2025年大學《能源化學》專業(yè)題庫——電化學儲能技術(shù)在新能源中的應(yīng)用與研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.下列哪種儲能方式主要依靠電化學反應(yīng)將能量儲存在化學鍵中？A.超級電容器B.機械儲能（如抽水蓄能）C.鋰離子電池D.磁場儲能2.在鋰離子電池中，通常用作負極材料的是？A.碳酸鋰B.三元材料（如LiNiMnCoO2）C.鉛酸鈣D.碳材料（如石墨）3.電化學儲能系統(tǒng)在新能源發(fā)電中主要解決的問題是？A.提高發(fā)電效率B.增加發(fā)電裝機容量C.平滑輸出波動、提高電能質(zhì)量D.降低燃料消耗4.以下哪種技術(shù)被認為是下一代鋰離子電池的重要發(fā)展方向之一，旨在解決鋰資源稀缺和安全性問題？A.固態(tài)電池技術(shù)B.增強型鉛酸電池技術(shù)C.液態(tài)有機電池技術(shù)D.鈉離子電池技術(shù)（作為補充）5.燃料電池的核心工作原理是？A.通過電化學反應(yīng)將化學能直接轉(zhuǎn)化為電能B.利用電磁感應(yīng)原理儲存能量C.通過壓縮氣體儲存能量D.通過相變材料吸放熱儲存能量6.電化學儲能系統(tǒng)設(shè)計時，需要綜合考慮的能量指標通常包括？A.能量密度、功率密度、循環(huán)壽命B.電壓、電流、電阻C.溫度、濕度、壓力D.效率、成本、可靠性7.“削峰填谷”是電化學儲能技術(shù)在哪個領(lǐng)域的典型應(yīng)用？A.交通運輸B.電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻C.工業(yè)生產(chǎn)D.通信基站備用電源8.對于大規(guī)?？稍偕茉矗ㄈ顼L能、太陽能）并網(wǎng)，電化學儲能系統(tǒng)的主要作用是？A.提高發(fā)電成本競爭力B.實現(xiàn)能量的遠距離大規(guī)模輸送C.提高電力系統(tǒng)的靈活性和穩(wěn)定性D.替代傳統(tǒng)同步發(fā)電機9.鋰離子電池在充電過程中，正極材料通常發(fā)生？A.還原反應(yīng)，鋰離子嵌入B.氧化反應(yīng)，鋰離子脫出C.還原反應(yīng)，鋰離子脫出D.氧化反應(yīng)，鋰離子嵌入10.電化學儲能技術(shù)的經(jīng)濟性評估通常需要考慮的因素包括？A.初始投資成本、運行維護成本、壽命周期、環(huán)境成本B.電池容量、充電速度、放電深度C.材料價格、技術(shù)成熟度、政策補貼D.能量轉(zhuǎn)換效率、熱管理系統(tǒng)效率二、填空題1.電化學儲能系統(tǒng)效率通常用________和________兩個關(guān)鍵指標來衡量。2.燃料電池的主要組成部分通常包括陽極、陰極、電解質(zhì)和________。3.鈉離子電池相比于鋰離子電池，其潛在優(yōu)勢之一是________資源更為豐富。4.電化學儲能系統(tǒng)的循環(huán)壽命通常指電池在容量衰減至初始容量的________%以下時，能夠完成的充放電循環(huán)次數(shù)。5.“度電成本”（LCOE）是評估儲能系統(tǒng)經(jīng)濟性的重要指標，對于儲能而言，通常是指完成________度電存儲和釋放所需的累計成本。6.超級電容器具有極高的功率密度和較長的循環(huán)壽命，但其能量密度通常遠低于________電池。7.在電力系統(tǒng)中，電化學儲能可以通過快速響應(yīng)調(diào)節(jié)________和________來實現(xiàn)調(diào)峰調(diào)頻。8.鋰離子電池的熱管理對于防止熱失控、保證________至關(guān)重要。三、簡答題1.簡述鋰離子電池的基本工作原理，包括充放電過程中正負極發(fā)生的典型電化學反應(yīng)。2.與傳統(tǒng)的抽水蓄能等物理儲能相比，電化學儲能技術(shù)在響應(yīng)速度和靈活性方面有何優(yōu)勢？3.簡述燃料電池儲能系統(tǒng)相比于鋰電池儲能系統(tǒng)在能量密度和環(huán)保性方面的特點。4.電化學儲能系統(tǒng)在并入電網(wǎng)時，需要考慮哪些主要的technicalchallenges（技術(shù)挑戰(zhàn)）？四、計算題某一套用于電網(wǎng)調(diào)峰的電化學儲能系統(tǒng)，其設(shè)計參數(shù)如下：*儲能總?cè)萘浚?00MWh*系統(tǒng)效率（充放電）：90%*初始投資成本：800萬元人民幣*預計系統(tǒng)壽命：10年*年均運維成本：初始投資的5%*假設(shè)系統(tǒng)在整個壽命周期內(nèi)，每年平均充放電次數(shù)為200次，每次充放電深度（DOD）為50%。請計算該儲能系統(tǒng)在壽命周期內(nèi)的平均度電成本（LCOE，單位：元/度電）。假設(shè)不考慮系統(tǒng)殘值和融資成本，僅考慮投資、運維成本及效率損失帶來的能量損失。五、論述題當前，以風能、太陽能為代表的新能源發(fā)電占比持續(xù)提升，給電網(wǎng)穩(wěn)定運行帶來了挑戰(zhàn)。請結(jié)合電化學儲能技術(shù)的特點，論述其在促進可再生能源大規(guī)模消納、保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行方面能夠發(fā)揮的作用，并分析當前推廣應(yīng)用中面臨的主要障礙及可能的解決方案。試卷答案一、選擇題1.C2.D3.C4.A5.A6.A7.B8.C9.B10.A二、填空題1.充電效率，放電效率2.催化劑層3.地殼儲量4.805.16.鋰離子7.功率，頻率8.安全性三、簡答題1.解析思路：鋰離子電池工作基于鋰離子在正負極材料間的嵌入和脫出。充電時，外部電路提供電能，鋰離子從正極材料（如LiCoO2）脫出，通過電解質(zhì)移動到負極材料（如石墨）中嵌入，正極失去鋰，負極富集鋰；放電時，鋰離子從負極材料脫出，通過電解質(zhì)移動到正極材料嵌入，負極失去鋰，正極富集鋰，同時電子通過外電路從負極流向正極，形成電流。2.解析思路：電化學儲能通過電化學反應(yīng)儲能，其響應(yīng)時間通常在秒級到分鐘級，可以非?？焖俚爻浞烹?，功率密度高。而抽水蓄能等物理儲能，其充能（抽水）和放能（放水發(fā)電）過程通常需要小時級甚至更長的時間，響應(yīng)速度較慢。因此，電化學儲能更適合需要快速調(diào)節(jié)功率的場景。3.解析思路：特點比較。能量密度方面，燃料電池的理論能量密度（按重量計）可能高于某些高性能鋰電池，但其系統(tǒng)能量密度（包含結(jié)構(gòu)、輔助系統(tǒng)等）通常與鋰電池相當或略低。環(huán)保性方面，燃料電池（尤其使用氫氣時）運行過程只產(chǎn)生水，非常清潔；鋰電池涉及鋰、鈷等材料，其生產(chǎn)、使用和回收處理存在環(huán)境問題。系統(tǒng)復雜性方面，燃料電池系統(tǒng)需要燃料供應(yīng)和催化等部件，系統(tǒng)相對復雜。4.解析思路：技術(shù)挑戰(zhàn)主要包括：成本問題（初始投資高、材料成本高）；安全性問題（熱失控風險、電池濫用安全性）；壽命與衰減問題（循環(huán)壽命有限、容量衰減快）；效率問題（充放電效率有待提高）；系統(tǒng)集成與控制問題（電池模塊化、熱管理、BMS復雜性）；標準化與回收問題（缺乏統(tǒng)一標準、廢舊電池回收處理體系不完善）。四、計算題解析思路：1.計算系統(tǒng)每年實際可存儲釋放的能量：100MWh*90%=90MWh。2.將MWh轉(zhuǎn)換為度電（kWh）：90MWh=90,000kWh。3.計算系統(tǒng)壽命周期內(nèi)總充放電次數(shù)：200次/年*10年=2000次。4.計算系統(tǒng)壽命周期內(nèi)總有效充放電電量：90,000kWh/次*2000次=180,000,000kWh=1.8*10^8kWh。5.計算壽命周期內(nèi)總投資成本：800萬元=8*10^7元。6.計算壽命周期內(nèi)總運維成本：800萬元*5%*10年=4*10^6元=4*10^7元。7.計算壽命周期內(nèi)總成本：8*10^7元+4*10^7元=1.2*10^8元。8.計算平均度電成本：總成本/總有效電量=(1.2*10^8元)/(1.8*10^8kWh)=0.67元/度電。答案：該儲能系統(tǒng)在壽命周期內(nèi)的平均度電成本為0.67元/度電。五、論述題解析思路：1.作用論述：*促進可再生能源消納：新能源發(fā)電具有間歇性和波動性，儲能系統(tǒng)可以在發(fā)電高峰時儲存多余電能，在發(fā)電低谷或需求高峰時釋放，平抑輸出波動，使其更接近電網(wǎng)所需的穩(wěn)定電能，從而提高新能源的利用率。*保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行：儲能可以快速響應(yīng)電網(wǎng)指令，提供備用容量，緩解高峰負荷壓力，參與電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻、電壓支撐等輔助服務(wù)，提高電網(wǎng)的靈活性和抗風險能力，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。*提高供電可靠性：在配電網(wǎng)中，儲能可作為備用電源，在主電源故障時快速接管供電，提供應(yīng)急電力，減少停電時間和影響范圍。*優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)：儲能可以與可再生能源結(jié)合，形成風光儲一體化系統(tǒng)，減少對傳統(tǒng)化石能源的依賴，促進能源結(jié)構(gòu)向清潔化、低碳化轉(zhuǎn)型。2.障礙及解決方案分析：*障礙1：成本高。成本包括初始投資、運維成本。*解決方案：技術(shù)研發(fā)降低成本（新材料、新工藝）；規(guī)模效應(yīng)降低單位成本；完善電力市場機制（如容量市場）讓儲能獲得合理收益；政府提供補貼和稅收優(yōu)惠。*障礙2：技術(shù)瓶頸。如能量密度有待提高、循環(huán)壽命需延長、安全性需保障、響應(yīng)速度和精度需提升等。*解決方案：加大研發(fā)投入，突破關(guān)鍵材料和技術(shù)瓶頸；加強標準制定和規(guī)范化；發(fā)展智能化電池管理系統(tǒng)（BMS）。*障礙3：政策與市場機制不完善。儲能的價值未能充分體現(xiàn)，缺乏明確的市場定位和補償機制。*解決方案：