃的跨境交易 130
3.6.4 灵活性资源开发—火电灵活性改造 130
3.6.5 储能 131
3.6.6 虚拟电厂 131
3.7 我国可再生能源电力消纳与储能 131
3.7.1 引言 131
3.7.2 消纳难主要原因 132
3.7.3 解决消纳的可能办法 134
3.8 有关消纳的一些问题 136
第4章 机械能存储技术 138
4.1 前言 138
4.2 机械能存储基本原理 139
4.2.1 引言 139
4.2.2 位能存储原理 140
4.2.3 气体存储能量原理 141
4.2.4 重力存储位能原理 142
4.2.5 水位能储能 142
4.2.6 流动水动能的利用 144
4.2.7 线性运动储能原理 144
4.2.8 转动动能存储能量原理 145
4.2.9 结构内能形式的存储能量 148
4.2.10 小结 148
4.3 泵抽水电存储技术 149
4.3.1 引言 149
4.3.2 常规泵抽水电存储 151
4.3.3 地下泵抽水电存储 152
4.3.4 离岸泵抽水电存储 152
4.3.5 重力发电模式泵抽水电存储 153
4.4 泵抽水电存储经济性及其与可再生能源电力组合 154
4.4.1 泵抽水电存储系统经济分析 154
4.4.2 泵抽水电存储与太阳能电力组合 156
4.4.3 泵抽水电存储与风能电力组合 156
4.5 压缩空气储能 158
4.5.1 引言 158
4.5.2 常规压缩空气储能系统 161
4.5.3 绝热压缩空气储能 161
4.5.4 等温压缩空气储能 163
4.5.5 液体活塞压缩空气储能 164
4.5.6 超临界CO2热-机械存储 165
4.6 压缩空气储能技术的应用 165
4.6.1 引言 165
4.6.2 压缩空气储能与太阳能电力的组合 167
4.6.3 压缩空气储能与风电的组合 168
4.7 飞轮储能（动能储能）技术 169
4.7.1 引言 169
4.7.2 飞轮储能原理 172
4.7.3 飞轮的典型结构 173
4.7.4 储能系统的飞轮转子 174
4.7.5 飞轮储能技术的创新 177
4.8 飞轮储能技术的应用 178
4.8.1 缓解风电和太阳能电力随机波动性 179
4.8.2 风能耦合飞轮存储 180
4.8.3 飞轮储能与风力-柴油发电机的组合 181
4.8.4 电池和高功率不间断电源的飞轮储能系统 181
4.9 机械储能系统的比较 182
4.9.1 不同机械能储能技术的比较 182
4.9.2 **建议 184
4.9.3 小结 185
第5章 电磁能存储技术 186
5.1 前言 186
5.2 平行板电容器 187
5.3 电化学电容器 188
5.3.1 基本原理 188
5.3.2 （静）电双层电容器 190
5.3.3 电化学准电容器 190
5.4 电化学电容器中电荷存储机制 191
5.4.1 引言 191
5.4.2 双层电荷机制-电介质/电极电双层界面区域的静电储能 191
5.4.3 在材料电极界面和本体上的法拉第二维和三维吸附电容 192
5.4.4 不同存储电荷机制电容器的电容容量大小比较 195
5.4.5 （静）电双层电容器的特征 196
5.4.6 存储能量质量的重要性 196
5.5 优质电容器 197
5.6 电容器的应用 200
5.6.1 电化学电容器的应用 200
5.6.2 未来展望 201
5.7 电容器的瞬态行为 204
5.7.1 电容器的充放电 204
5.7.2 瞬态行为的Laplace变换 205
5.8 磁能存储 208
5.9 超导储能 212
5.9.1 引言 212
5.9.2 超导材料 212
5.9.3 超导磁能储能（电力）技术 214
5.10 超导磁能储能系统 214
5.10.1 引言 214
5.10.2 理论背景 216
5.10.3 超导磁能储能的特征 217
5.10.4 应用领域 217
5.10.5 展望 218
5.11 本章小结 219
第6章 化学能存储技术Ⅰ：电池Ⅰ 220
6.1 概述 220
6.1.1 引言 220
6.1.2 化学能存储 223
6.1.3 电池储能导引 224
6.1.4 电池种类 226
6.1.5 电池储能系统 228
6.2 电池重要的实际参数和特性 230
6.2.1 电池的能量参数 230
6.2.2 电池电压和能量质量 231
6.2.3 充电容量 232
6.2.4 *大理论比能量 232
6.2.5 电压随电池充放电程度而变 232
6.2.6 循环行为 233
6.2.7 自放电 234
6.3 铅酸电池 234
6.3.1 引言 234
6.3.2 铅酸电池电极反应 235
6.3.3 理想电池电压计算 236
6.3.4 铅酸电池的特点 237
6.3.5 铅碳电池 238
6.4 钠硫电池 239
6.4.1 引言 239
6.4.2 钠硫电池简介 240
6.4.3 钠硫电池的结构特征 241
6.4.4 钠硫电池的特点 242
6.4.5 钠硫电池的设计 243
6.5 钠-金属卤化物电池 245
6.5.1 引言 245
6.5.2 电化学反应和性质 246
6.5.3 钠-金属卤化物电池优缺点和应用 246
6.6 镍基电池 247
6.6.1 引言 247
6.6.2 镍镉电池 248
6.6.3 镍-金属氢化物电池 250
6.7 液流或流动电池 251
6.
前言
第1章 绪论 1
1.1 概述 1
1.1.1 引言 1
1.1.2 能量资源 2
1.2 全球能源需求和消费 3
1.2.1 《世界能源统计年鉴》数据分析 3
1.2.2 基于人口的预测 7
1.2.3 化石后时代能源预测 9
1.3 能源消耗与环境问题 9
1.4 能量效率、能源节约和能源管理 12
1.4.1 引言 12
1.4.2 提高能量效率和节约能源的措施 12
1.4.3 提升能源效率 15
1.4.4 能源体系转型 15
1.5 电力生产的低碳或无碳化 16
1.5.1 可再生能源电力 17
1.5.2 电网储能时间线 19
1.5.3 可再生能源电力的持续发展 20
1.5.4 连接不同能源部门的储能 21
1.5.5 智能电网建设 21
1.6 储能技术简介 22
1.6.1 引言 22
1.6.2 支撑大规模新能源发展的关键技术 22
1.6.3 储能技术的作用和意义 23
1.6.4 能量存储（储能）技术类型 25
1.6.5 智能电网应用储能技术分类 27
1.6.6 储能技术的评估和比较 28
1.7 非电力部门对储能的需求 34
1.7.1 引言 34
1.7.2 便携式设备装置对储能的需求 34
1.7.3 车辆对储能的需求 35
1.7.4 氢推进动力车辆对储能的需求 37
1.8 储能优化管理建筑物中能量 37
1.8.1 改进照明技术 38
1.8.2 发展储能技术的建议 38
1.9 储能技术发展现状与趋势 39
1.9.1 世界主要国家储能产业政策与发展情况 39
1.9.2 美欧储能市场发展 42
1.9.3 储能技术发展前景 43
1.9.4 储能主动性和策略—未来可持续能源系统的储能策略计划 45
1.10 中国储能技术和市场的发展 46
1.10.1 中国储能市场的发展特点 46
1.10.2 中国储能产业规模 47
1.10.3 当前需要解决的几个重要问题 48
1.10.4 中国储能市场发展趋势 49
第2章 能源利用的演化和储能 52
2.1 前言 52
2.2 能源资源利用历史及其发展趋势 53
2.2.1 能源资源的利用历史 53
2.2.2 零碳能源 55
2.2.3 氢燃料（能源） 56
2.2.4 氢经济 57
2.3 全球能源革命 58
2.4 可持续能源技术 60
2.5 传统能源网络向未来能源网络的过渡 65
2.5.1 现时传统的能源网络系统 65
2.5.2 设想的未来能源网络系统 67
2.5.3 能源网络系统的过渡 71
2.5.4 小结 75
2.6 可持续能源网络（未来能源网络）的特征 75
2.6.1 智能电网 75
2.6.2 智能电网和未来能源网络系统的基本特征 78
2.6.3 未来能源网络系统中的运输部门 80
2.7 能源网络中的储能单元 85
2.7.1 可再生能源电力存储 85
2.7.2 未来能源系统中的储能技术 87
2.7.3 现在和未来能源系统中的储能 87
2.7.4 系统集成、强筋电网和气体存储 88
2.7.5 分布式发电、存储和灵活消费的新兴选项 89
2.7.6 储能用于提高能源安全性 89
2.7.7 多个选项和结果 90
2.7.8 市场发展 91
2.8 储能在未来可持续能源系统中的作用 92
2.8.1 能源发展趋势预测场景 92
2.8.2 扩展可再生能源电力的供应和创生新工作岗位 94
2.8.3 储能解决间断性、可变性和分布式电力生产 98
2.8.4 支持自主*立电网 99
第3章 电力部门储能需求 101
3.1 前言 101
3.2 全球可再生能源电力快速增长和能源效率的提升 104
3.2.1 可再生能源电力快速增加 104
3.2.2 发展可再生能源的关键要素 105
3.2.3 “多能源和低排放”双重挑战 106
3.3 可再生能源电力在中国的发展 106
3.3.1 中国的可再生能源发展 106
3.3.2 中国可再生能源电力发展特点 109
3.3.3 中国可再生能源发展规划要点 109
3.4 可再生能源电力与储能单元的集成 111
3.4.1 引言 111
3.4.2 可再生能源电力配置电能存储的必要性 112
3.4.3 集成可再生能源选择电能存储时需要考虑的因素 116
3.5 分布式发电系统的储能需求 119
3.5.1 引言 119
3.5.2 电力电网规则 120
3.5.3 电池与分布式发电的集成 122
3.5.4 使用其他能源资源的分布式发电 124
3.5.5 混合储能系统 125
3.5.6 小结 126
3.6 德国的电力市场和电网管理经验 128
3.6.1 电力市场体系设计 128
3.6.2 平衡结算单元设计 129
3.6.3 活跃的跨境交易 130
3.6.4 灵活性资源开发—火电灵活性改造 130
3.6.5 储能 131
3.6.6 虚拟电厂 131
3.7 我国可再生能源电力消纳与储能 131
3.7.1 引言 131
3.7.2 消纳难主要原因 132
3.7.3 解决消纳的可能办法 134
3.8 有关消纳的一些问题 136
第4章 机械能存储技术 138
4.1 前言 138
4.2 机械能存储基本原理 139
4.2.1 引言 139
4.2.2 位能存储原理 140
4.2.3 气体存储能量原理 141
4.2.4 重力存储位能原理 142
4.2.5 水位能储能 142
4.2.6 流动水动能的利用 144
4.2.7 线性运动储能原理 144
4.2.8 转动动能存储能量原理 145
4.2.9 结构内能形式的存储能量 148
4.2.10 小结 148
4.3 泵抽水电存储技术 149
4.3.1 引言 149
4.3.2 常规泵抽水电存储 151
4.3.3 地下泵抽水电存储 152
4.3.4 离岸泵抽水电存储 152
4.3.5 重力发电模式泵抽水电存储 153
4.4 泵抽水电存储经济性及其与可再生能源电力组合 154
4.4.1 泵抽水电存储系统经济分析 154
4.4.2 泵抽水电存储与太阳能电力组合 156
4.4.3 泵抽水电存储与风能电力组合 156
4.5 压缩空气储能 158
4.5.1 引言 158
4.5.2 常规压缩空气储能系统 161
4.5.3 绝热压缩空气储能 161
4.5.4 等温压缩空气储能 163
4.5.5 液体活塞压缩空气储能 164
4.5.6 超临界CO2热-机械存储 165
4.6 压缩空气储能技术的应用 165
4.6.1 引言 165
4.6.2 压缩空气储能与太阳能电力的组合 167
4.6.3 压缩空气储能与风电的组合 168
4.7 飞轮储能（动能储能）技术 169
4.7.1 引言 169
4.7.2 飞轮储能原理 172
4.7.3 飞轮的典型结构 173
4.7.4 储能系统的飞轮转子 174
4.7.5 飞轮储能技术的创新 177
4.8 飞轮储能技术的应用 178
4.8.1 缓解风电和太阳能电力随机波动性 179
4.8.2 风能耦合飞轮存储 180
4.8.3 飞轮储能与风力-柴油发电机的组合 181
4.8.4 电池和高功率不间断电源的飞轮储能系统 181
4.9 机械储能系统的比较 182
4.9.1 不同机械能储能技术的比较 182
4.9.2 **建议 184
4.9.3 小结 185
第5章 电磁能存储技术 186
5.1 前言 186
5.2 平行板电容器 187
5.3 电化学电容器 188
5.3.1 基本原理 188
5.3.2 （静）电双层电容器 190
5.3.3 电化学准电容器 190
5.4 电化学电容器中电荷存储机制 191
5.4.1 引言 191
5.4.2 双层电荷机制-电介质/电极电双层界面区域的静电储能 191
5.4.3 在材料电极界面和本体上的法拉第二维和三维吸附电容 192
5.4.4 不同存储电荷机制电容器的电容容量大小比较 195
5.4.5 （静）电双层电容器的特征 196
5.4.6 存储能量质量的重要性 196
5.5 优质电容器 197
5.6 电容器的应用 200
5.6.1 电化学电容器的应用 200
5.6.2 未来展望 201
5.7 电容器的瞬态行为 204
5.7.1 电容器的充放电 204
5.7.2 瞬态行为的Laplace变换 205
5.8 磁能存储 208
5.9 超导储能 212
5.9.1 引言 212
5.9.2 超导材料 212
5.9.3 超导磁能储能（电力）技术 214
5.10 超导磁能储能系统 214
5.10.1 引言 214
5.10.2 理论背景 216
5.10.3 超导磁能储能的特征 217
5.10.4 应用领域 217
5.10.5 展望 218
5.11 本章小结 219
第6章 化学能存储技术Ⅰ：电池Ⅰ 220
6.1 概述 220
6.1.1 引言 220
6.1.2 化学能存储 223
6.1.3 电池储能导引 224
6.1.4 电池种类 226
6.1.5 电池储能系统 228
6.2 电池重要的实际参数和特性 230
6.2.1 电池的能量参数 230
6.2.2 电池电压和能量质量 231
6.2.3 充电容量 232
6.2.4 *大理论比能量 232
6.2.5 电压随电池充放电程度而变 232
6.2.6 循环行为 233
6.2.7 自放电 234
6.3 铅酸电池 234
6.3.1 引言 234
6.3.2 铅酸电池电极反应 235
6.3.3 理想电池电压计算 236
6.3.4 铅酸电池的特点 237
6.3.5 铅碳电池 238
6.4 钠硫电池 239
6.4.1 引言 239
6.4.2 钠硫电池简介 240
6.4.3 钠硫电池的结构特征 241
6.4.4 钠硫电池的特点 242
6.4.5 钠硫电池的设计 243
6.5 钠-金属卤化物电池 245
6.5.1 引言 245
6.5.2 电化学反应和性质 246
6.5.3 钠-金属卤化物电池优缺点和应用 246
6.6 镍基电池 247
6.6.1 引言 247
6.6.2 镍镉电池 248
6.6.3 镍-金属氢化物电池 250
6.7 液流或流动电池 251
6.
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