能源与储能

定　　价：180 元

• 作者：陈诵英,陈桥,王琴
• 出版时间：2024/11/1
• ISBN：9787030798534
• 出 版 社：科学出版社

• 中图法分类：TK 
• 页码：510
• 版次：1
• 开本：B5

内容简介

本书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。

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作者介绍

中科院自然科学三等奖，山西省科技进步一等奖

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 支持自主独立电网 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 推荐建议 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 最大理论比能量 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
6.7.1 引言 251
6.7.2 液流电池操作原理 252
6.7.3 氧化还原型液流电池（RFB） 253
6.7.4 RFB的挑战和未来研发重点 256
6.8 全钒氧化还原液流电池 256
6.8.1 全钒氧化还原液流电池的工作原理 257
6.8.2 全钒氧化还原液流电池的特点 258
6.8.3 全钒氧化还原液流电池的应用领域 259
6.9 其他液流电池 260
6.9.1 铁铬液流电池 260
6.9.2 多硫化物-溴液流电池 260
6.9.3 锌溴液流电池 261
6.9.4 锌铈液流电池 263
6.9.5 锌镍液流电池 263
6.9.6 铅液流电池 263
6.9.7 混合液流电池 264
6.9.8 无膜液流电池 265
6.9.9 其他类型液流电池 265
6.9.10 液流电池与常规电池技术的比较 266
6.10 燃料电池 267
6.10.1 引言 267
6.10.2 氢燃料电池 269
6.10.3 质子交换膜燃料电池 269
6.10.4 熔融碳酸盐燃料电池 270
6.10.5 固体氧化物燃料电池 271
6.10.6 直接甲醇燃料电池 271
6.10.7 碱燃料电池 272
6.10.8 磷酸燃料电池 273
6.11 金属空气电池 274
6.12 锌-二氧化锰原电池 277
第7章 化学能存储技术Ⅱ：电池Ⅱ 278
7.1 锂金属电池 278
7.1.1 引言 278
7.1.2 锂电池优缺点 279
7.1.3 锂金属电池的电极反应和组成 280
7.2 若干重要锂金属电池 282
7.2.1 锂-二氧化锰电池 282
7.2.2 锂-二氧化硫电池 283
7.2.3 锂-聚氟化碳电池 285
7.2.4 锂-亚硫酰氯电池 286
7.2.5 熔盐电解质Li-FeS2电池 287
7.2.6 热电池 292
7.2.7 心脏起搏器的Li/I2电池和锂-银钒氧化物电池 293
7.3 锂离子电池概述 294
7.3.1 引言 294
7.3.2 锂离子电池的特点 295
7.3.3 锂离子电池的工作原理 296
7.3.4 锂离子电池发展简史 297
7.3.5 锂离子电池的制作 299
7.3.6 锂离子电池的应用 301
7.3.7 锂离子电池的挑战 303
7.3.8 锂离子电池使用注意事项 304
7.4 锂离子电池的负极材料 307
7.4.1 引言 307
7.4.2 嵌入型负极材料 308
7.4.3 合金化型负极材料 312
7.4.4 转化型负极材料 312
7.5 锂离子嵌入正极材料性质 314
7.5.1 引言 314
7.5.2 锂离子嵌入化合物的一般性质 315
7.5.3 锂离子嵌入正极的电压特性 317
7.5.4 嵌入正极材料的粉体特性 318
7.5.5 影响嵌入正极活性物质电化学性能的因素 318
7.6 重要正极材料 319
7.6.1 层状钴酸锂 319
7.6.2 层状LiNiO2 320
7.6.3 层状LiMnO2 320
7.6.4 衍生二元材料 320
7.6.5 衍生三元材料 321
7.6.6 尖晶石结构正极材料 321
7.6.7 橄榄石结构正极材料 322
7.6.8 导电高聚物正极材料 324
7.7 正极材料的合成 324
7.7.1 引言 324
7.7.2 磷酸铁锂材料的直接制备 325
7.7.3 钴酸锂和镍钴锰三元正极材料的制备 325
7.8 锂离子电池的电解质和其他材料 326
7.8.1 有机电解质 326
7.8.2 聚合物电解质 329
7.8.3 无机电解质 330
7.8.4 添加剂 330
7.8.5 隔膜 331
7.8.6 导电涂层 331
7.8.7 集流体 332
7.8.8 正温度系数端子 332
7.8.9 锂离子电池的组装 332
7.9 锂离子液流电池 333
7.10 钠离子电池和铝离子电池 334
7.10.1 钠离子电池 334
7.10.2 铝离子电池 335
第8章 化学能存储技术Ⅲ：燃料 336
8.1 概述 336
8.1.1 引言 336
8.1.2 燃料的含义 337
8.1.3 燃料存储的化学能 337
8.2 生物储能 338
8.2.1 植物储能 338
8.2.2 动物储能 340
8.3 有机含碳燃料 340
8.3.1 引言 340
8.3.2 生物质生产燃料化学品 342
8.3.3 储能燃料甲烷 344
8.3.4 合成天然气 344
8.3.5 液体燃料甲醇 345
8.3.6 液体烃类燃料 346
8.3.7 乙醇和高碳醇燃料 347
8.3.8 氨储能化合物 347
8.4 氢能 348
8.4.1 引言 348
8.4.2 氢能源满足可持续性标准 350
8.4.3 氢能支持可持续发展战略 351
8.4.4 氢燃料网络和储能作用 352
8.4.5 氢储能 352
8.4.6 与氢能竞争的技术 355
8.5 氢源 356
8.5.1 引言 356
8.5.2 工业副产氢气 357
8.5.3 生产氢 357
8.5.4 产氢技术经济性 362
8.5.5 可再生能源电力产氢示例 363
8.5.6 研发中的可再生能源产氢技术 364
8.5.7 生物质产氢 367
8.5.8 产氢技术小结和比较 368
8.6 氢存储技术 372
8.6.1 引言 372
8.6.2 固定应用氢存储 374
8.6.3 运输应用氢存储 374
8.6.4 压缩气态储氢 377
8.6.5 液态储氢 379
8.6.6 固态介质储氢 382
8.6.7 气体管网储氢（电力-氢气工厂） 384
8.6.8 储氢技术比较和小结 385
第9章 热能存储 387
9.1 前言 387
9.1.1 热能存储 387
9.1.2 热能存储需求 388
9.1.3 热能存储类型 389
9.1.4 热能存储技术比较 391
9.2 显热储热 392
9.2.1 引言 392
9.2.2 显热存储原理 392
9.2.3 固体储热材料 392
9.2.4 液体储热材料 393
9.2.5 短期和长期显热存储 393
9.2.6 显热存储材料和方法的选择 394
9.3 显热热能存储技术 394
9.3.1 水储热容器 394
9.3.2 存储热能的岩石床层 395
9.3.3 储热盐池或盐湖 396
9.3.4 建筑物结构储热 397
9.3.5 显热存储热源 399
9.3.6 小结 401
9.4 潜热储热材料 401
9.4.1 引言 401
9.4.2 潜热热能存储物理学 402
9.4.3 潜热热能存储技术分类 403
9.4.4 相变材料性质 404
9.4.5 潜热热能存储中相变材料的制作封装技术 404
9.4.6 潜热热能存储材料优缺点 407
9.4.7 潜热热能存储系统的优缺点 408
9.5 被动潜热热能存储系统 409
9.5.1 引言 409
9.5.2 浸渍有相变材料的建筑组件结构 410
9.5.3 浸渍有相变材料的建材 412
9.5.4 相变材料-建筑物釉面结构体（装饰玻璃） 413
9.5.5 相变材料彩色涂层 414
9.6 主动潜热热能存储系统 415
9.6.1 用相变材料-热能存储自然冷却 415
9.6.2 用相变材料-热能存储舒适制冷 418
9.6.3 冰冷储热 419
9.6.4 冷冻水-相变材料冷量存储 422
9.7 化学反应热能（热化学）储能 423
9.7.1 引言 423
9.7.2 热化学储能 424
9.7.3 热化学储能原理和材料 424
9.7.4 开放吸附储能系统 426
9.7.5 封闭吸附储能系统 427
9.7.6 封闭水吸收储能系统 428
9.7.7 固/气热化学储能系统 429
9.7.8 热化学蓄能器储能系统 429
9.7.9 建筑物热化学储能供热系统 430
9.7.10 小结 432
9.8 可持续热能存储 432
9.8.1 引言 432
9.8.2 能源和环境设计可持续性 432
9.8.3 可持续热能存储系统 435
9.8.4 太阳能风电能源热源存储系统 438
9.8.5 地热能存储 439
9.8.6 风能-热-冷能量存储 442
9.8.7 小结 442
9.9 季节性热能存储 443
9.9.1 蓄水储热 443
9.9.2 钻孔储热 444
9.9.3 洞穴热存储 445
9.9.4 地表到空气的储热 448
9.9.5 能量堆储热 448
9.9.6 海水储热 449
9.9.7 岩石热存储 449
9.9.8 屋顶储热 450
9.9.9 小结 451
第10章 混合能源（储能）系统 452
10.1 前言 452
10.1.1 多能源系统 453
10.1.2 混合电力储能系统的结构 454
10.1.3 可再生能源电力-储能组合 455
10.2 组合热电和组合冷热电 456
10.2.1 引言 456
10.2.2 组合热电系统的组件、分类和优势 458
10.2.3 组合热电和冷热电三联产系统中热能存储 461
10.2.4 组合热电（冷热电三联产）系统的应用 461
10.2.5 组合热电（冷热电三联产）的选用和设计考虑 464
10.3 混合电动车辆 465
10.3.1 运输部门的储能装置 466
10.3.2 电动车辆中的能量存储系统 467
10.3.3 混合电动车辆 467
10.3.4 插入式混合电动车辆 469
10.3.5 混合动力车中的混合因子 470
10.3.6 混合动力车辆优势 471
10.3.7 全电动车辆 471
10.3.8 燃料电池电动车辆 472
10.4 可再生能源电力和氢储能 473
10.4.1 引言 473
10.4.2 可再生能源电力和氢储能系统 475
10.4.3 可再生能源-氢能混合（电解水产绿氢与储氢组合）系统实例 477
10.4.4 水电解产氢 482
10.4.5 可再生能源电力和氢储能系统中的储能组件 485
10.5 可再生能源电力和氢储能系统组件模型简介 485
10.5.1 风电和光伏电 486
10.5.2 水电解器 486
10.5.3 燃料电池 487
10.5.4 氢储槽 487
10.5.5 电池储能系统模型 488
10.5.6 氢能系统 489
10.5.7 组件大小和集成 490
10.5.8 系统集成和控制 491
10.5.9 小结 493
10.6 可再生能源电力和氢储能系统可行性研究个例 493
10.6.1 高纬度孤立社区 493
10.6.2 机场远机位 496
参考文献 500