大规模储能系统

能量存储技术，特别是大功率、大规模的能量存储技术，在现代化的能量生产、传输、分配和利用中发挥着越来越重要的作用。本书基于一批国外高校、研究机构和能源管理运营企业的理论研究、技术开发和生产实际应用情况，以电能生产和利用为重点，全面深入地介绍了大规模储能技术。书中首先分析了高渗透率间歇性可再生能源对电网的影响，以此引出储能系统在其中的应用价值和发展前景。后面的章节依次详细介绍了抽水蓄能、地下抽水蓄能、压缩空气储能、电池储能、太阳热能存储和天然气存储等不同形式大规模储能技术的工作原理、研发现状，并结合具体应用案例的分析，以翔实的数据和图表证实了相关结论。本书既可以作为电气工程、热能工程等能源类专业本科和研究生的教学用书，也可作为能源领域工程技术人员的工具手册和参考用书。

译者序
原书前言
致谢
作者名单
第１ 章　储能在电能的产生和消耗中的应用 １
　１. １　引言 ２
　１. ２　爬坡速率挑战 ８
　１. ３　容量挑战 １１
　参考文献 １４
　其他可读的参考文献 １５
第２ 章　间歇性能源发电的影响 １７
　２. １　引言 １８
　２. ２　风能、天然气、煤炭集成发电 １８
　２. ３　周期运行的影响 ２１
　２. ４　科罗拉多公共服务公司实例研究 ２９
　　２. ４. １　数据和方法 ２９
　　２. ４. ２　２００８ 年７ 月２ 日的风电上网实例 ３０
　　　２. ４. ２. １　所选科罗拉多公共服务公司电厂的
爬坡速率 ３３
　　　２. ４. ２. ２　对影响气体污染物排放的估算 ３４
　　　２. ４. ２. ３　关于２００８ 年７ 月２ 日风力发电上网
实例的结论 ３８
　　２. ４. ３　２００９ 年９ 月２８ ~２９ 日的风力发电上网
实例 ３８
　　２. ４. ４　科罗拉多公共服务公司实例分析的结论 ４１
　２. ５　科罗拉多公共服务公司和得克萨斯可靠电力
委员会电力系统对比 ４２
　２. ６　得克萨斯可靠电力委员会电力系统内风能、燃煤
发电及燃气发电的相互影响 ４２

　　２. ６. １　燃煤发电和燃气发电实施周期运行的频率 ４３
　　２. ６. ２　对气体污染物排放的影响: Ｊ. Ｔ. Ｄｅｅｌｅｙ 电厂的实例研究 ４４
　　２. ６. ３　关于得克萨斯可靠电力委员会系统运转过程的总结 ４７
　２. ７　结论和展望 ４８
　参考文献 ５０
第３ 章　抽水蓄能 ５１
　３. １　基本概念 ５２
　３. ２　抽水蓄能接入电力系统的意义 ５２
　３. ３　实例: Ｄｏｍｉｎｉｏｎ Ｐｏｗｅｒ 公司在Ｂａｔｈ 县的抽水蓄能电站 ５３
　３. ４　抽水蓄能效率 ５４
　３. ５　美国抽水蓄能设备 ５４
　３. ６　能量与功率潜力 ５９
　３. ７　开发 ６０
　　３. ７. １　环境考虑 ６１
　　３. ７. ２　系统组成 ６１
　　　３. ７. ２. １　水库 ６１
　　　３. ７. ２. ２　水道 ６３
　　　３. ７. ２. ３　冲击式涡轮机与离心水泵 ７０
　参考文献 ７１
第４ 章　地下抽水蓄能 ７３
　４. １　引言 ７４
　　４. １. １　系统规模 ７５
　　４. １. ２　设计概述 ７５
　４. ２　文献综述 ７６
　４. ３　小型(含水层) 地下抽水蓄能 ７７
　　４. ３. １　系统描述和运行 ７７
　　４. ３. ２　性能建模 ７９
　　４. ３. ３　水泵水轮机 ８３
　　４. ３. ４　电动发电机 ８４
　　４. ３. ５　电气系统 ８５
　　４. ３. ６　水井 ８８
　　４. ３. ７　地表蓄水池 ９２
　　４. ３. ８　系统效率 ９３
　　４. ３. ９　含水层水文地质 ９４
　　４. ３. １０　法律事项 ９５
Ⅸ
　　目　录
　　４. ３. １１　经济性 ９８
　４. ４　未来前景 ９９
　参考文献 ９９
第５ 章　压缩空气储能 １０１
　５. １　背景 １０２
　５. ２　大规模储能发展的动力 １０３
　５. ３　系统的运行 １０５
　５. ４　适合于压缩空气储能的地质特性 １０６
　　５. ４. １　盐岩洞 １０７
　　５. ４. ２　硬岩层 １０８
　　５. ４. ３　多孔岩 １０９
　５. ５　已有的和在建、计划的压缩空气电站 １１２
　　５. ５. １　德国ＨＵＮＴＯＲＦ 电站 １１２
　　５. ５. ２　美国亚拉巴马州Ｍｃｌｎｔｏｓｈ 电站 １１３
　　５. ５. ３　美国俄亥俄州Ｎｏｒｔｏｎ 在建项目 １１４
　　５. ５. ４　美国艾奥瓦州在建项目ＩＭＡＵ １１４
　　５. ５. ５　美国得克萨斯州计划项目 １１４
　５. ６　压缩空气储能的运行和性能 １１４
　　５. ６. １　爬坡、转换和部分负荷运行 １１４
　　５. ６. ２　恒定容量和恒定气压 １１６
　　５. ６. ３　洞穴尺寸 １１７
　　５. ６. ４　压缩空气储能系统的性能指标 １１９
　　　５. ６. ４. １　热耗率 １２０
　　　５. ６. ４. ２　充电转换率 １２１
　５. ７　单参数压缩空气储能性能指标 １２１
　　５. ７. １　主能量效率 １２２
　　５. ７. ２　储能循环效率 １２２
　５. ８　其他度量方法 １２３
　５. ９　前沿技术 １２４
　５. １０　结论 １２６
　参考文献 １２７
　附录　存储量要求 １３２
　情况１　洞穴压力为常数 １３３
　情况２　变化的洞穴压力和变化的涡轮机入口压力 １３４
　情况３　变化的洞穴压力和恒定的涡轮机入口压力 １３４
Ⅹ
大规模储能系统
第６ 章　电池储能 １３７
　６. １　引言 １３８
　　６. １. １　蓄电池或可充电电池 １３９
　６. ２　能量和功率 １３９
　　６. ２. １　铅酸电池 １３９
　　６. ２. ２　钠硫(ＮａＳ) 电池 １４１
　　　６. ２. ２. １　案例１　美国电力钠硫电池工程 １４５
　　　６. ２. ２. ２　案例２　Ｘｃｅｌ Ｅｎｅｒｇｙ 对利用１ ＭＷ 电池系统存储风能的
测试 １４７
　　６. ２. ３　全钒氧化还原电池 １４８
　　　６. ２. ３. １　其他电化学储

本书很大程度上得益于科罗拉多大学波尔得分校一批学生的努力. 这些学生对提高电网中可再生能源的渗透率很感兴趣. 我们的初期工作试图包括系统可靠性、选址、经济性和效率等问题. 但随着时间的推移. 透过可再生能源发电渗透率的增长对我们电网经济性和碳排放等方面的影响. 这项工作开始关注能量存储. 我们首先关注于效用规模. 并借鉴和加入了工作于储能领域的其他研究者的诸多成果和贡献. 以便更完整地覆盖该领域中所有重要专题.多年前人们提出的关于储能经济性和系统建设困难等问题.现在仍然未完全解决. 很多研究也得出了不一致的结论.但我们相信. 当电网中风能、太阳能和其他可再生能源大量增加时. 电能存储将会变得非常重要. 通过存储使用的电能将成为系统总电能中的重要部分. 本书中我们调研了可以实现大容量储能. 并能再将其转换成电能的大量方法.我们希望本书内容可以有益于不同的人群. 如在利用储能提高电网可再生能源渗透率时需要参考意见的决策者、研发者及学生.Ｆｒａｎｋ Ｓ.. Ｂａｒｎｅｓ 和Ｊｏｎａｈ Ｇ.. ＬｅｖｉｎｅⅤ致　谢我们要向弗兰克( Ｆｒａｎｋ Ｋｒｉｅｔｈ) 博士表达我们的谢意. 他为本书提供了建议. 并且帮助我们招募热能和蓄电池储能章节的作者. 同时我们也要感谢科罗拉多能源研究所(ＣＥＲＩ)、埃克西尔能源公司( Ｘｃｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ)、科罗拉多大学的可再生与可持续能源研究所( ＲＡＳＥＩ) 给予的经费资助. 使得本书中的许多工作得以实现.Ｆｒａｎｋ Ｓ.. Ｂａｒｎｅｓ 和Ｊｏｎａｈ Ｇ.. Ｌｅｖｉｎｅ