目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 概述 1
1.1.1 引言 1
1.1.2 能量資源 2
1.2 全球能源需求和消費 3
1.2.1 《世界能源統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù)分析 3
1.2.2 基于人口的預測 7
1.2.3 化石后時代能源預測 9
1.3 能源消耗與環(huán)境問題 9
1.4 能量效率、能源節(jié)約和能源管理 12
1.4.1 引言 12
1.4.2 提高能量效率和節(jié)約能源的措施 12
1.4.3 提升能源效率 15
1.4.4 能源體系轉(zhuǎn)型 15
1.5 電力生產(chǎn)的低碳或無碳化 16
1.5.1 可再生能源電力 17
1.5.2 電網(wǎng)儲能時間線 19
1.5.3 可再生能源電力的持續(xù)發(fā)展 20
1.5.4 連接不同能源部門的儲能 21
1.5.5 智能電網(wǎng)建設 21
1.6 儲能技術簡介 22
1.6.1 引言 22
1.6.2 支撐大規(guī)模新能源發(fā)展的關鍵技術 22
1.6.3 儲能技術的作用和意義 23
1.6.4 能量存儲（儲能）技術類型 25
1.6.5 智能電網(wǎng)應用儲能技術分類 27
1.6.6 儲能技術的評估和比較 28
1.7 非電力部門對儲能的需求 34
1.7.1 引言 34
1.7.2 便攜式設備裝置對儲能的需求 34
1.7.3 車輛對儲能的需求 35
1.7.4 氫推進動力車輛對儲能的需求 37
1.8 儲能優(yōu)化管理建筑物中能量 37
1.8.1 改進照明技術 38
1.8.2 發(fā)展儲能技術的建議 38
1.9 儲能技術發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 39
1.9.1 世界主要國家儲能產(chǎn)業(yè)政策與發(fā)展情況 39
1.9.2 美歐儲能市場發(fā)展 42
1.9.3 儲能技術發(fā)展前景 43
1.9.4 儲能主動性和策略—未來可持續(xù)能源系統(tǒng)的儲能策略計劃 45
1.10 中國儲能技術和市場的發(fā)展 46
1.10.1 中國儲能市場的發(fā)展特點 46
1.10.2 中國儲能產(chǎn)業(yè)規(guī)模 47
1.10.3 當前需要解決的幾個重要問題 48
1.10.4 中國儲能市場發(fā)展趨勢 49
第2章 能源利用的演化和儲能 52
2.1 前言 52
2.2 能源資源利用歷史及其發(fā)展趨勢 53
2.2.1 能源資源的利用歷史 53
2.2.2 零碳能源 55
2.2.3 氫燃料（能源） 56
2.2.4 氫經(jīng)濟 57
2.3 全球能源革命 58
2.4 可持續(xù)能源技術 60
2.5 傳統(tǒng)能源網(wǎng)絡向未來能源網(wǎng)絡的過渡 65
2.5.1 現(xiàn)時傳統(tǒng)的能源網(wǎng)絡系統(tǒng) 65
2.5.2 設想的未來能源網(wǎng)絡系統(tǒng) 67
2.5.3 能源網(wǎng)絡系統(tǒng)的過渡 71
2.5.4 小結 75
2.6 可持續(xù)能源網(wǎng)絡（未來能源網(wǎng)絡）的特征 75
2.6.1 智能電網(wǎng) 75
2.6.2 智能電網(wǎng)和未來能源網(wǎng)絡系統(tǒng)的基本特征 78
2.6.3 未來能源網(wǎng)絡系統(tǒng)中的運輸部門 80
2.7 能源網(wǎng)絡中的儲能單元 85
2.7.1 可再生能源電力存儲 85
2.7.2 未來能源系統(tǒng)中的儲能技術 87
2.7.3 現(xiàn)在和未來能源系統(tǒng)中的儲能 87
2.7.4 系統(tǒng)集成、強筋電網(wǎng)和氣體存儲 88
2.7.5 分布式發(fā)電、存儲和靈活消費的新興選項 89
2.7.6 儲能用于提高能源安全性 89
2.7.7 多個選項和結果 90
2.7.8 市場發(fā)展 91
2.8 儲能在未來可持續(xù)能源系統(tǒng)中的作用 92
2.8.1 能源發(fā)展趨勢預測場景 92
2.8.2 擴展可再生能源電力的供應和創(chuàng)生新工作崗位 94
2.8.3 儲能解決間斷性、可變性和分布式電力生產(chǎn) 98
2.8.4 支持自主獨立電網(wǎng) 99
第3章 電力部門儲能需求 101
3.1 前言 101
3.2 全球可再生能源電力快速增長和能源效率的提升 104
3.2.1 可再生能源電力快速增加 104
3.2.2 發(fā)展可再生能源的關鍵要素 105
3.2.3 “多能源和低排放”雙重挑戰(zhàn) 106
3.3 可再生能源電力在中國的發(fā)展 106
3.3.1 中國的可再生能源發(fā)展 106
3.3.2 中國可再生能源電力發(fā)展特點 109
3.3.3 中國可再生能源發(fā)展規(guī)劃要點 109
3.4 可再生能源電力與儲能單元的集成 111
3.4.1 引言 111
3.4.2 可再生能源電力配置電能存儲的必要性 112
3.4.3 集成可再生能源選擇電能存儲時需要考慮的因素 116
3.5 分布式發(fā)電系統(tǒng)的儲能需求 119
3.5.1 引言 119
3.5.2 電力電網(wǎng)規(guī)則 120
3.5.3 電池與分布式發(fā)電的集成 122
3.5.4 使用其他能源資源的分布式發(fā)電 124
3.5.5 混合儲能系統(tǒng) 125
3.5.6 小結 126
3.6 德國的電力市場和電網(wǎng)管理經(jīng)驗 128
3.6.1 電力市場體系設計 128
3.6.2 平衡結算單元設計 129
3.6.3 活躍的跨境交易 130
3.6.4 靈活性資源開發(fā)—火電靈活性改造 130
3.6.5 儲能 131
3.6.6 虛擬電廠 131
3.7 我國可再生能源電力消納與儲能 131
3.7.1 引言 131
3.7.2 消納難主要原因 132
3.7.3 解決消納的可能辦法 134
3.8 有關消納的一些問題 136
第4章 機械能存儲技術 138
4.1 前言 138
4.2 機械能存儲基本原理 139
4.2.1 引言 139
4.2.2 位能存儲原理 140
4.2.3 氣體存儲能量原理 141
4.2.4 重力存儲位能原理 142
4.2.5 水位能儲能 142
4.2.6 流動水動能的利用 144
4.2.7 線性運動儲能原理 144
4.2.8 轉(zhuǎn)動動能存儲能量原理 145
4.2.9 結構內(nèi)能形式的存儲能量 148
4.2.10 小結 148
4.3 泵抽水電存儲技術 149
4.3.1 引言 149
4.3.2 常規(guī)泵抽水電存儲 151
4.3.3 地下泵抽水電存儲 152
4.3.4 離岸泵抽水電存儲 152
4.3.5 重力發(fā)電模式泵抽水電存儲 153
4.4 泵抽水電存儲經(jīng)濟性及其與可再生能源電力組合 154
4.4.1 泵抽水電存儲系統(tǒng)經(jīng)濟分析 154
4.4.2 泵抽水電存儲與太陽能電力組合 156
4.4.3 泵抽水電存儲與風能電力組合 156
4.5 壓縮空氣儲能 158
4.5.1 引言 158
4.5.2 常規(guī)壓縮空氣儲能系統(tǒng) 161
4.5.3 絕熱壓縮空氣儲能 161
4.5.4 等溫壓縮空氣儲能 163
4.5.5 液體活塞壓縮空氣儲能 164
4.5.6 超臨界CO2熱-機械存儲 165
4.6 壓縮空氣儲能技術的應用 165
4.6.1 引言 165
4.6.2 壓縮空氣儲能與太陽能電力的組合 167
4.6.3 壓縮空氣儲能與風電的組合 168
4.7 飛輪儲能（動能儲能）技術 169
4.7.1 引言 169
4.7.2 飛輪儲能原理 172
4.7.3 飛輪的典型結構 173
4.7.4 儲能系統(tǒng)的飛輪轉(zhuǎn)子 174
4.7.5 飛輪儲能技術的創(chuàng)新 177
4.8 飛輪儲能技術的應用 178
4.8.1 緩解風電和太陽能電力隨機波動性 179
4.8.2 風能耦合飛輪存儲 180
4.8.3 飛輪儲能與風力-柴油發(fā)電機的組合 181
4.8.4 電池和高功率不間斷電源的飛輪儲能系統(tǒng) 181
4.9 機械儲能系統(tǒng)的比較 182
4.9.1 不同機械能儲能技術的比較 182
4.9.2 推薦建議 184
4.9.3 小結 185
第5章 電磁能存儲技術 186
5.1 前言 186
5.2 平行板電容器 187
5.3 電化學電容器 188
5.3.1 基本原理 188
5.3.2 （靜）電雙層電容器 190
5.3.3 電化學準電容器 190
5.4 電化學電容器中電荷存儲機制 191
5.4.1 引言 191
5.4.2 雙層電荷機制-電介質(zhì)/電極電雙層界面區(qū)域的靜電儲能 191
5.4.3 在材料電極界面和本體上的法拉第二維和三維吸附電容 192
5.4.4 不同存儲電荷機制電容器的電容容量大小比較 195
5.4.5 （靜）電雙層電容器的特征 196
5.4.6 存儲能量質(zhì)量的重要性 196
5.5 優(yōu)質(zhì)電容器 197
5.6 電容器的應用 200
5.6.1 電化學電容器的應用 200
5.6.2 未來展望 201
5.7 電容器的瞬態(tài)行為 204
5.7.1 電容器的充放電 204
5.7.2 瞬態(tài)行為的Laplace變換 205
5.8 磁能存儲 208
5.9 超導儲能 212
5.9.1 引言 212
5.9.2 超導材料 212
5.9.3 超導磁能儲能（電力）技術 214
5.10 超導磁能儲能系統(tǒng) 214
5.10.1 引言 214
5.10.2 理論背景 216
5.10.3 超導磁能儲能的特征 217
5.10.4 應用領域 217
5.10.5 展望 218
5.11 本章小結 219
第6章 化學能存儲技術Ⅰ：電池Ⅰ 220
6.1 概述 220
6.1.1 引言 220
6.1.2 化學能存儲 223
6.1.3 電池儲能導引 224
6.1.4 電池種類 226
6.1.5 電池儲能系統(tǒng) 228
6.2 電池重要的實際參數(shù)和特性 230
6.2.1 電池的能量參數(shù) 230
6.2.2 電池電壓和能量質(zhì)量 231
6.2.3 充電容量 232
6.2.4 最大理論比能量 232
6.2.5 電壓隨電池充放電程度而變 232
6.2.6 循環(huán)行為 233
6.2.7 自放電 234
6.3 鉛酸電池 234
6.3.1 引言 234
6.3.2 鉛酸電池電極反應 235
6.3.3 理想電池電壓計算 236
6.3.4 鉛酸電池的特點 237
6.3.5 鉛碳電池 238
6.4 鈉硫電池 239
6.4.1 引言 239
6.4.2 鈉硫電池簡介 240
6.4.3 鈉硫電池的結構特征 241
6.4.4 鈉硫電池的特點 242
6.4.5 鈉硫電池的設計 243
6.5 鈉-金屬鹵化物電池 245
6.5.1 引言 245
6.5.2 電化學反應和性質(zhì) 246
6.5.3 鈉-金屬鹵化物電池優(yōu)缺點和應用 246
6.6 鎳基電池 247
6.6.1 引言 247
6.6.2 鎳鎘電池 248
6.6.3 鎳-金屬氫化物電池 250
6.7 液流或流動電池 251
6.7.1 引言 251
6.7.2 液流電池操作原理 252
6.7.3 氧化還原型液流電池（RFB） 253
6.7.4 RFB的挑戰(zhàn)和未來研發(fā)重點 256
6.8 全釩氧化還原液流電池 256
6.8.1 全釩氧化還原液流電池的工作原理 257
6.8.2 全釩氧化還原液流電池的特點 258
6.8.3 全釩氧化還原液流電池的應用領域 259
6.9 其他液流電池 260
6.9.1 鐵鉻液流電池 260
6.9.2 多硫化物-溴液流電池 260
6.9.3 鋅溴液流電池 261
6.9.4 鋅鈰液流電池 263
6.9.5 鋅鎳液流電池 263
6.9.6 鉛液流電池 263
6.9.7 混合液流電池 264
6.9.8 無膜液流電池 265
6.9.9 其他類型液流電池 265
6.9.10 液流電池與常規(guī)電池技術的比較 266
6.10 燃料電池 267
6.10.1 引言 267
6.10.2 氫燃料電池 269
6.10.3 質(zhì)子交換膜燃料電池 269
6.10.4 熔融碳酸鹽燃料電池 270
6.10.5 固體氧化物燃料電池 271
6.10.6 直接甲醇燃料電池 271
6.10.7 堿燃料電池 272
6.10.8 磷酸燃料電池 273
6.11 金屬空氣電池 274
6.12 鋅-二氧化錳原電池 277
第7章 化學能存儲技術Ⅱ：電池Ⅱ 278
7.1 鋰金屬電池 278
7.1.1 引言 278
7.1.2 鋰電池優(yōu)缺點 279
7.1.3 鋰金屬電池的電極反應和組成 280
7.2 若干重要鋰金屬電池 282
7.2.1 鋰-二氧化錳電池 282
7.2.2 鋰-二氧化硫電池 283
7.2.3 鋰-聚氟化碳電池 285
7.2.4 鋰-亞硫酰氯電池 286
7.2.5 熔鹽電解質(zhì)Li-FeS2電池 287
7.2.6 熱電池 292
7.2.7 心臟起搏器的Li/I2電池和鋰-銀釩氧化物電池 293
7.3 鋰離子電池概述 294
7.3.1 引言 294
7.3.2 鋰離子電池的特點 295
7.3.3 鋰離子電池的工作原理 296
7.3.4 鋰離子電池發(fā)展簡史 297
7.3.5 鋰離子電池的制作 299
7.3.6 鋰離子電池的應用 301
7.3.7 鋰離子電池的挑戰(zhàn) 303
7.3.8 鋰離子電池使用注意事項 304
7.4 鋰離子電池的負極材料 307
7.4.1 引言 307
7.4.2 嵌入型負極材料 308
7.4.3 合金化型負極材料 312
7.4.4 轉(zhuǎn)化型負極材料 312
7.5 鋰離子嵌入正極材料性質(zhì) 314
7.5.1 引言 314
7.5.2 鋰離子嵌入化合物的一般性質(zhì) 315
7.5.3 鋰離子嵌入正極的電壓特性 317
7.5.4 嵌入正極材料的粉體特性 318
7.5.5 影響嵌入正極活性物質(zhì)電化學性能的因素 318
7.6 重要正極材料 319
7.6.1 層狀鈷酸鋰 319
7.6.2 層狀LiNiO2 320
7.6.3 層狀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 尖晶石結構正極材料 321
7.6.7 橄欖石結構正極材料 322
7.6.8 導電高聚物正極材料 324
7.7 正極材料的合成 324
7.7.1 引言 324
7.7.2 磷酸鐵鋰材料的直接制備 325
7.7.3 鈷酸鋰和鎳鈷錳三元正極材料的制備 325
7.8 鋰離子電池的電解質(zhì)和其他材料 326
7.8.1 有機電解質(zhì) 326
7.8.2 聚合物電解質(zhì) 329
7.8.3 無機電解質(zhì) 330
7.8.4 添加劑 330
7.8.5 隔膜 331
7.8.6 導電涂層 331
7.8.7 集流體 332
7.8.8 正溫度系數(shù)端子 332
7.8.9 鋰離子電池的組裝 332
7.9 鋰離子液流電池 333
7.10 鈉離子電池和鋁離子電池 334
7.10.1 鈉離子電池 334
7.10.2 鋁離子電池 335
第8章 化學能存儲技術Ⅲ：燃料 336
8.1 概述 336
8.1.1 引言 336
8.1.2 燃料的含義 337
8.1.3 燃料存儲的化學能 337
8.2 生物儲能 338
8.2.1 植物儲能 338
8.2.2 動物儲能 340
8.3 有機含碳燃料 340
8.3.1 引言 340
8.3.2 生物質(zhì)生產(chǎn)燃料化學品 342
8.3.3 儲能燃料甲烷 344
8.3.4 合成天然氣 344
8.3.5 液體燃料甲醇 345
8.3.6 液體烴類燃料 346
8.3.7 乙醇和高碳醇燃料 347
8.3.8 氨儲能化合物 347
8.4 氫能 348
8.4.1 引言 348
8.4.2 氫能源滿足可持續(xù)性標準 350
8.4.3 氫能支持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略 351
8.4.4 氫燃料網(wǎng)絡和儲能作用 352
8.4.5 氫儲能 352
8.4.6 與氫能競爭的技術 355
8.5 氫源 356
8.5.1 引言 356
8.5.2 工業(yè)副產(chǎn)氫氣 357
8.5.3 生產(chǎn)氫 357
8.5.4 產(chǎn)氫技術經(jīng)濟性 362
8.5.5 可再生能源電力產(chǎn)氫示例 363
8.5.6 研發(fā)中的可再生能源產(chǎn)氫技術 364
8.5.7 生物質(zhì)產(chǎn)氫 367
8.5.8 產(chǎn)氫技術小結和比較 368
8.6 氫存儲技術 372
8.6.1 引言 372
8.6.2 固定應用氫存儲 374
8.6.3 運輸應用氫存儲 374
8.6.4 壓縮氣態(tài)儲氫 377
8.6.5 液態(tài)儲氫 379
8.6.6 固態(tài)介質(zhì)儲氫 382
8.6.7 氣體管網(wǎng)儲氫（電力-氫氣工廠） 384
8.6.8 儲氫技術比較和小結 385
第9章 熱能存儲 387
9.1 前言 387
9.1.1 熱能存儲 387
9.1.2 熱能存儲需求 388
9.1.3 熱能存儲類型 389
9.1.4 熱能存儲技術比較 391
9.2 顯熱儲熱 392
9.2.1 引言 392
9.2.2 顯熱存儲原理 392
9.2.3 固體儲熱材料 392
9.2.4 液體儲熱材料 393
9.2.5 短期和長期顯熱存儲 393
9.2.6 顯熱存儲材料和方法的選擇 394
9.3 顯熱熱能存儲技術 394
9.3.1 水儲熱容器 394
9.3.2 存儲熱能的巖石床層 395
9.3.3 儲熱鹽池或鹽湖 396
9.3.4 建筑物結構儲熱 397
9.3.5 顯熱存儲熱源 399
9.3.6 小結 401
9.4 潛熱儲熱材料 401
9.4.1 引言 401
9.4.2 潛熱熱能存儲物理學 402
9.4.3 潛熱熱能存儲技術分類 403
9.4.4 相變材料性質(zhì) 404
9.4.5 潛熱熱能存儲中相變材料的制作封裝技術 404
9.4.6 潛熱熱能存儲材料優(yōu)缺點 407
9.4.7 潛熱熱能存儲系統(tǒng)的優(yōu)缺點 408
9.5 被動潛熱熱能存儲系統(tǒng) 409
9.5.1 引言 409
9.5.2 浸漬有相變材料的建筑組件結構 410
9.5.3 浸漬有相變材料的建材 412
9.5.4 相變材料-建筑物釉面結構體（裝飾玻璃） 413
9.5.5 相變材料彩色涂層 414
9.6 主動潛熱熱能存儲系統(tǒng) 415
9.6.1 用相變材料-熱能存儲自然冷卻 415
9.6.2 用相變材料-熱能存儲舒適制冷 418
9.6.3 冰冷儲熱 419
9.6.4 冷凍水-相變材料冷量存儲 422
9.7 化學反應熱能（熱化學）儲能 423
9.7.1 引言 423
9.7.2 熱化學儲能 424
9.7.3 熱化學儲能原理和材料 424
9.7.4 開放吸附儲能系統(tǒng) 426
9.7.5 封閉吸附儲能系統(tǒng) 427
9.7.6 封閉水吸收儲能系統(tǒng) 428
9.7.7 固/氣熱化學儲能系統(tǒng) 429
9.7.8 熱化學蓄能器儲能系統(tǒng) 429
9.7.9 建筑物熱化學儲能供熱系統(tǒng) 430
9.7.10 小結 432
9.8 可持續(xù)熱能存儲 432
9.8.1 引言 432
9.8.2 能源和環(huán)境設計可持續(xù)性 432
9.8.3 可持續(xù)熱能存儲系統(tǒng) 435
9.8.4 太陽能風電能源熱源存儲系統(tǒng) 438
9.8.5 地熱能存儲 439
9.8.6 風能-熱-冷能量存儲 442
9.8.7 小結 442
9.9 季節(jié)性熱能存儲 443
9.9.1 蓄水儲熱 443
9.9.2 鉆孔儲熱 444
9.9.3 洞穴熱存儲 445
9.9.4 地表到空氣的儲熱 448
9.9.5 能量堆儲熱 448
9.9.6 海水儲熱 449
9.9.7 巖石熱存儲 449
9.9.8 屋頂儲熱 450
9.9.9 小結 451
第10章 混合能源（儲能）系統(tǒng) 452
10.1 前言 452
10.1.1 多能源系統(tǒng) 453
10.1.2 混合電力儲能系統(tǒng)的結構 454
10.1.3 可再生能源電力-儲能組合 455
10.2 組合熱電和組合冷熱電 456
10.2.1 引言 456
10.2.2 組合熱電系統(tǒng)的組件、分類和優(yōu)勢 458
10.2.3 組合熱電和冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中熱能存儲 461
10.2.4 組合熱電（冷熱電三聯(lián)產(chǎn)）系統(tǒng)的應用 461
10.2.5 組合熱電（冷熱電三聯(lián)產(chǎn)）的選用和設計考慮 464
10.3 混合電動車輛 465
10.3.1 運輸部門的儲能裝置 466
10.3.2 電動車輛中的能量存儲系統(tǒng) 467
10.3.3 混合電動車輛 467
10.3.4 插入式混合電動車輛 469
10.3.5 混合動力車中的混合因子 470
10.3.6 混合動力車輛優(yōu)勢 471
10.3.7 全電動車輛 471
10.3.8 燃料電池電動車輛 472
10.4 可再生能源電力和氫儲能 473
10.4.1 引言 473
10.4.2 可再生能源電力和氫儲能系統(tǒng) 475
10.4.3 可再生能源-氫能混合（電解水產(chǎn)綠氫與儲氫組合）系統(tǒng)實例 477
10.4.4 水電解產(chǎn)氫 482
10.4.5 可再生能源電力和氫儲能系統(tǒng)中的儲能組件 485
10.5 可再生能源電力和氫儲能系統(tǒng)組件模型簡介 485
10.5.1 風電和光伏電 486
10.5.2 水電解器 486
10.5.3 燃料電池 487
10.5.4 氫儲槽 487
10.5.5 電池儲能系統(tǒng)模型 488
10.5.6 氫能系統(tǒng) 489
10.5.7 組件大小和集成 490
10.5.8 系統(tǒng)集成和控制 491
10.5.9 小結 493
10.6 可再生能源電力和氫儲能系統(tǒng)可行性研究個例 493
10.6.1 高緯度孤立社區(qū) 493
10.6.2 機場遠機位 496
參考文獻 500