2017版储能原理与技术作业及标准答案

《储能原理与技术》参考答案第一章储能的基本概念和意义一.名词解释：一次能源，二次能源，储能答：一次能源：指早就“自然”存在着的化石能源，只需要支付采掘费用；二次能源：指人造的能源，不但需要支付采掘费用，还需支付存储费用；储能:又称蓄能，是指使能量转化为在自然条件下比较稳定的存在形态的过程。

二.简答题1、储能技术的应用场合？答：（1）削峰填谷，负荷调节；（2）紧急事故备用，系统安全；（3）节约投资，提高设备利用率；（4）方便使用：汽车——蓄电池；（5）降低污染、环保：氢能；（6）克服新能源利用中先天不稳定的缺陷：太阳能、风能2、储能在电力系统中的作用？答：（1）电力调峰（2）计划内的暂时电能支撑；（3）改善电能质量，包括电流、电压和频率；（4）在电网运行状态恶化时支持电网运行；（5）可再生能源发电高渗透率接入下的电网平衡调节；（6）提高电力资产利用率。

3、请列出影响储能技术选择的几个关键技术性能和经济性指标。

答：（1）投资费用（2）能量和功率密度（3）循环寿命（4）对环境的影响第二章抽水蓄能电站简答题①请配图说明抽水蓄能电站的工作原理？答工作原理：利用可以兼具水泵和水轮机两种工作方式的蓄能机组，在电力负荷出现低谷时（夜间）做水泵运行，用基荷火电机组发出的多余电能将上水库的水抽到上水库存储起来，在电力负荷出现高峰（下午及晚间）做水轮机运行，将水放下来发电。

2、抽水蓄能电站的类型？答：按与常规电站的结合情况分：纯抽水蓄能、混合式抽水蓄能按调节性能分：日调节、周调节、季调节按水头分：<600m单级可逆式；>600m多级或三机式按布置特点分：地面式、地下式按机组类型分：四机式、三机式、两机式3、抽水蓄能电站的功能？答：（1）调峰填谷（2）调频调相（3）事故备用（4）提高水（火、核）电站的综合利用率（5）降低系统的能耗（6）提高电力系统的灵活性和可靠性4、影响抽水蓄能电站综合效率的因素有哪些？答：发电工况下蓄能电站输水系统、水轮机、发电机和主变压器的工作效率；抽水工况下蓄能电站主变压器、电动机、水泵和输水系统的工作效率。

第三章压缩空气蓄能1、压缩空气储能的原理？答：利用电力系统低容负荷时的多余电能将空气压缩储存在地下洞穴中，需要时再放出，经加热后通过燃气轮机发电机组发电，以供尖峰负荷的需要。

2、压缩空气蓄能电站优点？答：（1）改进电网负荷率，提高了经济性，使系统中大型发电机组的负荷波动减小，提高了它们的可靠性。

（2）和抽水蓄能电站相比，站址选择灵活。

它不需建造地面水库，地形条件容易满足；（3）压缩机由电网供电的电动机驱动，因此汽轮机的输出功率全部用于发电,其发电功率是常规燃汽轮机电站的3倍。

同时由于大量能量储存在空气和燃料中，与抽水蓄能电站相比，有很高的能量密度；（4）提高了系统的灵活性。

压缩空气蓄能电站在压缩空气瞬间即可使用，在无照明的条件下也可以启动而且启动快,3分钟即可从空载达到额定出力，适于作旋转备用；（5）可以实现模块化。

压缩空气蓄能电站可以积木式地组装。

一座 220MW 的电站可用25～50MW的小型压缩空气蓄能电站积木式地逐年扩建发展。

3、压缩空气储能的分类？答：（1）工作介质为空气，储存介质为空气绝热时可分为先进绝热压缩空气储能和非冷却压缩空气储能；非绝热时为传统压缩空气储能。

（2）工作介质为空气、液体，储存介质为空气等温情况下可分为封闭式液气压缩空气储能和开放式液气压缩空气储能。

4、CAES的核心内容及关键技术是什么？答：CACES的核心内容是提高能量效率，减少能量损失，关键是热力过程的能量损失。

关键技术可分为：（1）高温蓄热技术及高效换热技术（2）高温、高压压缩机、膨胀机技术（3）系统优化和综合管理技术论述题配图说明冷热电联产PCAES的工作过程?答：简单PCAES工作过程会产生大量的热能和冷能，采用换热器收集压缩过程中产生的热能和膨胀过程产生的冷能，供给冷能用户和热能用户，这就是冷热电联产PCAES的工作原理。

第四章飞轮储能简化版本简答题1、飞轮储能的工作原理？答：工作原理:电力电子变换装置从外部输入电能驱动电动机旋转，电动机带动飞轮旋转，飞轮储存动能（机械能），当外部负载需要能量时，用飞轮带动发电机旋转，将动能转化为电能，再通过电力电子变换装置变成负载所需要的各种频率、电压等级的电能，以满足不同的需求。

2、飞轮储能的系统结构组成？由飞轮、轴承、电机、变频\逆变控制器、辅助系统等部分组成。

3、飞轮储能的优点？答：(1)能量密度高：储能密度可达100～200 w.h/kg，功率密度可达5 000～10 000 w/kg，比镍氢电池大2－3倍。

(2)能量转换效率高：工作效率高达百分之90。

(3)体积小、重量轻：飞轮直径约二十多厘米，总重在十几千克左右。

(4)工作温度范围宽：对环境温度没有严格要求。

(5)低损耗、低维护、使用寿命长：磁悬浮轴承和真空环境使机械损耗可以被忽略，系统维护周期长；不受重复深度放电影响，能够循环几百万次运行，预期寿命20年以上。

(6) 环保：飞轮为纯机械结构，不会像内燃机产生排气污染4、飞轮储能系统的关键技术是什么？答：(1)飞轮转子的设计：转子动力学，转子材料强度与密度的优化；(2)磁轴承和真空设计：低功耗，动力设计，高转速，长寿命；(3)机械备份轴承：磁悬浮轴承失效时，支撑转子。

(4)功率电子电路：高效率，高可靠性，低功耗的电动机/发电机系统；(5)安全及保护特性：不可预期的动量传递，防止转子爆炸可能性，安全轻型保护壳设计；5、飞轮转子的设计的关键，需要考虑的因素及评价指标分别是什么？需要考虑的因素:答：(1)飞轮本身的强度问题：它限定了飞轮的最大储能量；(2)飞轮材料的选择：要求材料具有较高的比强度；(3)飞轮的结构形式：好的结构形式能形成更大的储能电池。

评价指标:质量能量密度,体积能量密度,价格能量密度论述题：1、多层异构式飞轮转子的结构优点及设计时的注意事项？答：(1)每个单独飞轮环比较容易用连续纤维缠绕工艺理想制造；(2)由于各飞轮环使用不同的材料,可以降低复合材料飞轮储能系统的整体造价,节约制造成本,同时充分发挥复合材料特有的可设计性。

(3)内层环强度低的材料比外层环强度高的材料沿径向膨胀要快，产生径向压应力，调节装配过盈量，从而可有效地改善各层圆环径向应力与环向应力的分布。

设计时的注意事项(1).选择最佳的分层径向厚度与半径比；(2).选择合适的材料，从内层到外层材料的模质比满足：E1ρ1<E2ρ2<E3ρ3<···(3).不同圆环间用一层柔软树脂分割开来, 以阻止拉伸应力的传递（有待研究）；第五章电化学储能一、名词解释：一次电池：只能将存储的化学能转化为电能，不具备重复放电的能力。

二次电池：电能和化学能的相互转换，称为储能电池。

比容量：是指单位质量或者体积的电池的放电容量，单位为mA ·h/g或者mA ·h/L。

比能量：指单位体积或者质量的电池所输出的能量，称为质量比能量或者体积比能量，一般用W ·h/kg或者W ·h/L表示。

分为理论值W0’和实际值W’ 。

循环寿命：是衡量二次电池的重要参数。

对蓄电池来讲，通常用循环寿命表示，指在一定的放电制度下，二次电池的容量降至某一规定值之前，电池所能耐受的循环次数。

电池自放电率：通常用自放电速率来衡量，表示电池容量下降的快慢。

自放电率=C a-C b/C a T*100%C a，C b，存储前后电池的容量；T存储时间，常用天、月、年计算。

二、简答题：1、电化学电池的共同特点？涉及化学反应和电，且能够存储能量；通常指各类二次电池。

通常涉及四种化学物质之间的两两相互转化。

2、蓄电池的选择的准则？安全可靠、容量大、性质相同3、车用动力蓄电池的性能要求？安全可靠、容量大、瞬间放电电流密度大4、铅酸蓄电池的原理及优缺点？铅酸蓄电池是由正极板(PbO2)及负极板(海绵状Pb)浸到电解液(稀硫酸)中组成的。

(正极) (电解液) (负极) 放电PbO2 + 2H2SO4 + Pb --------> PbSO4 + 2H2O + PbSO4(正极) (电解液) (负极) 充电PbSO4+ 2H2O + PbSO4 ------->PbO2 + 2H2SO4 + Pb优点：成本低缺点：环境污染5、镍镉电池的原理及优缺点？1、负极反应：负极的镉(Cd)失去电子和氢氧化钠(KOH)中的氢氧根离子(OH-)化合成氢氧化镉，并附著在阳极上，同时也放出电子。

Cd+2OH-→Cd(OH)2 +2e-2、正极反应：电子沿著电线至阴极，和阴极的NiO(OH)和氢氧化钠溶液中的水反应形成氢氧化镍和氢氧根离子，氢氧化镍会附著在正极上，氢氧根离子则又回到氢氧化钠溶液中，故氢氧化钠溶液浓度不会随著时间而下降。

NiO(OH)+e-+H2O→Ni(OH)2+OH-优点：1. 镍镉电池的比能量高为55 W ·h/kg，而比功率可达100~135 W/kg。

2. 镍镉电池可进行多次全放电而不会损坏，具有良好的环境温度适应性，能够工作在寒冷的环境中。

3. 与铅酸蓄电池相比，镍镉电池在构造上更加牢固，质量更轻，耐过充或过放的能力更强，因此，镍镉电池的寿命更长，而且维护量少。

缺点：1. 成本大约是铅酸蓄电池的5 倍!!!2. 循环充放电的效率较低（法拉第效率为70 % ) ，自放电率也比铅酸蓄电池高（＞15％）。

3. 镍镉电池具有记忆效应，这与镉负极有关（因此在镍镉电池重新充电之前，最好是先进行全放电）。

4. 镉会造成环境污染。

6、镍氢电池的原理及优缺点？原理：镍氢电池采用与镍镉电池相同的Ni氧化物作为正极，储氢金属作为负极，碱液（主要为KOH）作为电解液。

优点：在室温环境下的性能良好（单体镍氢电池的额定电压为1.2V ，其比能量比镍镉电池大40%，具备较高的容量,可大电流放电,允许再充电次数高达500～1000次）。

与铅酸蓄电池、镍镉电池相比没有污染。

其工作方式与镍镉电池类似。

记忆效应很小，可认为无记忆效应。

镍氢电池充电结束的特征是充电电压会发生一个非常小的降低，高性能的自动充电器可以将这个特点作为停止充电的依据。

缺点：成本高、自放电率高7、液流电池的原理及优缺点？液流电池通过两种活性材料之间的氧化还原反应来储存化学能和发电。

而在液流电池中，活性材料不像传统的电池那样永久密封在电池主体区域内，而是单独储存并由泵控制其在电池中的流动。

典型的液流电池包括存储在两个分离罐中的两种液体电解质，他们泵入电池中，发生氧化还原反应并在外电路产生电子，同时离子交换膜发生离子交换以保持两侧液体的电中性。