第7章飛輪、超導(dǎo)與超級電容器第8章儲能電站運行控制第9章儲能經(jīng)濟性分析□廣義的儲能從廣義上講，儲能即能量存儲，具體是指通過某種介質(zhì)或設(shè)備，將一種能量用相同或不同形式的能量存儲起來，在某一時刻再根據(jù)需要以特定的形式廣義的儲能包括一次能源（原煤、原油、天然氣、核能、太陽能、水能和風(fēng)能等）、二次能源（電能、氫能、煤氣和汽油等）和熱能等各種形式的能□狹義的儲能從狹義上講，儲能是指利用機械、電氣、化學(xué)等的方式將能量存儲起來本書介紹的儲電、儲熱和儲氫即屬于狹義的儲能?！鮾δ艿幕咎匦灾饕糜诿枋鰞δ芟到y(tǒng)對能量的存儲能力。2)實際使用能量。實際使用能量是指儲能系統(tǒng)在應(yīng)用過程中所能釋放的有效能量，主要用于描述儲能系統(tǒng)對能量的釋放能力。3)能量轉(zhuǎn)換效率。能量轉(zhuǎn)換效率是指儲能系統(tǒng)在完成某次充放電循環(huán)后，所能釋放的有效能量與所能存儲的有效能量的比值。由于能量在存儲過程中會產(chǎn)生損耗，能量轉(zhuǎn)換效率小于1。4)能量密度。從質(zhì)量或體積的角度，能量密度可分為質(zhì)量能量密度與體積能量密度，分別對應(yīng)單位質(zhì)量或體積的儲能系統(tǒng)所能存儲的有效能量。□儲能的基本特性5)功率密度。與能量密度類似，功率密度可分為質(zhì)量功率密度與體積功率密度，分別對應(yīng)單位質(zhì)量或體積的儲能系統(tǒng)所能輸出的最大功率。受儲能材料限制，儲能系統(tǒng)通常難以兼具較高的能量密度和功率密度。比如，抽水蓄能系統(tǒng)的能量密度較大，但功率密度較?。恍铍姵氐墓β拭芏绕?)循環(huán)壽命。儲能系統(tǒng)每經(jīng)歷一個完整的能量存儲和釋放過程，便稱為一個循環(huán)。儲能系統(tǒng)在壽命周期內(nèi)所能實現(xiàn)的最大循環(huán)次數(shù)，稱為循環(huán)壽命。8)其它指標(biāo)。除上述指標(biāo)外，常用的儲能技術(shù)指標(biāo)還兼容性、可移植性、安全性、可靠性和環(huán)保性等?！鮾δ苁强稍偕茉匆?guī)?；l(fā)展的重要支撐一方面，儲能可以提高可再生能源并網(wǎng)消納率。另一方面，儲能可以提高可再生能源電力系統(tǒng)的安全性及電能質(zhì)量，從根本上促□儲能電池是新能源汽車的核心部件未來電動汽車中的電池系統(tǒng)可以作為一個存儲單元與電網(wǎng)進(jìn)行互動，從而降低用□儲能是現(xiàn)代電網(wǎng)的重要組成部分儲能作為最具代表性的靈活調(diào)節(jié)資源，可以提高現(xiàn)代電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性，電網(wǎng)也將由“源--荷”的傳統(tǒng)運行模式逐漸過渡到“源-網(wǎng)-荷-儲”□儲能是構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵支撐技術(shù)儲能包括電化學(xué)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□根據(jù)儲能載體的類型分類根據(jù)儲能載體的類型，儲能一般可分為機械類儲能、電氣類儲能、電化□根據(jù)儲能的作用時間分類根據(jù)儲能的作用時間不同，可將儲能分為分鐘級以下儲能、分鐘至小時大功率充放電□機械類儲能抽水蓄能是以水為能量載體的一種儲能技術(shù)。在電力系統(tǒng)負(fù)荷低谷時，通過電動機機械做功，把將下游水庫的水抽到上游水庫，將過剩的電能轉(zhuǎn)換成水體勢能的形式儲存起來；在負(fù)荷高峰時，通過發(fā)電機將存儲在上游水庫的水體勢能轉(zhuǎn)換成電能以供應(yīng)電力系統(tǒng)的尖峰電量。抽水蓄能具有調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用和黑起動等功能，在電力系□機械類儲能壓縮空氣儲能是以壓縮空氣為載體的一種儲能技術(shù)。儲能時，電能或機械能驅(qū)動壓縮機從環(huán)境中吸取空氣將其壓縮至高壓狀態(tài)并存入儲氣裝置，即將電能或機械能轉(zhuǎn)化為壓縮空的壓縮空氣進(jìn)入空氣透平中膨脹做功發(fā)電，壓縮空氣中蘊含的內(nèi)能和勢能重新轉(zhuǎn)化為電壓縮空氣儲能可廣泛用于電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)，發(fā)揮調(diào)峰、調(diào)頻、容量備用、無功補□機械類儲能飛輪儲能系統(tǒng)是電能與飛輪機械能的一種轉(zhuǎn)換裝置。儲能時，電機驅(qū)動飛輪高速轉(zhuǎn)換效率高，污染低，維護(hù)少，但其儲能密度低，自放電率較高。飛輪儲能對儲能調(diào)節(jié)速率要求高、但儲能時間超導(dǎo)儲能利用超導(dǎo)線圈將電能通過整流逆變器轉(zhuǎn)換于示范應(yīng)用階段，離大規(guī)模應(yīng)用仍有較大距離。其電容值達(dá)法拉級以上。超級電容在儲能過程中遵循電化學(xué)雙電層理論，通過電極與電解液形成的界面雙電層來收藏電荷，從而將電能儲存于電場中。對環(huán)境溫度適應(yīng)力強，對環(huán)境友好，目前，超級電容儲能通常應(yīng)用于提高電電化學(xué)儲能可分為室溫電池和高溫電池兩類。其中，室溫電池主要包括鉛酸電池、鋰離子電池和液流電池；高溫電池主要為鈉硫電池。前，鉛酸電池和鋰離子電池已實現(xiàn)了大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，特別是高比能鋰離子電池鉛酸電池是利用鉛在不同階態(tài)之間的固相反應(yīng)來實現(xiàn)充放電。傳統(tǒng)的鉛酸電池的電超級鉛酸電池通過超級電容器的活性炭電極材料形成雙電層儲能機制，可以改善鉛酸電池的倍率放電性能，延長其脈沖放鉛酸電池安全可靠，價格低廉，性能優(yōu)良等優(yōu)點，是目前應(yīng)用最為廣泛的電池之一。然而，鉛是非環(huán)保材料，需要回收利用。鋰離子電池是一種二次電池（充電電池），主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間的移動進(jìn)行為鋰離子，通過電解質(zhì)向負(fù)極移動，在負(fù)極且無記憶效應(yīng)，易于快充快放，但成本偏高。隨著技術(shù)的發(fā)展以及成本的下降，近年來鋰離子的應(yīng)用規(guī)模越來越大，前景被廣泛看好。液流電池全稱為氧化還原液流電池，其工從而實現(xiàn)電池的充電和放電。友好和安全性高等優(yōu)點，缺點是能量效電池、鋅溴液流電池等已初步實現(xiàn)了商鈉硫電池是一種以熔融金屬鈉為負(fù)極，以熔融態(tài)的硫為正極和以陶瓷管為電解質(zhì)隔學(xué)反應(yīng)將電能儲存起來；用能時再將化鈉硫電池具有體積小、容量大、壽命長、效率高和穩(wěn)定性較強等優(yōu)點，但其運行溫?zé)醿δ芗磧峒夹g(shù)，有兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)和三種主要存儲方式。其一是熱能的傳遞，即如何選用合適的傳熱工質(zhì)和換熱器結(jié)構(gòu)，使得儲使得整個儲熱系統(tǒng)不僅能夠在大量充、放熱的交變過程中保持性能的穩(wěn)定，而且在儲存過程中能夠?qū)崮軗p失降到最低。儲熱主要有三種方式：顯熱儲熱、潛熱儲熱（也稱為相變儲熱）和熱化顯熱儲熱主要利用儲熱材料溫度的變化來進(jìn)行熱量存儲與釋放。按儲熱材料的差異，顯熱儲熱可分為固體顯熱儲熱和液體顯熱儲熱兩種。顯熱儲熱是發(fā)展最早、技術(shù)最成熟和應(yīng)用的最多的儲熱方式之一，但也存在儲能密度低、儲能時間短、溫度波動范圍大及儲能系統(tǒng)規(guī)模過于龐大等缺點。液體顯熱儲熱的應(yīng)用場景：水箱儲熱潛熱儲熱是利用物質(zhì)在凝固/熔化、凝結(jié)/氣化、凝華/升華等過程中需要吸收或放出相變潛熱的原理進(jìn)行儲熱，也稱為相變儲熱。相變分潛熱儲熱有著較高的儲熱密度和穩(wěn)定性。適用于中低溫的相變材料有冰、石蠟等，典型應(yīng)用場景包括廢熱回收、太陽能供暖和空調(diào)系統(tǒng)等；適用于高溫的相變材料有高溫熔化鹽類、混合熱化學(xué)儲熱技術(shù)通過可逆的化學(xué)吸附或化學(xué)反應(yīng)存儲和釋放熱能。熱化學(xué)儲熱的密度遠(yuǎn)高于顯熱儲熱和相變儲熱，既可以對熱能進(jìn)行長期儲存，還可以熱化學(xué)儲熱在余熱/廢熱回收等領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，但尚未實現(xiàn)商業(yè)化。從長遠(yuǎn)看，熱化學(xué)儲熱技術(shù)是儲熱技術(shù)的重要發(fā)展方向。氫儲能的基本原理是將水電解得到氫氣，并以高壓氣態(tài)、低溫液態(tài)和固態(tài)氫氣具有燃燒熱值高、大規(guī)模存儲受到了能源行業(yè)的高度重視，具有極大的發(fā)展?jié)摿?。其缺點是能量轉(zhuǎn)換率相對較低，且目前的氧儲能技術(shù)的成本仍然比較高，這也在一定程度上阻礙了氫儲根據(jù)各歷史階段儲能的使用特點，可以將整個儲能發(fā)展歷史大致分為三EQ\*jc3\*hps29\o\al(\s\up8(0世),20)EQ\*jc3\*hps29\o\al(\s\up8(紀(jì)),世)EQ\*jc3\*hps29\o\al(\s\up8(中),紀(jì))EQ\*jc3\*hps29\o\al(\s\up8(葉),末) 器器21世紀(jì)以來，能源與環(huán)境成為世界的兩大主題的發(fā)展良機。此外，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展大大推動了儲>電化學(xué)儲能：更環(huán)保、性能和壽>抽水蓄能：新能源發(fā)展帶來的調(diào)>超級電容儲能：作為蓄電池的輔>超導(dǎo)儲能：低溫超導(dǎo)儲能系統(tǒng)商>飛輪儲能：在風(fēng)力發(fā)電平滑、分>壓縮空氣儲能：發(fā)展出多種非補>熱儲能：潛熱儲熱和熱化學(xué)儲熱>氫儲能：氫燃料電池技術(shù)越發(fā)被◆成熟的交易機制與商業(yè)模式將促使儲能由強配轉(zhuǎn)向主動發(fā)展受儲能成本、壽命等因素影響，儲能實現(xiàn)商業(yè)化發(fā)展仍存在一定挑戰(zhàn)，儲能配置仍以政策驅(qū)動為主。隨著儲能成本的下降、壽命的提高以及交易機制的善和商業(yè)模式的成熟，儲能的收益將得以凸顯，儲能將由強配轉(zhuǎn)向主動發(fā)展?！裟茉崔D(zhuǎn)型呼喚更高比例、更具價值的儲能系統(tǒng)隨著越來越多的可再生能源并網(wǎng)發(fā)電，高比例的儲能必不可少。在電力系統(tǒng)內(nèi)部，儲能需要將電網(wǎng)、負(fù)荷、光伏電站、風(fēng)場緊密連結(jié)，實現(xiàn)“源網(wǎng)荷儲一體化”和“風(fēng)光水火儲一體化”兩個“一體化”；在不同行業(yè)之間，儲能也有利于實現(xiàn)能量在交通、制造、建筑等各個行業(yè)的優(yōu)化整合，實現(xiàn)能源◆新基建時代將賦予儲能系統(tǒng)更豐富的內(nèi)涵新能源汽車充電樁、大數(shù)據(jù)中心、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，是新基建不可或缺的重要保障。反之，新基建的發(fā)展也將給儲能的發(fā)展帶來了新的機遇，賦予儲能系統(tǒng)更豐富的內(nèi)涵?！艄蚕韮δ軐⑹箖δ艿膽?yīng)用更為便捷與高效對于儲能而言，共享經(jīng)濟同樣有望發(fā)揮巨大作用。一方面，不同新能源場站或用戶對儲能資源的需求具有時間上的互補性，通過共享儲能可以顯著提高儲能資源利用率；另一方面，分散在電網(wǎng)中的儲能資源具有空間上的互補性，通過就近調(diào)用儲能資源，可以有效降低網(wǎng)損此外，共享儲能以聯(lián)盟形式參與電網(wǎng)運行和進(jìn)行投資決策時，還可以憑借規(guī)模效應(yīng)獲得更多的服務(wù)定價收益和政策激勵收益，進(jìn)一步提升儲能的經(jīng)□我國儲能現(xiàn)狀價格機制相對缺乏，但隨著新能源的快速發(fā)展，我國的儲能市場潛力巨大，有可能成為全球最大的儲能市場?！跷覈鴥δ墁F(xiàn)狀□我國儲能的挑戰(zhàn)◆儲能缺乏長效機制：一是儲能市場仍以政策驅(qū)動為主，缺乏配套的使用細(xì)則和行為規(guī)范等制度；二是我國電力市場仍處于電力市場建設(shè)的初始階段，缺少針對性的儲能交易品種和機制，盈利模式不夠清晰。另一方面受國內(nèi)儲能電站建設(shè)、并網(wǎng)驗收、融資等環(huán)節(jié)影響。◆儲能的標(biāo)準(zhǔn)體系尚未完善：儲能的種類較多，應(yīng)用場景多樣，尚未形成相◆儲能的系統(tǒng)集成技術(shù)不夠成熟：儲能行業(yè)存在非專業(yè)集成、非一體化設(shè)計、未全面測試驗證等問題，系統(tǒng)拼湊現(xiàn)象嚴(yán)重，不僅造成系統(tǒng)效率低下，還□應(yīng)對挑戰(zhàn)的措施◆加強國家規(guī)劃對于儲能行業(yè)發(fā)展的引領(lǐng)作用：明確儲能行業(yè)發(fā)展目標(biāo)、重點任務(wù)及實施路徑，科學(xué)指導(dǎo)儲能產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)◆提高各省區(qū)政策的穩(wěn)定性和可持續(xù)性：提高政策的穩(wěn)定性和可持續(xù)性，才能讓投資者從“快進(jìn)快出”轉(zhuǎn)向長遠(yuǎn)發(fā)展，從而穩(wěn)步推動儲能的規(guī)?；瘧?yīng)用?！艚⒏鼮橥晟频膬δ軆r值評價體系：建立更多元化的儲能價值評價體系，并針對不同的儲能應(yīng)用場景，在電廠、電網(wǎng)、電力用戶乃至社會團(tuán)體和政◆建立儲能市場機制：理順儲能的市場機制和電價機制，形成更為成熟的儲能商業(yè)模式，提高儲能的盈利能力，從而促進(jìn)儲能的規(guī)?；瘧?yīng)用。◆加快建立儲能技術(shù)及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系：加快儲能標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，緊跟國際標(biāo)準(zhǔn)的步伐，在國際標(biāo)準(zhǔn)中爭取更多話語權(quán)，爭取將我國的技術(shù)、示范項目技術(shù)成果納入國際標(biāo)準(zhǔn)中，避免出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)滯后于市場的現(xiàn)象?！舯緯凑諆δ艿摹氨倔w技術(shù)一集成技術(shù)一工程應(yīng)用”思路進(jìn)行闡述。◆第2-7章依次介紹抽水蓄能、壓縮空氣儲能、電化學(xué)儲能、氫儲能和基本原理、運行控制方法等加快建立儲能技術(shù)及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系。◆第9章介紹了儲能經(jīng)濟性分析的基本原理、儲能在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的經(jīng)濟性分析方法以及儲能梯次利用的基本原理與方法?！V義的儲能包括一次能源、二次能源和熱能等各種形式的能量的存儲；·狹義的儲能是指利用機械、電氣、化學(xué)等的方式將能量存儲起來的一系列技術(shù)和措施，通常指儲電、儲熱和儲氫；·儲能是現(xiàn)代電網(wǎng)、可再生能源高占比系統(tǒng)、新能源電動汽車、“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源的重要組成部分和關(guān)鍵支撐技術(shù)；·儲能根據(jù)不同載體技術(shù)類型可分為機械類儲能、電氣類儲能、電化學(xué)儲能、熱儲能和氫儲能五大類；·儲能技術(shù)已經(jīng)歷了初步探索、多元發(fā)展和高速發(fā)展三個歷史時期；·我國儲能產(chǎn)業(yè)還處于發(fā)展的初級階段，我們需要認(rèn)清挑戰(zhàn)，解決問題；·未來幾十年，全球?qū)τ谛履茉吹牟季謺o儲能帶來非常大的應(yīng)用空間?！醭樗钅茈娬镜幕靖拍畛樗钅苁且环N以水為能量載體，通過抽水和放水過程實現(xiàn)能量存儲和抽水蓄能電站，一般由上水庫、輸水系統(tǒng)、廠房和下水庫等組成。抽水蓄能電站的上水庫用于儲蓄能量。下水庫用于儲蓄上水庫發(fā)電過程放下來的水。輸水系統(tǒng)是電站儲蓄的水在上水庫與下水庫之間雙向流動的傳輸通道。□抽水蓄能電站的作用抽水蓄能電站可有效調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的供需，使其達(dá)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。具體作用包括削峰填谷、調(diào)頻、調(diào)相（調(diào)壓）、事故備用和黑啟動等。在用電負(fù)荷高峰時段向電網(wǎng)提供電能；在用電負(fù)荷低谷時段消納電網(wǎng)中其他電源（如火電、風(fēng)電和太陽能等）□抽水蓄能電站的作用抽水蓄能電站的調(diào)頻作用又稱負(fù)荷自動跟蹤作用。抽水蓄能電站具有啟停速度快、工況轉(zhuǎn)換迅速能隨時并迅速地調(diào)整出力以消除功率的不平衡量，實抽水蓄能電站的調(diào)相作用又稱為調(diào)壓作用。抽水蓄能發(fā)電機的調(diào)相運行>調(diào)相運行是指發(fā)電機向電網(wǎng)輸送感性無功功率的運行狀態(tài)。>進(jìn)相運行是指發(fā)電機吸收電網(wǎng)的感性無功功率的運行狀態(tài)。□抽水蓄能電站的作用抽水蓄能電站的事故備用作用是指抽水蓄能電站可以作為電力系統(tǒng)中備抽水蓄能電站的黑啟動作用是指抽水蓄能電站可在無外界電力供應(yīng)的情況下，迅速自啟動，并為其他機組提供啟動功率，使電力系統(tǒng)在短時間內(nèi)恢復(fù)□抽水蓄能電站的類別及其特點□按開發(fā)方式分類一般建在天然高度落差較大、流量相對較小的山區(qū)或丘陵地區(qū)的河流上。根據(jù)廠房在輸水系統(tǒng)中的位置，可進(jìn)一步分為首部式布置、中部式布一般在天然河道中攔河筑壩形成上水庫，以抬高上水庫的水位。抬水式抽水蓄能電站的布置形□引水式抽水蓄能電站首部式布置的抽水蓄能電站將廠房布置在輸水系統(tǒng)的上游側(cè)，靠近上水庫。中部式布置的抽水蓄能電站一般將廠房布置在輸水系統(tǒng)的中部。中部地形一般不太高，電站的上下游一般都有比較長的輸水道。尾部式布置的抽水蓄能電站一般將廠房布置在輸水系統(tǒng)的下游側(cè)，靠近□抬水式抽水蓄能電站壩后式布置的抽水蓄能電站將廠房布置河岸式布置的抽水蓄能電站將廠房布置河岸式布置抽水蓄能電站的引水道多采□按天然徑流條件分類純抽水蓄能電站的上水庫一般沒有或只有少量的天然來水進(jìn)入。純抽水蓄能電站一般水頭較高，上水庫和下水庫常的庫具有天然徑流匯入，其來水流量可達(dá)到安裝常規(guī)水輪發(fā)電機組承擔(dān)系統(tǒng)負(fù)荷的混合式抽水蓄能電站又稱為常蓄結(jié)合式抽水蓄能電站?；旌鲜匠樗钅茈娬緩S房內(nèi)所安裝的機組一般由兩部分組成，一部分是常規(guī)水輪發(fā)電機組，另□按水庫座數(shù)分類兩庫式抽水蓄能電站是比較常見的抽水蓄能電站。三庫式抽水蓄能電站是指具有三座水庫的抽水蓄能電兩庫式抽水蓄能電站是比較常見的抽水蓄能電站。三庫式抽水蓄能電站是指具有三座水庫的抽水蓄能電當(dāng)兩座下水庫是相鄰水電站梯級的兩座水庫，可實現(xiàn)同流域抽水蓄能；當(dāng)兩座下水庫是相鄰流域的兩座水電□按發(fā)電廠房形式分類下游水位變化幅度不太大和地質(zhì)條件不宜做地下廠房的抽水蓄能電站，在抽水半地下式抽水蓄能電站采用半地下式廠房。半地下廠房能適應(yīng)抽水蓄能機組較大的淹沒深度和下游水位較大的變幅，在抽地下式抽水蓄能電站采用地下式廠房。地下廠房由于能夠適應(yīng)尾水位的變化和抽水蓄能機組需要較大淹沒深度的要求，在抽水蓄能電站中應(yīng)用最多。□按水頭高低分類蓄能電站。我國的廣州抽水蓄能電站是典型的中水頭抽水蓄能電站。站。我國的河北豐寧抽水蓄能電站是典型的高水頭抽水蓄能電站。電站單位□按機組型式分類分置式抽水蓄能電站在分置式抽水蓄能機組中，水泵、水輪機、電動機和發(fā)電機這四種部件是分開布置的，占地大，布置復(fù)雜，工程投資大，目前已很串聯(lián)式抽水蓄能電站的電動機和發(fā)電機功能被集成到同一臺機組中,抽水蓄能電機同時與水輪機和水泵相聯(lián)結(jié)，稱為串聯(lián)式機組。串聯(lián)式機組具有較高的運可逆式抽水蓄能電站在串聯(lián)式抽水蓄能電站的基礎(chǔ)上將水泵和水輪機合并為一套，稱為可逆式水泵水輪機?？赡媸剿盟啓C具有貫流式、軸流式、斜流式和混流式四種結(jié)構(gòu)，可以適應(yīng)不同應(yīng)用場景下的水流差異?！醢此畮煺{(diào)節(jié)周期分類分純抽水蓄能電站都屬于日調(diào)節(jié)抽水蓄能電站。周調(diào)節(jié)抽水蓄能電站是指以周為循環(huán)周期的抽水蓄能電站。一般周調(diào)節(jié)抽水蓄能電站的庫容應(yīng)滿足電力系統(tǒng)一周以內(nèi)對調(diào)峰的需求。季調(diào)節(jié)抽水蓄能電站是指以季為循環(huán)周期的抽水蓄能電站。一般季調(diào)節(jié)抽水蓄能電站的庫容應(yīng)滿足電力系統(tǒng)一季度以內(nèi)對調(diào)峰的需求。年調(diào)節(jié)抽水蓄能電站是指以年為循環(huán)周期的抽水蓄能電站。一般年調(diào)節(jié)抽水蓄能電站的庫容應(yīng)滿足電力系統(tǒng)一年以內(nèi)對調(diào)峰的需求。年調(diào)節(jié)抽水蓄能□抽水蓄能電站的能量轉(zhuǎn)換過程>在電力系統(tǒng)負(fù)荷低谷時：將電網(wǎng)過剩的電能先轉(zhuǎn)換為機械能，再把過剩的電能轉(zhuǎn)換而來的機械>在電力系統(tǒng)負(fù)荷轉(zhuǎn)為高峰時：以彌補電力系統(tǒng)的尖峰容量和電量不足，滿足系統(tǒng)調(diào)峰需求?！醭樗钅茈娬镜哪芰哭D(zhuǎn)換過程>正常蓄水位：抽水蓄能電站正常運行情況下，水庫蓄水能達(dá)到的最高水位。>死水位：抽水蓄能電站正常運行情況下，水庫蓄水的最低工作水位。>工作深度：水庫的正常蓄水位與死水位之間的高程差（高度落差）。>最大水頭：抽水蓄能電站的上、下水庫的水面高度落差的最大數(shù)值。>最小水頭：抽水蓄能電站的上、下水庫的水面高度落差的最小數(shù)值。>平均水頭：取最大水頭和最小水頭的算術(shù)平均值。>蓄能庫容：水庫在正常蓄水位與死水位之間所包含的庫容。上水庫與下水庫之間的水面高度落差越大（水頭越大），存于上水庫的能量也越大?！醭樗钅茈娬镜乃^特性抽水蓄能電站的水頭特性主要用以描述該電站的水頭值與蓄水量之間的在抽水蓄能電站完成一次完整的抽水和發(fā)電的循環(huán)過程中，電站水頭值ZpHin□抽水蓄能電站的水頭特性抽水蓄能電站的水頭與蓄水位的變化假定上水庫從正常蓄水位Z開始放水，時，下水庫由于接收到△V的水量，其水位當(dāng)上水庫的蓄水位下降至死水位Z后，抽水蓄能電站不再能繼續(xù)放水發(fā)電，水庫抽水蓄能電站的水頭最小LN注：抽水蓄能電站的水頭可通過上水庫放水曲線與下水庫的蓄水□抽水蓄能電站的水頭特性一般而言，庫容越大，水頭變化特性曲線就越平緩，反之亦然。□蓄能水庫的能量特性蓄能水庫的能量特性主要用以描述抽水蓄能電站的發(fā)電量與上水庫蓄能抽水蓄能電站的主要任務(wù)是調(diào)峰，因而系統(tǒng)能容納的調(diào)峰容量（功率）NT在規(guī)劃選點或可行性研究階段，蓄能庫容V可按下式估算。S□蓄能水庫的能量特性在所能修建的水庫的容積無法達(dá)到調(diào)峰所需蓄能庫容要求時，只能按照所能建成的最大庫容確定該抽水蓄能電站的調(diào)峰能力。TTdE,=4VH,/(367K)=0.00234VH(kwh)在一次完整的放水發(fā)電調(diào)峰運行過程中，發(fā)電量E為T□蓄能水庫的能量特性利用抽水蓄能電站的水頭-能量特性圖，可求出上水庫從某一水位開始在抽水蓄能電站運行過程中，可借助蓄能水庫的能量特性圖計算用去的蓄能量和尚存的蓄能量，或用來預(yù)測發(fā)多少電時上水庫水位將下降□抽水蓄能電站的綜合效率是衡量抽水蓄能電站調(diào)峰循環(huán)過程中電量轉(zhuǎn)換效率的一個重要指標(biāo)?！醭樗钅茈娬镜木C合效率抽水蓄能電站綜合效率主要由變壓器、電動機、水泵、輸水系統(tǒng)等工作部件的運行效率共同決定。一般情況下，抽水蓄能電站的容量越大，綜合效率對于大型抽水蓄能電站，其綜合效率一般都在0.7以上，條件優(yōu)越的大S以便在電網(wǎng)發(fā)生緊急情況下快速投入使用；可對機組安排檢查維修，提高運行安全性。此外，為了機組安全性，靜止工況還可以作為發(fā)電工況和抽水工發(fā)電工況指抽水蓄能機組處于發(fā)電狀態(tài)。當(dāng)電力負(fù)荷出現(xiàn)高峰時，抽抽水工況指抽水蓄能機組處于抽水狀態(tài)。當(dāng)電力負(fù)荷低谷時，抽水蓄能機組運行在抽水工況，消納系統(tǒng)中多余的以調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓。根據(jù)機組運行在發(fā)電和抽水兩種不同的模式可以進(jìn)一步分為發(fā)電調(diào)相工況和抽水調(diào)相工況。調(diào)相工況下機組與電網(wǎng)交換的有功功率，機組輸出的有功功率和電P=muI,cospI,cosp=0>V形曲線的最低點對應(yīng)狀態(tài)1，此時定>V形曲線的右側(cè)對應(yīng)>V形曲線的左側(cè)對應(yīng)狀態(tài)3，此時定子電流超前電壓90。，機組向電網(wǎng)吸收調(diào)相原理可總結(jié)為：增加勵磁電流機組輸出的無功功率增加（吸收的無功）；轉(zhuǎn)子在發(fā)電方向下的轉(zhuǎn)向與抽水方向下的相反。在發(fā)電和抽水兩種不同的工況下，機組的電壓、電流相序相反，因此一些與相位相序有關(guān)的保護(hù)需要分開配置，如負(fù)序過電流保護(hù)、相抽水調(diào)相工況作為機組抽水工況起動的一個過渡狀態(tài)，十分常見。相較之下，發(fā)電調(diào)相工況僅在電網(wǎng)遭遇緊急情況時才會啟用。Q-3u,Isinp,=3*10.4*5.2-162.24(Mvar)Q=su,lrsinnz3*10.4*9.2-287.04(Mvar)AQ=Q2-Q=287.04-162.24=124.8(Mvar)(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)相至抽對于四機式和三機式的抽蓄機組，其內(nèi)部負(fù)責(zé)抽水和負(fù)責(zé)發(fā)電的結(jié)構(gòu)起動方式十分復(fù)雜。因此下面將以二機式抽水蓄能機組為例來介紹抽水蓄能起動電動機起動將專門的起動電動機與抽蓄機組相連接。起動時通過起動電動機起動的接線簡單，獨立性高；起動電動機不僅可以在起動時提供動力矩，還可以在制動時提供阻力矩；起動電動機需架設(shè)在抽蓄機組基本方法：在發(fā)電電動機的勵磁繞組短接后，給定子繞組通電；在定子繞組產(chǎn)生磁場和轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生磁場的相互作用下，轉(zhuǎn)子側(cè)將產(chǎn)生異步轉(zhuǎn)矩當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速時加上主勵磁，將電機拉進(jìn)同步。根據(jù)定子繞>全壓起動下定子繞組所接電壓為電網(wǎng)電壓，轉(zhuǎn)子繞組所受異步轉(zhuǎn)矩較大，響應(yīng)快，耗時少。但在起動初期，起動電流過大，不利于機組和電網(wǎng)的安全運行，因此，全壓起動僅適用于起動容量少的機組，并且要求盡可能減>降壓起動下定子繞組所接電壓為降壓后的電網(wǎng)電壓。根據(jù)不同的降壓原理可分為電抗器降壓起動，起動變壓器降壓起動，主變抽頭降壓起動等。降壓起動起動電流小，對機組和電網(wǎng)正常運行的影響較小，但起動轉(zhuǎn)矩小，>部分繞組起動利用改接定子繞組來降低起動電壓，可將其看作一種特殊的降壓起動。與降壓起動相類似，部分繞組起動起動電流較小，起動時間延同步起動利用頻率可變的電流來帶動機組起動。根據(jù)可變電流來源不同可分為背靠背同步起動和靜止變頻器同步起動。背靠背同步起動的起動電流由另一臺發(fā)電機提供。起動前，發(fā)電機與待起動機組需處于靜止?fàn)顟B(tài)。起動時，待起動機組在起動電流的作用下逐漸增加至額定轉(zhuǎn)速。當(dāng)符合并網(wǎng)條件時，將待起動機組并入電網(wǎng)，并切斷發(fā)電機。背靠背同步起動的起動電流適用范圍廣，對電網(wǎng)沖擊??；響應(yīng)慢，耗時較長起動設(shè)備簡單，靜止變頻器起動的起動電流由電力電子變頻電路提供。起動時先閉合開關(guān)S和斷路器產(chǎn)生頻率逐漸上升的電流。在此電流的作用靜止變頻器起動具有耗時短、對系統(tǒng)沖擊小、起動成功率高等優(yōu)點，是目前抽水蓄能機為被起動機組提供電壓。被起動機組在發(fā)電機提供的電壓下異步起動，待被起動機組加速到與發(fā)電機轉(zhuǎn)速相當(dāng)時，閉合機組勵磁回路，使其以同步起動方式半同步起動的特點與背靠背起動的特點基本相同。但由于異步起動過程的存在，發(fā)電機在起動多臺機組時無需回到靜止?fàn)顟B(tài)，因而速動性較背靠背同抽蓄機組從其他工況切換至靜止工況時，由于轉(zhuǎn)動部分的慣性較大，依靠機組本來配備的水力制動、風(fēng)耗制動和軸承制動等機械制動方式難以使機組在短時間內(nèi)停轉(zhuǎn)，影響了機組的速動性。因而需要引入電氣制動。>如右圖，當(dāng)轉(zhuǎn)速小于S時，隨著轉(zhuǎn)速降低，由上式可知，不能通過無限制地增加外接電阻來提高制動轉(zhuǎn)矩，因?qū)Τ樾顧C組的運行狀況進(jìn)行評估。機組的運行指標(biāo)下面分別對其進(jìn)行介紹。抽蓄機組由不同元件組合而成，故機組可用率可由元件可用率計算得到。下面先介紹元件可用率計算方法，再給出機組可用率計算公式。經(jīng)推導(dǎo)可得到兩者關(guān)系為特別地，當(dāng)故障率A(t)=d為常數(shù)時，有類似地，當(dāng)修復(fù)率(t)=p為常數(shù)時,兩者有如下關(guān)系平均無故障工作時間為故障密度函數(shù)的數(shù)學(xué)期特別地，當(dāng)故障率(t)=入為常數(shù)時平均修復(fù)時間是元件修復(fù)密度函數(shù)的數(shù)學(xué)期望：類似地，當(dāng)修復(fù)率(t)=p為常數(shù)時,兩者有如下關(guān)系：平均運行時間是平均故障時間和平均修復(fù)時間之和：由數(shù)理統(tǒng)計相關(guān)知識可知，元件可用率近似等于平均運行時間內(nèi)平無故障工作時間所占比例：特別地，當(dāng)故障率和修復(fù)率均為常數(shù)時，有如圖所示，當(dāng)組成元件中的任意一個變得不可用時，機組也會變得不可用。此時組合元件的計算公式為A=AA2…A,A元件可用率如圖所示，當(dāng)組成元件中的所有變得不可用時，機組才會變得不可用。此時組合元件的計算公式為：起動成功率為一段時間內(nèi)（如一月、一年等），機組起動成功次數(shù)與機>起動因素。起動過程中靜止變頻器的信號傳輸鏈路受到外界因素干擾導(dǎo)致>調(diào)相壓水因素。在機組起動初期需要調(diào)相壓水，壓水太過和壓水不足都會>設(shè)計因素。隨著運行狀況不斷變化，老式機組往往不能滿足運行條件，導(dǎo)>過度追求高可用率必然會壓縮機組停運檢修時間，造成導(dǎo)致起動成功率降低。因此需要平衡好可用率和起動成功率之間的關(guān)系，合理安排檢修時間。>隨著監(jiān)測技術(shù)的不斷進(jìn)步，能夠更有針對性地對機組進(jìn)行檢修，可以實現(xiàn)工況切換時間是機組運行的重要指標(biāo)。為了減少對電網(wǎng)的影響，工況切2.4抽水蓄能電站的應(yīng)用案例□國內(nèi)典型應(yīng)用案例◆潘家口混合式抽水蓄能電站在京津唐電網(wǎng)中的應(yīng)用電站的上水庫是一個多年調(diào)節(jié)水庫，在蓄水發(fā)電的同時，還兼顧防洪和向天津和唐山兩市供水的任務(wù)。下水庫屬于日調(diào)節(jié)水庫。電站的運行采用常蓄結(jié)合方式，以減少下游需水量對電站發(fā)電量的影響。>當(dāng)下游需水量小于電站常規(guī)發(fā)電機組最低發(fā)電用水量時，可用抽水蓄能機組抽水補充常規(guī)機組的發(fā)電用水量。>當(dāng)下游需水量大于電站常規(guī)發(fā)電機組最大發(fā)電用水量時，多出的水量可用于2.4抽水蓄能電站的應(yīng)用案例□國外典型應(yīng)用案例葛野川抽水蓄能電站采用純抽水蓄能方式，即在用電低谷時，將下水庫的水抽到上水庫；在用電高峰時，再將上水庫的水放出至下水庫來發(fā)電。通過這種方式，可以削峰填谷，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行?！こ樗钅茈娬臼且环N特殊形式的水電站，一般由上水庫、輸水系統(tǒng)、廠房、下水庫和開關(guān)站等組成?！る娏ο到y(tǒng)通過抽水蓄能電站以能量轉(zhuǎn)換的方式，將電能在時間重新分配，從而可以協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)的發(fā)電和用電在時間上和數(shù)量上的不一致性。·抽水蓄能電站集儲能與發(fā)電兩大功能于一體，對電網(wǎng)具有削峰填谷的功能，同時還具有調(diào)頻、調(diào)相(調(diào)壓)、事故備用、黑啟動等功能?！こ樗钅茈娬镜乃^特性，就是電站水頭值與上水庫蓄能庫容的放水量間的關(guān)系。·水庫的能量特性，就是電站發(fā)電量與上水庫蓄能庫容的放水量間的·利用電站的水頭-能量特性圖，可求出上水庫從某一水位開始放水至另一水位止可得到的發(fā)電量?！こ樾顧C組的基本工況包括靜止工況、發(fā)電工況、抽水工況和調(diào)相工況。其中調(diào)相工況可分為發(fā)電調(diào)相和抽水調(diào)相，兩者原理相同，運行特點不同。·抽蓄機組常見的工況切換有12種方式，其中起動和制動是工況切換過程中需要重點討論的問題?！ざC可逆式機組有起動電動機起動、異步起動、同步起動和半同步起動四種方式。制動主要依靠電氣制動?！C組的可用率和起動成功率是機組運行要求的主要指標(biāo)，兩者是相互聯(lián)系的；·近年來，涌現(xiàn)出了一批新型抽水蓄能技術(shù)，其中，最具有代表性的是變速抽水蓄能技術(shù)和海水抽水蓄能技術(shù)，它們一定程度上指明了抽水蓄能技術(shù)未來的發(fā)展方向。·變速抽水蓄能機組具有自動跟蹤電網(wǎng)頻率變化和高速調(diào)節(jié)有功功率等優(yōu)點。由于可變速機組可運行水頭范圍增大，可以降低上水庫大壩高度，節(jié)省建設(shè)成本?！ずＫ樗钅芾么蠛Ｗ鳛橄滤畮欤娬镜慕ㄔO(shè)對環(huán)境的影響較小。同時，利用大海作為下水庫不僅能夠節(jié)省下水庫的建設(shè)費用，而且不受補水水量的限制，使得大型抽水蓄能電站選址較容易。□3.1.1壓縮空氣儲能基本概念壓縮空氣儲能系統(tǒng)，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、>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(jìn)入空氣透平中膨脹做功發(fā)電，壓縮空壓縮空氣儲能系統(tǒng)基本原理示意圖□3.1.2壓縮空氣儲能的作用>大功率儲能單機功率可達(dá)數(shù)百兆瓦，并且可在實際運>長周期儲能可實現(xiàn)日調(diào)度、周調(diào)度甚至季調(diào)度的長周>長時間供電可通過調(diào)整輸出功率實現(xiàn)長時間供電>多能聯(lián)儲多能聯(lián)供多能聯(lián)儲聯(lián)供能力，可與光熱、地?zé)帷⒐I(yè)余熱結(jié)合，作為清潔能源系統(tǒng)能量樞壓縮空氣儲能系統(tǒng)應(yīng)用場景□3.1.3壓縮空氣儲能分類及技術(shù)路線壓縮空氣儲能系統(tǒng)一般分類□3.1.3壓縮空氣儲能分類及技術(shù)路線>工作原理借鑒燃?xì)鈩恿ρh(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>技術(shù)特點投資成本低，具有較長的使用壽命，具在當(dāng)前大力發(fā)展綠色能源、控制碳排放量補燃式壓縮空氣儲能系統(tǒng)多能聯(lián)供的能力，易于實現(xiàn)工程化應(yīng)用中溫絕熱□3.1.3壓縮空氣儲能分類及技術(shù)路線>工作原理>技術(shù)特點高溫絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)□3.1.3壓縮空氣儲能分類及技術(shù)路線>工作原理采用準(zhǔn)等溫過程實現(xiàn)空氣壓縮和膨脹。壓縮過程中實時分離壓縮熱能和壓力勢能，使壓縮空氣不發(fā)生較大的溫升；在膨脹壓縮空氣，使壓縮空氣不發(fā)生較大的溫行參數(shù)低，但其裝機功率一般較小，儲程也難以實現(xiàn)，僅適用于小容量的儲能等溫壓縮空氣儲能系統(tǒng)□3.1.3壓縮空氣儲能分類及技術(shù)路線>工作原理太陽能光熱、地?zé)岷凸I(yè)余熱均可滿足壓縮空氣儲能系統(tǒng)膨脹過程中的加熱需求，這種通過多種能源系統(tǒng)復(fù)合實現(xiàn)非補燃儲能的系統(tǒng)稱為復(fù)合式壓縮空氣儲能系統(tǒng)，其工作原理與絕熱式壓縮空氣>技術(shù)特點多能聯(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)能量綜合利用效率復(fù)合式壓縮空氣儲能系統(tǒng)光熱復(fù)合式壓縮空氣儲能系統(tǒng)□3.1.3壓縮空氣儲能分類及技術(shù)路線>工作原理深冷液化空氣儲能在壓縮、膨脹和儲熱方面與絕熱式壓縮空氣儲能類似，所不同的是液態(tài)空氣儲能增加了蓄冷系統(tǒng)，其包程中空氣的冷卻、液化、分離、儲>技術(shù)特點最大的優(yōu)點是空氣以常壓液態(tài)形式儲存，儲減少電站對地形條件的依賴。但由于增,深冷液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)深冷液態(tài)空氣儲能試驗系統(tǒng)□3.2.1熱力學(xué)第一定律>熱力學(xué)第一定律(能量守恒定律)熱量可以從一個物體傳遞到另一個物體，也可以與其他形式的能量互相轉(zhuǎn)換，在上述傳遞或轉(zhuǎn)換過程中，能量的總量保持不變。對于閉口系統(tǒng)，熱力學(xué)第一dE=du+dEK+dEg□3.2.1熱力學(xué)第一定律>體積功對系統(tǒng)所做的功為體積功，表達(dá)式為>流動功對于存在物質(zhì)傳遞的熱力過程，熱力系統(tǒng)中工質(zhì)在壓力作用下的流動過程也存在功的傳遞，體積功示意圖流動功示意圖□3.2.1熱力學(xué)第一定律>開口系能量守恒方程和閉口系不同，開口系能量守恒中還需要考慮工質(zhì)進(jìn)出帶來的能量變化和流動功，其表達(dá)式為開口系統(tǒng)能量守恒示意圖式中cf為工質(zhì)的流速；z為工質(zhì)在重力場中的高度；g為重力加速度；下標(biāo)in和則該表達(dá)式可簡化為□3.2.1熱力學(xué)第一定律>穩(wěn)定流動的開口系能量方程對于達(dá)到穩(wěn)定流動狀態(tài)的開口系統(tǒng)，即系統(tǒng)內(nèi)各處物質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)都處于穩(wěn)定狀態(tài)，則此時系統(tǒng)內(nèi)部總能不變，進(jìn)出系統(tǒng)的物質(zhì)的量也一致，其表達(dá)式為>技術(shù)功可通過工程機械技術(shù)手段施加或應(yīng)用的功稱作技術(shù)功，包括體積功、動能、勢□3.2.1熱力學(xué)第一定律>穩(wěn)定流動的開口系能量方程應(yīng)用(hz-h)換熱過程無功的交換，動能、勢能差□3.2.2理想氣體及其熱力學(xué)過程>理想氣體狀態(tài)方程通過測定溫度T、壓力p和比體積v(或密pv=RT>比熱容□3.2.2理想氣體及其熱力學(xué)過程>熵(Entropy)量熱力過程不可逆程度的熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)熵，其表達(dá)式為：根據(jù)熵的定義、理想氣體狀態(tài)方程、理想氣體比熱容表達(dá)式，可進(jìn)一步□3.2.2理想氣體及其熱力學(xué)過程>理想氣體絕熱過程絕熱過程是中系統(tǒng)與外界不發(fā)生熱量傳遞，因而系統(tǒng)熵增為零，可逆的絕熱過程也稱等熵過程。等熵過程中的比熱容比通常用k表示，稱為定熵指數(shù)或絕熱指數(shù)。絕熱過程中理想氣體狀態(tài)參數(shù)的關(guān)系式為對于復(fù)雜的熱力學(xué)過程，仍然可以采用類似的形式來描述n—多變指數(shù)TV"-1=c(常數(shù))□3.2.2理想氣體及其熱力學(xué)過程>理想氣體熱力學(xué)過程計算公式定值比熱容的假設(shè)下，理想氣體各熱力學(xué)過程的計算公式如□3.2.3熱力學(xué)第二定律>熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律在能量守恒的基礎(chǔ)上進(jìn)一步指出：熱量會自發(fā)地由高溫向低溫傳遞，但不會自發(fā)地由低溫向高溫傳遞，這樣逆溫差的熱量傳遞過程實際熱力過程往往伴隨著因摩擦、電磁等因素導(dǎo)致的能量耗散，這種耗散一般以熱量形式發(fā)生。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，存在耗散效應(yīng)的熱力過程是熵的定義為判斷熱力過程不可逆程度提供了依據(jù)，熵越大，說明熱力過□3.2.3理想氣體及其熱力學(xué)過程>?(Exergy)境溫度。?的大小能夠作為衡量熱源品位高低的參數(shù)對于穩(wěn)定流動的工質(zhì)，其?一般是指其能量焓中的?，稱為焓?，表示為EX.X=H-HO-TO(S-S0)對于確定的環(huán)境狀態(tài)，穩(wěn)定流動工質(zhì)?只取決于給定狀態(tài)，是個狀態(tài)參先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲能運行過程可劃分√熱勢解耦：在儲能側(cè)換熱器內(nèi)，高溫高壓空氣和換熱介質(zhì)進(jìn)行換熱，空氣溫度降低進(jìn)入儲氣裝置，換熱介質(zhì)升溫后進(jìn)入儲熱系統(tǒng)中進(jìn)行存儲，從而實現(xiàn)壓縮熱能和壓力勢√熱勢耦合：在釋能側(cè)換熱器內(nèi)，高溫儲熱介質(zhì)加熱儲氣系統(tǒng)中釋放的高壓空氣進(jìn)入空氣透平膨脹機，熱介質(zhì)溫度降低后返回儲熱系統(tǒng)，實現(xiàn)壓縮熱能和壓力勢能的耦合過√能量輸出：熱勢耦合過程生成的高溫高壓空氣進(jìn)入空氣透平膨脹機中膨脹做功，完成壓縮過程中產(chǎn)生的熱量大部分來不及傳遞給周圍環(huán)境，因此空氣壓縮過程往往可簡化為絕熱過程進(jìn)行分析計算。為獲得較高的壓力，一般需要采用多級壓縮機串p"=PBci壓縮空氣儲能系統(tǒng)的膨脹過程往往需要通過多級膨脹實現(xiàn)，并在各級膨脹機入口加熱壓縮空氣進(jìn)氣。當(dāng)各級膨脹比相等時，整個多級膨脹過程勢能存儲裝置可劃分為等壓和等容兩類，等壓存儲過程中空氣壓力能夠始終維持基本不變，其可采用理想氣體狀態(tài)方程進(jìn)行分析和計算。等容存儲過程中裝置容□3.3.2系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備√根據(jù)運動方式不同，容積型壓縮機可分為往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式兩類。往復(fù)式壓縮機√速度型壓縮機則主要指透平式，根據(jù)介質(zhì)在葉輪內(nèi)的流動方向，透平式壓縮機>往復(fù)式壓縮機往復(fù)式壓縮機示意圖軸流式壓縮機示意圖□3.3.2系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備>離心式壓縮機>軸流式壓縮機離心式壓縮機示意圖往復(fù)式膨脹機示意圖□3.3.2系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備◆3.3.2.2膨脹機√根據(jù)運動方式不同，容積型膨脹機可分為往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式兩類。往復(fù)式壓縮機√速度型膨脹機則主要指透平式，根據(jù)介質(zhì)在葉輪內(nèi)的流動方向，可以分為徑流>往復(fù)式膨脹機軸流式膨脹機示意圖□3.3.2系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備◆3.3.2.2膨脹機>徑流式膨脹機>軸流式膨脹機徑流式膨脹機示意圖□3.3.2系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備>管殼式換熱器>板式換熱器管殼式換熱器示意圖板式換熱器示意圖□3.3.2系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備◆3.3.2.4勢能存儲裝置>等容儲氣裝置>等壓儲氣裝置地下鹽穴儲氣庫水下氣囊儲氣裝置3.4壓縮空氣儲能熱力學(xué)分析□3.4.1能量分析法—基于熱力學(xué)第一定律>循環(huán)效率：釋能過程中總輸出的能量和儲能過程中總消耗的能量之>電-電效率：釋能過程中總輸出的電能和儲能過程中總消耗的電能之>儲能密度：單位儲氣容積儲存的電能3.4壓縮空氣儲能熱力學(xué)分析3.4壓縮空氣儲能熱力學(xué)分析□3.4.2?平衡分析法—基于熱力學(xué)第二定律>?效率：釋能過程中輸出能量的?和儲能過程中輸入能量的?之>?損失：系統(tǒng)輸入?和輸出?之間的差值，壓縮機、透平和換熱器的?損失分別為3.4壓縮空氣儲能熱力學(xué)分析3.4壓縮空氣儲能熱力學(xué)分析3.4壓縮空氣儲能熱力學(xué)分析□3.5.1補燃式壓縮空氣儲能電站>采用一座地下鹽穴儲氣，總?cè)莘e62萬立方米>在高壓透平入口增加一個預(yù)熱器，實現(xiàn)了低壓□3.5.2先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲能電站>采用1座鹽穴儲氣，容積22.4萬立方米>技術(shù)路線：兩級離心壓縮、兩級軸流膨脹、高江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲能國家示范項目全景>采用管線鋼儲氣，總?cè)莘e15立方米>技術(shù)路線：槽式光熱集熱復(fù)合壓縮空氣儲能西寧光熱復(fù)合壓縮空氣儲能電站全景>采用采用八個石子填充床作為冷量回收裝置>·壓縮空氣儲能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·本章首先介紹了壓縮空氣儲能的基本概念、主要用途和主要類別，回顧了與壓縮空氣儲能相關(guān)的主要熱力學(xué)基礎(chǔ)知識；·選取具有代表性的先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲能技術(shù)作為重點，詳細(xì)介紹其基本原理和關(guān)鍵設(shè)備；基于熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律，闡述了壓縮空氣儲能系統(tǒng)的·對基于不同技術(shù)路線的典型壓縮空氣儲能電站進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，概述了壓縮空氣儲能系統(tǒng)在實際應(yīng)用場景中的運行特性；·壓縮空氣儲能可廣泛用于電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)，發(fā)揮調(diào)峰、調(diào)頻、容量備用、壓縮空氣儲能技術(shù)未來具有非常廣闊的應(yīng)用前景□電化學(xué)儲能的基本概念電化學(xué)儲能通過儲能電池完成能量儲存、釋放與管理過程。儲能電池在充電時將外部直流電源連在蓄電池上進(jìn)行充電，使電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能儲存起來，放電時再將儲存的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能釋放出來去驅(qū)動外□電化學(xué)儲能的作用電化學(xué)儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，應(yīng)用于發(fā)電、輸電、配電、送電等四個環(huán)節(jié)，主要作用有調(diào)峰調(diào)頻、削峰填谷、平儲能變流器實物圖儲能變流器實物圖◆電池管理系統(tǒng)能夠?qū)㈦姵貑误w和許多電池單體通過串并聯(lián)組成的電池組進(jìn)行分層管理，實現(xiàn)有效的告警、保護(hù)和均衡管理，使得各電池和電池組儲能系統(tǒng)能量管理平臺自然風(fēng)冷通過空氣本身與電池表面的溫度差產(chǎn)生熱對流，使得電池產(chǎn)生熱量被轉(zhuǎn)移到空氣中，實現(xiàn)電池模組及電池箱的散熱；強制風(fēng)冷需要額外安裝風(fēng)機、風(fēng)扇等外部電風(fēng)冷系統(tǒng)實物圖風(fēng)冷通風(fēng)方式路線圖□鉛酸電池的原理傳統(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。放電狀態(tài)下，正負(fù)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(fù)極的鉛與硫酸反應(yīng)生成鉛酸電池結(jié)構(gòu)示意圖鉛酸電池充放電流向圖/□鉛酸電池的特點鉛酸電池單體實物圖6666□鉛酸電池工作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(jìn)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(fù)載供電（放電然后再充電、再66□鉛酸電池的充電放電特性鉛酸電池充電曲線圖66□鉛酸電池的充電放電特性鉛酸電池放電曲線圖66卷繞式鉛酸電池卷繞式鉛酸電池雙極性鉛酸蓄電池66□鉛炭電池鉛炭電池結(jié)構(gòu)示意圖66時◆鉛炭電池的核心是在負(fù)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(fù)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◆由于鉛炭電池在安全性、經(jīng)濟性和循環(huán)壽命等方面展現(xiàn)出優(yōu)異的性能，使其在混合動力電動汽車、可再生能源接入、削峰填谷、智能微電網(wǎng)和需求鉛炭電池組成方式示意圖66□鉛酸電池的應(yīng)用場景性價比高，仍然在儲能系統(tǒng)和工業(yè)備用電源中占據(jù)主導(dǎo)位置。目前不同類型鉛酸電池鉛酸蓄電池由于材料廉價、工藝簡單、技術(shù)成熟、自放電低和免維護(hù)要求等特性，在未來幾十年里，依然會在市場中占主導(dǎo)地位，雖然起動用、動力用電池的市場空間可能會有拐點，在近期國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展中仍將占主流地位，中期也將占有一席之地，長期66□鋰離子電池的原理鋰離子電池是以鋰離子為活性離子，充放電時集電器中的鋰離子經(jīng)過電解液在正負(fù)極之間脫嵌，將電能儲存在嵌入（或插入）鋰的化合物電極中的一種儲能技術(shù)，它主要依靠鋰離子在兩個電極之間往返游走來工作，是目前能量密鋰離子電池工作原理示意圖LiMO2—LixMO2+XLi'+xe66鋰離子電池正極材料研究現(xiàn)狀：鋰離子電池的活性正極材料大多數(shù)是含鋰的過渡金屬化合物，而且以氧化物為主。按電極材料可劃分為鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元鋰離子等。目前已用Lico024LiNio24LiMnLiMn204466），三元材料兼顧了鎳酸鋰的高容量、高電壓、錳酸鋰的高壓高安全性，鈷酸鋰的良好循環(huán)性，同時克服了錳酸鋰鎳酸鋰合成困難且不穩(wěn)定、鈷酸鋰成本高的缺點。充放電倍66鋰離子電池生產(chǎn)工藝流程：中段工序的生產(chǎn)目標(biāo)是完成電芯的制造，不同類型鋰電池的中段工序技術(shù)路線、產(chǎn)鋰離子電池工藝流程圖66鋰離子電池類型：661、圓柱形鋰離子電池圓柱形鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖662、方形鋰離子電池方形鋰離子電池方形鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖663、紐扣鋰離子電池紐扣鋰離子電池紐扣鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖紐扣鋰離子電池664、薄膜鋰離子電池薄膜鋰離子電池薄膜鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖66□鋰離子電池的特點鋰離子電池也具備循環(huán)壽命長、能效高、能量密度大和綠色環(huán)保等優(yōu)勢，隨著鋰離子電池制造成本的降低以及政策的推出落地，鋰離子電池將大規(guī)模裝機到電化學(xué)儲能領(lǐng)域，有望在儲能領(lǐng)域迎來大幅度增長。但鋰離子電池也存在一些缺點，例如價格較貴66□鋰離子電池的充放電特性鋰離子電池基本充電放電電壓曲線66□鋰離子電池的應(yīng)用場景4在鋰離子電池中，不同類型的電池可根據(jù)實際需求應(yīng)用在適宜的場合當(dāng)中，如表所示：4□鋰離子電池的能量轉(zhuǎn)換效率 66□液流電池的原理液流電池工作原理圖66>全釩液流電池◆全釩液流電池以五價釩和四價釩離子的硫酸溶液為正極電解液，以三價釩和二價釩離子的硫酸溶液為負(fù)極電解◆電池電能以化學(xué)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，電解質(zhì)溶液平行流過電極表面并發(fā)生電化從而使得存儲在溶液中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換全釩液流電池工作原理圖66>鐵鉻液流電池鐵鉻液流電池工作原理圖Fe2+-e-?Fe3+6cr3++e-?cr6>鋅溴液流電池態(tài)沉積在電極表面，正極生成溴單質(zhì)；放電時在正負(fù)極上分鋅溴液流電池工作原理圖Fe2+-e-?Fe3+6666□液流電池的特點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(fēng)險。液流電池特66□液流電池的分類秒-小時秒-小時秒-小時664.4液流電池□液流電池的能量轉(zhuǎn)換效率為儲能單元充放電能量效率，%；Eao為評價周期內(nèi)液流電池儲能單元放電過程輔助設(shè)備的能耗，單位為千瓦時（kW·h）；ESC為評價周期內(nèi)液流電池儲能單元放電過程輔助設(shè)備的能耗，單位為千瓦時（kW·hWscWsc66□鈉硫電池的原理鈉硫電池結(jié)構(gòu)及工作原理圖66□鈉硫電池的特點(2)金屬鈉的劇烈反應(yīng)特性：液態(tài)66□鈉硫電池的應(yīng)用場景 6 64.6常用電化學(xué)儲能的對比4.6常用電化學(xué)儲能的對近幾年來，隨著可再生能源、電近幾年來，隨著可再生能源、電電池儲能得到了廣泛的應(yīng)用，投64.7電化學(xué)儲能特性分◆在實際工程中，應(yīng)根據(jù)儲能技術(shù)的上安裝地點、容量及各種技術(shù)的配合，電池儲能系統(tǒng)放置示意圖664.7電化學(xué)儲能特性分析鈉離子電池鈉/氯化鎳電池66·電化學(xué)儲能通過儲能電池完成能量儲存、釋放與管理過程；·電化學(xué)儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，應(yīng)用于發(fā)電、輸電、配電、送電·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。放電狀態(tài)下，正極主要成分為二氧化鉛，負(fù)極主要成分為鉛；充電狀態(tài)下，正負(fù)極的主·鋰離子電池是目前能量密度最高的實用二次電池，鋰離子電池是以鋰離子為活性離子，充放電時集電器中的鋰離子經(jīng)過電解液在正負(fù)極之間脫嵌，將電能儲存在嵌入（或插入）鋰的化合物電極中的一種電化學(xué)儲能方式?！ひ毫麟姵氐恼龢O與和負(fù)極電解液分別裝在兩個儲罐中，利用送液泵使得電解液通過電池循環(huán)，并通過外接管路與流體泵使電解質(zhì)溶液流入電池堆內(nèi)66·鈉硫電池是高溫鈉系電池的一種，鈉離子透過電解質(zhì)隔膜與硫之間發(fā)生可逆反應(yīng)，形成能量的釋放和儲存?！ゃU酸電池原材料來源豐富、安全可靠、技術(shù)成熟、成本低廉；鋰離子電池放電電壓穩(wěn)定，能量密度大，壽命較長，自放電率低；液流儲能電池容量調(diào)節(jié)范圍寬、充放電效率高、循環(huán)壽命長、響應(yīng)迅速且對環(huán)境友好；鈉硫電池體積能量密度高、質(zhì)量功率密度大，工作溫度高?！や囯x子電池適用于對能量密度、循環(huán)壽命要求較高的大規(guī)模儲能應(yīng)用場景。液流電池非常適合規(guī)?；?、長時間儲能的應(yīng)用場景。鈉硫電池因其可在高溫環(huán)境下工作，在電力系統(tǒng)有廣闊的應(yīng)用前景。·隨著研究的不斷深入，鈉離子電池、超級電池、鈉/氯化鎳電池和鋰硫電池等一些新型電池技術(shù)的潛在優(yōu)勢被不斷發(fā)掘。66□氫儲能的概念(2)氫原子由一個質(zhì)子及一個電子組成，電子組態(tài)為1s1，3(1)氫儲能的優(yōu)點：儲量豐富、燃燒熱值高、可存儲、可轉(zhuǎn)化形式廣。L1在常溫常壓條件下，獲得相同熱量所需氫氣的體積約是天然氣的3.3倍?！鯕鋬δ艿淖饔?2)優(yōu)點：原料來源不受限、可存儲時間長、使用排放無污染。(1)氫內(nèi)燃機工作原理與汽油內(nèi)燃機原理類似。(長征系列火箭---液氫燃料)(2)氫氣代替部分煤氣，通過氫氣管道送往千家萬戶。(3)在煉油工業(yè)中，燃料的精煉需要氫。石油煉制工業(yè)用氫量僅次于合成氨，主要用于石腦油、粗柴油、燃料油的加氫脫硫等方面?！鯕鋬δ艿闹饕h(huán)節(jié)>化石能源重整制氫是目前制氫的主流技術(shù)，可分為煤氣化制氫、天然氣水蒸氣重整制氫、重油制氫。>優(yōu)點：技術(shù)成熟，可大規(guī)模制氫。>缺點：碳排放量高，產(chǎn)氫含雜質(zhì)多。>目前只占了制氫總量的約4%。>優(yōu)點：沒有任何溫室氣體的排放，制備的氫氣純度高。>缺點：成本及能耗高。主要原因是電價高，占總成本的約70%。>潛力：新能源裝機“棄風(fēng)棄光”電能的消納及電價的下降，制氫成本>生物質(zhì)制氫可分為發(fā)酵制氫和熱分解制氫。優(yōu)點：資源量大，分布廣泛，整個生命周期為零CO排放2>光催化制氫優(yōu)點：使用太陽光直接制氫。缺點：僅限于實驗室規(guī)模，離>特點：簡便易行、成本低、充放氣速度快、在常溫下可以進(jìn)行，技術(shù)比較成熟，是目前較常用的一種儲氫技術(shù)。>先將氫氣加壓后裝在高壓容器中，其運輸方式是使用用牽引卡車(2)低溫液態(tài)儲運特點：液氫儲存體積能量密度大，適用于儲存空間有限的場合。液氫的運輸通過在汽車、船舶或者飛機上配備低溫絕熱槽罐進(jìn)行運輸。但也存在質(zhì)量儲氫密度低、使用成本高、吸放>直接燃燒，即利用氫和氧發(fā)生反應(yīng)放出的熱能；>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>化學(xué)反應(yīng)，即在化工等行業(yè)中利用氫的還原性質(zhì)?！鯕錃庵苽湓?gt;基本原理以煤或煤焦為原料、以水蒸氣作為氣化劑，在高溫高壓下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)>工藝流程煤炭經(jīng)過干燥后，煤分子在高溫下發(fā)生熱分解反應(yīng)，煤黏結(jié)成半焦;半焦則在更高溫度下與通入氣化爐的氣化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成粗煤氣;>基本原理生成合成氣，再經(jīng)化學(xué)轉(zhuǎn)化與分離，制備氫氣。由甲烷的分子式可以看出，它是氫原子質(zhì)量占比最大的化合物，故理論>工藝流程在天然氣水蒸氣重整制氫中，假設(shè)水蒸氣轉(zhuǎn)化過程需要燃燒相當(dāng)于1/3原料氣的燃料來為反應(yīng)提供熱能。若將制氫原料與燃料氣統(tǒng)籌計算，試問每x=7.3t由上述反應(yīng)方程式計算可知，在上述條件下，每生產(chǎn)1t氫氣，大約放出的化石燃料中，通常不直接用石油制氫，而是用石油初柴油后的剩余重質(zhì)油。>基本原理重油制氫的典型部分氧化反應(yīng)方程式如式(5-5)、(5-6)、(5-7)所示，該反應(yīng)過程℃>工藝流程低溫甲醇去雜。去除上述酸性氣體。>電解水制氫的原料為水和電能，產(chǎn)物沒有任何溫室氣體的排放，且制備的氫氣純度較高，易與燃料電池聯(lián)用，故電解水制氫有巨大的市場潛力及應(yīng)用前景。>根據(jù)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)，電解水制氫可以分為酸/堿溶液電解制氫、質(zhì)子交換膜表5-3三種電解水制氫方法的比較 >酸/堿溶液電解制氫酸/堿溶液電解制氫的裝置如圖所示，一個電解池主要包括四個部分：陽極、酸性水電解制氫體系堿性水電解制氫體系堿性電解水制氫技術(shù)較為成熟，優(yōu)點是使用壽命長，不足有工作電流較小、需要進(jìn)行壓力平衡的設(shè)計、使用便捷性有待提高。膜既傳導(dǎo)離子質(zhì)，又能隔離氣體；膜有單向?qū)ㄗ饔茫苊饬舜畾?；省去冷卻系統(tǒng)，裝置的體積和重量?。患兯鳛殡娊庖?，避免腐蝕。減少電解過程中的能量損失；電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率隨溫度的升高而增加。>生物質(zhì)發(fā)酵制氫的基本原在光照、厭氧條件下通過光合作用分解水產(chǎn)生氫氣和氧氣。在這光解有機物產(chǎn)氫:缺少藻類中起光解水作用的PSII，因此進(jìn)行不產(chǎn)氧光合在黑暗、厭氧條件下分解有機物產(chǎn)生氫氣。途徑一：甲酸氫解酶系統(tǒng)催化。>生物質(zhì)化工熱裂解制氫的基本原理在無氧或低氧環(huán)境下，生物質(zhì)被加熱升溫引起分子分光催化技術(shù)是指在光催化劑的作用下，利用光子的能量進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的技術(shù)。利用光催化技術(shù)分解水制氫是將低密度太陽能轉(zhuǎn)化>光催化制氫的基本原理>光催化制氫材料光波長足夠小時，光子具有的能量較高，可以直接分解水。若要實現(xiàn)到達(dá)地球表面的太陽光制氫，需要借助半導(dǎo)體光催化材料。適合作為光解水催化劑的半導(dǎo)體材料需要具備以下條件:半導(dǎo)體禁帶寬度需大于水分解的最小帶隙（約1.23eV）;半導(dǎo)體材料的導(dǎo)帶電位比氫電極電位稍負(fù)一些，同時價帶電位則比氧□氫氣純化原理氫氣純化技術(shù)可以分為物理法、化學(xué)法、膜分離法三大體大大物膜體固體材料對于氣體具有選擇吸附性，且吸附量隨壓力的變化而改變。通過抽真空等方法使吸附劑解吸再生；加壓，使吸附劑達(dá)到吸附壓力，以便進(jìn)行下一次吸附。工藝流程簡單、能耗低、產(chǎn)品純度高、耐久性好、裝置可靠性高。在恒壓下逐步降低混合氣體的溫度，隨著溫度的降低，沸點高的雜質(zhì)氣體會先冷凝，而由于氫氣的沸點較低，不會先冷凝，從而實現(xiàn)分離。工藝流程需要使用氣體壓縮機及冷卻設(shè)備，導(dǎo)致提耗較高在有催化劑的條件下，H與雜質(zhì)氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來實現(xiàn)提純.2采用貴金屬催化劑，利用H和O反應(yīng)首先生成水，隨后使用分子篩吸水。再利用金屬的氧化還原反應(yīng)去除氧。純化原理及操作簡單、設(shè)備成本也相對較低。2◆金屬氫化物分離法的原理及特點儲氫合金在降溫升壓時可以吸收氫，而在升溫減壓時可以釋放氫。因此催化劑的作用下，氫分子首先分解稱為氫原子;氫原子擴散到合金晶格內(nèi)的間隙中；當(dāng)對合金進(jìn)行加熱時，氫原子被晶格釋放后結(jié)合氫純度高、操作簡單、能耗低。純化材料失活，氫處理量較小，提純能耗較高。一定溫度下，鈀幾乎阻擋了其他所有氣體，只允許氫氣透過。產(chǎn)出氫氣純度高、氫氣回收率高、幾乎沒有氫氣損耗、鈀合金膜抗雜質(zhì)氣體的生產(chǎn)成本高，同時其透氫速率過低，導(dǎo)致產(chǎn)量小，因此限制了其大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。一定壓力下，不同氣體通過聚合物膜的擴散速率不同，從而實現(xiàn)分離氫氣。一般可以與變壓吸附法或低溫分離法聯(lián)合使用，從而產(chǎn)生最好的效果。>氫相圖>氫儲存的特點通過增加氫的密度進(jìn)一步減小氫的儲存體積是增加其儲存效率的重要手段。>增加氫密度的本質(zhì)減小氫分子間的鍵合作用從而減小分子間斥力，可實現(xiàn)氫密度的增加。>氫儲存的分類高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫和固態(tài)儲氫□高壓氣態(tài)儲氫原理(1）理想氣體狀態(tài)方程(2）理想氣體狀態(tài)方程的修正(3）簡化的氫氣狀態(tài)方程高壓儲氫容器技術(shù)的發(fā)展先后經(jīng)歷了金屬儲氫容器、金屬內(nèi)襯環(huán)向纏繞復(fù)合儲氫容器、金屬內(nèi)襯環(huán)向加縱向纏繞復(fù)合儲氫容器、螺旋纏繞容器(1）金屬儲氫容器>基本要求>常用材料>特點有易加工、成本低的優(yōu)點。單位質(zhì)量儲氫密度比較低。(2）纖維纏繞金屬內(nèi)襯復(fù)合材料高壓儲氫容器>基本結(jié)構(gòu)在容器的最外側(cè)具有緩沖層，緩沖層避免了容器>基本要求金屬材料需要有較強的抗氫滲透能力和抗疲勞能力，纖維材料主要起承受外載荷的作用，故可使用不同的纖維纏繞方式提高承載能力。>常用材料金屬內(nèi)襯多使用鋁合金材料，纏繞層的纖維材料有碳纖維、芳綸纖維、玻(3）全復(fù)合塑料儲氫容器>設(shè)計初衷為了減輕儲氫容器的自重，提高單位質(zhì)量儲氫密度，同時降低成本。(4）金屬內(nèi)襯和塑料內(nèi)襯復(fù)合材料高壓儲氫容器的比較□低溫液態(tài)儲氫原理(1）正-仲氫轉(zhuǎn)化>正氫向仲氫的轉(zhuǎn)變是一個放熱過程，其放出的熱量和所處環(huán)境溫度有關(guān)，一般來說，所處的環(huán)境溫度越低，其轉(zhuǎn)化反應(yīng)放出的熱量越多。>正氫向仲氫轉(zhuǎn)化所放出的熱量大于液氫的蒸發(fā)潛熱。因此，在氫氣液化的過程中，人們希望增加正氫向仲氫轉(zhuǎn)化的速度及數(shù)目，盡快使液當(dāng)氣體通過節(jié)流閥后，溫度可能升高也可能降低。在常溫常壓下，大多氦等少數(shù)氣體經(jīng)節(jié)流膨脹后溫度反而升高，產(chǎn)生致熱效應(yīng)。因此，在常等焓條件下溫度隨壓力的變化率(4）氫氣液化的方法>林德法要先將氫氣壓縮。同時為了使氫氣進(jìn)行Joule-林德法裝置簡單，但效率較低。>氦氣布雷頓法壓縮氦氣首先經(jīng)過液氮預(yù)冷后進(jìn)行膨脹透平，氦氣透平后產(chǎn)生了大量冷量，該冷源在換熱器中用于對氫氣進(jìn)行降溫。而氫氣首先經(jīng)過液氮的預(yù)冷卻，隨后進(jìn)入換熱器中獲取氦氣透平的冷源而進(jìn)一步冷卻。此時氫氣溫度已經(jīng)足夠低，再進(jìn)行Joule-氦主要用作制冷劑，液氮預(yù)冷用于減少>克勞德法氫氣被壓縮后經(jīng)液氮預(yù)冷，隨后進(jìn)入熱交換器，在熱交換器之間具有透平膨脹機，一部分氫氣經(jīng)過膨脹透平后，產(chǎn)生很大的冷量，該冷量用于冷Joule-在此工藝中，液氮用于預(yù)冷，可提高液化率。一般不用透平膨脹機進(jìn)行冷凝，因為液化物質(zhì)可克勞德法經(jīng)濟性好。氫本身是制冷劑，故其在循環(huán)過程中保有量大。目前大規(guī)模生產(chǎn)液氫常用克(1）液氫儲罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計>液氫蒸發(fā)損失量與儲罐表面積和容積的比值(S/V)有關(guān)，S/V越大，則形儲罐的應(yīng)力分布較為均勻，因此可以有更高的機械強度，但球形儲罐>例題忽略容器的壁厚，試問同樣容積的球形和立方體儲罐，哪種儲罐的蒸發(fā)球形儲罐的蒸發(fā)量A1立方體儲罐的蒸發(fā)量A2(2）液氫設(shè)備的絕熱技術(shù)>常規(guī)外絕熱將密度低、熱導(dǎo)率小的材料覆蓋在儲罐表面達(dá)到絕熱效果。>高真空絕熱通過在絕熱夾層空間抽高真空，減少對流與傳導(dǎo)換熱。>真空粉末絕熱基本原理是在真空夾層中填充導(dǎo)熱率小的材料，以減少對流傳熱。>高真空多層絕熱在真空夾層中填充導(dǎo)熱率小的材料，以減少對流傳熱。>低溫冷屏絕熱在真空夾層中設(shè)置冷屏。冷屏使用液氮或低溫液體蒸發(fā)的冷蒸氣進(jìn)行冷卻。(1）物理吸附儲氫的基本原理物理吸附基于吸附材料和氫分子之間弱的范德華力。(2）物理吸附儲氫材料>碳材料儲氫活性炭是一種具有高比表面積的無定形碳，碳纖維的微觀表面是分子級細(xì)孔，而內(nèi)部是當(dāng)H從碳纖維表面進(jìn)入內(nèi)部時可以在這些孔中2凝聚，因此具有超級儲氫能力。2維度方面較大，因此被視為是一種一維納米材料。>金屬-有機骨架材料儲氫金屬有機骨架材料(MOFs)是一種微孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的配位聚合物，它由金屬(1）化學(xué)吸附儲氫的基本原理化學(xué)吸附儲氫的過程為金屬首先通過物理作用將氫分子吸附在表面，然進(jìn)入晶胞中的氫原子通過和金屬原子鍵合形成固溶體或有序的氫化物結(jié)(2）化學(xué)吸附儲氫材料>碳材料儲氫2出大量的熱；但是其缺點在于放氫溫度高，放氫動力學(xué)差。儲氫合金能夠在一定的溫度和壓力條件下，吸收氫氣生成金屬氫化物，若將其加熱，金屬氫化物又能夠分解，將氫氣放出。TiFe合金儲氫材料的優(yōu)點為：在室溫下能可逆地吸放氫，且形成氫化物后222222已知25℃時，H2O(l)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓和標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯函數(shù)分別為-286kJ/mol和-237.3kJ/mol。計算在氫-氧燃料電池中進(jìn)行下列反應(yīng)時，電池的電動勢。解：燃料電池中產(chǎn)生的最大電能對應(yīng)于吉布斯自由能，即由式(5-31)可得，燃料電池的理論電勢為(1）能量轉(zhuǎn)換效率的定義輸出能量與輸入能量之比上述燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率是將氫的高熱值作為輸入能量計算得到的。若以氫的低熱值作為能量輸入，燃料電池的效率將表示為。(1）工作溫度與電勢一般情況下，工作溫度越高，燃料電池的電勢越大。(2）常見燃料電池的工作溫度常見燃料電池的最佳工作溫度在80℃左右，在該燃料電池的性能下降。它甚至可以在低于0℃的條件下工作，只是該條件下(3）燃料電池?zé)崃康呐懦鰹榱耸谷剂想姵卦诤线m的溫度條件下工作，需要將多余的熱量排出系統(tǒng)。熱量排出一般使用表面?zhèn)鲗?dǎo)、對流耗散及外加循環(huán)系統(tǒng)冷卻的方法。(1）效率高于熱電裝置燃料電池是化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，不受卡諾循環(huán)限制，且在相對低的溫度(2）發(fā)電規(guī)模可調(diào)發(fā)電規(guī)?？纱罂尚?，應(yīng)用場景靈活，包括家用電源、非集中式發(fā)電等。(3）低排放或零排放純氫型燃料電池的排放僅為反應(yīng)產(chǎn)物水及未參加反應(yīng)的空氣，可以實現(xiàn)零排放。燃料電池的電池組由電池模塊層組成，因此可以通過改變層組數(shù)和模塊數(shù)除鼓風(fēng)機及泵外，基本沒有移動部件，因此其振動及噪聲較小。□典型應(yīng)用案例整備質(zhì)量/kg最高車速/(km/h)整備質(zhì)量/kg最高車速/(km/h)常規(guī)加氫（充電）時間發(fā)動機功率/kW9.63青海大學(xué)梅生偉教授團(tuán)隊在青海大學(xué)校內(nèi)開展了光伏電解水制氫-儲氫-氫能綜合利用的示范研究。該示范系統(tǒng)實現(xiàn)了清潔能源的綜合利用，即系統(tǒng)的能量輸入僅為太陽能和水，輸出包括冷、熱、電、燃料，輸出能量可以滿足人居、交通的使用，且整個過程沒有任何污染及碳排放?！淠芫哂袃α控S富，燃燒熱值高，可存儲，可轉(zhuǎn)化形式廣的優(yōu)點?！錃獾闹苽淇梢苑譃榛茉粗卣茪洹㈦娊馑茪?、新型制氫技術(shù)三類?！せ茉粗卣茪涫悄壳爸茪涞闹髁骷夹g(shù)，可分為煤氣化制氫、天然氣水蒸氣重整制氫、重油制氫?！る娊馑茪浞譃樗?堿溶液電解制氫、質(zhì)子交換膜（PEM）水電解制氫、·新型制氫技術(shù)包括生物制氫及光催化制氫兩類。·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·高壓儲運是先將氫氣加壓，隨后裝在高壓容器中，使用交通工具進(jìn)行輸送，該儲運方法在技術(shù)上較為成熟?！ひ簹涞馁|(zhì)量儲氫效率比高壓氣態(tài)儲氫高，適宜儲存空間和質(zhì)量有限的運載場合，但液氫容易蒸發(fā)，需在儲運時做好絕熱?！す虘B(tài)儲氫性能與材料息息相關(guān)，可以分為物理吸附儲氫和化學(xué)吸附儲氫。·氫能應(yīng)用具有多轉(zhuǎn)換性的特點，應(yīng)用的主要方式有直接燃燒、通過燃料電池轉(zhuǎn)化為電能和化學(xué)反應(yīng)?！び捎邴}穴儲氫具有低的滲透率，良好的蠕變，低墊氣量等特點，是儲氫的新途徑之一。如中鹽集團(tuán)聯(lián)合梅生偉教授團(tuán)隊在國內(nèi)開展的鹽穴儲氫研究?！だ锰柲墚a(chǎn)生的電能用于電解水產(chǎn)生氫能、并將二氧化碳加氫轉(zhuǎn)化為“綠色”甲醇等液體燃料。如中國科學(xué)院大連化物所的李燦院士團(tuán)隊提出的“液態(tài)陽光”概念，提供了一條可再生能源到綠色液體燃料生產(chǎn)的新途徑?！τ跉淠艿木C合利用，還可以全方位的考慮，如青海大學(xué)梅生偉教授團(tuán)隊提出在青海省龍羊峽水庫開展光-水-氫-漁協(xié)同能源生態(tài)系統(tǒng)，將電解制氫過程中的副產(chǎn)品氧氣應(yīng)用于冷水魚養(yǎng)殖中。儲熱技術(shù)是以儲熱材料為媒介將太陽能光熱、地?zé)?、工業(yè)余熱、低品位廢熱等熱能加以儲存并在需要時釋放，力圖解決由于時間、空間或強度上的熱能供給與需求間不匹配所帶來的問題，最大限度地提高整個系統(tǒng)的能源利用率而逐漸發(fā)展起典型儲熱系統(tǒng)的示意圖□6.1.2儲熱技術(shù)的分類本章采用的儲熱技術(shù)分類方法□6.1.2儲熱技術(shù)的分類>三種儲熱技術(shù)對比□6.2.1熱力學(xué)基礎(chǔ)>質(zhì)量平衡□6.2.1熱力學(xué)基礎(chǔ)□6.2.1熱力學(xué)基礎(chǔ)□6.2.1熱力學(xué)基礎(chǔ)□6.2.1熱力學(xué)基礎(chǔ)□6.2.1熱力學(xué)基礎(chǔ)□6.2.1熱力學(xué)基礎(chǔ)□6.2.2傳熱學(xué)基礎(chǔ)>熱傳導(dǎo)某介質(zhì)內(nèi)發(fā)生熱傳導(dǎo)的宏觀原因是溫差的存在，從微觀角度看，熱傳導(dǎo)是由于大量分子、原子或電子的互相撞擊,使能量從物體溫度較高部分傳至溫傅里葉定律：在均勻單一介質(zhì)內(nèi)，傳熱速率正比于垂直于該截面方向上平板熱傳導(dǎo)□6.2.2傳熱學(xué)基礎(chǔ)□6.2.2傳熱學(xué)基礎(chǔ)>熱對流及對流換熱冷熱流體相互摻混所引起熱量傳遞過程，熱對流僅發(fā)生在流體中，由于流對流換熱是指當(dāng)一種流體流過某一固體壁面，且二者存在溫差時，發(fā)生的傳熱過程。從微觀看，對流換熱是借分子隨機運動(熱傳導(dǎo))和邊界層中流體對流換熱過程通常由牛頓冷卻公式描述□6.2.2傳熱學(xué)基礎(chǔ)□6.2.2傳熱學(xué)基礎(chǔ)>熱輻射熱輻射是指物體由于具有溫度而輻射電磁波的現(xiàn)象。當(dāng)物體發(fā)出的輻射能被另一物體接收時，總輻射能的一部分被吸收，一部分被反射，一部分穿透該物體后繼續(xù)傳播，我們將吸收、反射、穿透部分和總輻射能的比值分物體熱輻射的具體計算由斯忒藩-玻爾茲曼定律描述物體與環(huán)境之間的輻射換熱□6.2.2傳熱學(xué)基礎(chǔ)□6.2.2傳熱學(xué)基礎(chǔ)>熱阻與總換熱系數(shù)如果將溫差類比于電壓，傳熱速率類比于電流，則可將電路中相應(yīng)的研復(fù)合換熱過程及其等效熱網(wǎng)絡(luò)□6.3.1顯熱儲熱材料及選擇>液體材料優(yōu)勢：既可以作為儲熱材料，也可以作為傳熱介□6.3.1顯熱儲熱材料及選擇>固體材料□6.3.1顯熱儲熱材料及選擇>顯熱儲熱材料的選擇高比熱容、高密度、高導(dǎo)熱率、低熱膨脹系數(shù)高填充密度、高穩(wěn)定性和可靠性高比熱容、高密度、高導(dǎo)熱率、低熱膨脹系數(shù)低耗能、高機械低成本、環(huán)境友低成本、環(huán)境友□6.3.2典型顯