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概论 1

第1章 应用于电力系统的储能技术 11

1.1 简介 12

1.2 储能技术应用于发电环节 13

1.2.1 “大功率储能”可以使发电收益最大化 13

1.2.2 “大功率储能”可以减轻发电系统的运行和经营风险 14

1.2.3 储能的辅助服务 15

1.3 储能技术应用于间歇式电源 16

1.3.1 不含储能的调频 16

1.3.2 储能对功率／频率的调节作用 18

1.3.3 储能的其他辅助功能 20

1.4 储能技术应用于输电系统 21

1.4.1 投资控制与阻塞管理 21

1.4.2 调频与平衡机制 21

1.4.3 电压调节与电能质量 21

1.4.4 系统安全与故障恢复 22

1.4.5 其他可能的应用 22

1.5 储能技术应用于配电系统 23

1.5.1 储能对电网规划的作用 23

1.5.2 其他应用 26

1.6 储能技术应用于电力零售 27

1.6.1 利用储能降低采购成本 28

1.6.2 利用储能降低采购成本风险 28

1.7 储能应用于电力用户 28

1.7.1 储能的削峰作用 28

1.7.2 储能对移峰用电的作用 29

1.7.3 储能对供电质量和供电连续性的作用 30

1.7.4 无功补偿 32

1.8 储能技术应用于电力平衡机制 32

1.9 结论 34

1.10 参考文献 36

第2章 交通运输：铁路，公路，航空，海运 39

2.1 简介 40

2.2 电能是二次能源 40

2.2.1 陆地交通 40

2.2.2 航空运输 43

2.2.3 铁路运输 44

2.2.4 海上运输 44

2.3 电能：主要或唯一的能量来源 44

2.3.1 电动汽车 44

2.3.2 重型货车与客车 51

2.3.3 两轮机动车 51

2.3.4 导引型车辆（火车、地铁、有轨电车、无轨电车） 52

2.3.5 海上交通——游艇 53

2.4 电能与其他能源互为补充——混合动力 53

2.4.1 并联结构 54

2.4.2 串联结构 56

2.4.3 路耦合 57

2.4.4 混合动力的轨道机车 57

2.5 结论 58

2.6 参考文献 60

第3章 光伏发电系统中的储能技术 61

3.1 简介 62

3.2 独立光伏发电系统 62

3.2.1 基本原理 62

3.2.2 不可或缺的环节：储能 62

3.2.3 光伏发电系统的市场 63

3.2.4 独立光伏发电系统中储能的容量配置 64

3.2.5 选择适宜的储能技术 64

3.3 铅酸蓄电池寿命受限 66

3.3.1 蓄电池的能量管理 67

3.3.2 具有发展前景的锂离子电池技术 68

3.4 并网光伏发电系统 70

3.4.1 不断发展的电网 70

3.4.2 多样化的储能系统 71

3.4.3 储能接入并网：电力部门要解决的重要问题 72

3.5 参考文献 73

第4章 移动式应用与微能源 74

4.1 各种移动式应用场合的能源需求 75

4.1.1 “微”功率（su-Watt） 75

4.1.2 “大”功率（几瓦的功率） 76

4.1.3 能量需求 76

4.1.4 满足特定供电需求的持续时间 78

4.2 供能微型化所带来的新特点 79

4.3 电容储能 80

4.4 电化学储能 80

4.4.1 一次电池 81

4.4.2 蓄电池 81

4.4.3 燃料电池 83

4.5 碳氢化合物 83

4.5.1 功率MEMS 84

4.6 热电 89

4.7 摩擦发电 89

4.8 放射源 90

4.9 捕获环境能 90

4.9.1 太阳能 90

4.9.2 热能 90

4.9.3 化学能：生活能源 91

4.9.4 机械能 91

4.9.5 应答机 92

4.10 其他相关的电子设备：板载供电 93

4.11 参考文献 94

第5章 储氢 100

5.1 简介 101

5.2 储氢概述 101

5.2.1 相关能量参数 101

5.2.2 密度与比密度 102

5.3 压力储氢 104

5.3.1 储氢容器 104

5.3.2 网络配送 105

5.4 低温储氢 105

5.4.1 交通运输的液氢储存 105

5.4.2 固定式液氢储存 106

5.5 固态储氢 106

5.5.1 物理（化学）吸附方式的物理储氢 106

5.5.2 化学储氢 108

5.6 其他储氢模式 110

5.6.1 硼酸盐 111

5.6.2 硼酸盐和氢化物的混合物 111

5.6.3 混合储氢 111

5.7 讨论：技术、能量、经济层面 112

5.8 参考文献 113

第6章 燃料电池：原理和功能 115

6.1 什么是单体或电池？ 116

6.2 化学能 117

6.3 化学反应详解 119

6.4 质子交换膜燃料电池 123

6.5 固体氧化物燃料电池 123

6.6 碱性燃料电池 124

6.7 不同类型燃料电池对比 125

6.8 催化剂 127

6.9 关键因素 128

6.10 结论：储能的应用 129

第7章 燃料电池：运行系统 131

7.1 简介：什么是燃料电池系统？ 132

7.2 空气供给系统 134

7.2.1 总体需求 134

7.2.2 选择适合燃料电池系统的压缩机 135

7.3 气体加湿系统 137

7.3.1 总体需求 137

7.3.2 合适的加湿方式 138

7.3.3 膜交换器和焓轮 138

7.3.4 带有蓄水容器的系统 139

7.4 电堆终端的固态变换器 140

7.5 寿命、可靠性和诊断 141

7.5.1 故障及其原因 141

7.5.2 燃料电池性能的实验方法 142

7.5.3 诊断方法和策略 143

7.6 参考文献 144

第8章 电化学储能：一次电池与蓄电池 147

8.1 蓄电池概述：工作原理 148

8.2 应用 150

8.2.1 运用储能管理电力系统和交通系统的整体构架 150

8.2.2 储能技术发展历程 151

8.2.3 锂离子电池是混合动力汽车的核心 151

8.2.4 锂离子电池技术是光伏发电应用的核心 152

8.2.5 法国在储能市场中的地位 153

8.3 电池技术发展历史 157

8.3.1 铅酸电池 157

8.3.2 Ni-Cd（镍镉电池） 159

8.3.3 Ni-MH（镍氢电池） 159

8.3.4 Nickel-Zinc（镍锌电池） 160

8.3.5 Na-S（钠硫电池） 161

8.3.6 氧化还原（液流）电池 161

8.3.7 Zebra电池 161

8.3.8 锌-空电池（Zinc-air） 162

8.3.9 锂电池 162

8.4 应用需求 165

8.4.1 混合动力汽车和电动汽车 165

8.4.2 光伏发电应用 166

8.4.3 移动式电子设备 166

8.5 聚焦锂离子电池技术 167

8.5.1 基本原理 167

8.5.2 正极材料的发展 167

8.5.3 负极材料的发展 169

8.5.4 该领域的主要参与者 171

8.5.5 电解质的研发 171

8.6 锂离子电池的处理和再循环利用 173

8.7 其他电池 174

8.7.1 微型电池，印刷电池等 174

8.7.2 电解质 176

8.7.3 摇椅微型电源 176

8.7.4 制造技术 176

8.7.5 印制电池 177

8.8 参考文献 178

第9章 超级电容器：原理、容量配置、功率接口及应用 181

9.1 简介 182

9.2 超级电容器：双电层电容器 183

9.2.1 基本原理 183

9.2.2 电气模型——主要参数 185

9.2.3 热模型 188

9.3 超级电容器组的容量配置 189

9.3.1 以能量作为选择依据 189

9.3.2 以功率作为选择依据——兼顾效率 190

9.4 功率接口 191

9.4.1 电压均衡 191

9.4.2 固态变换器 193

9.5 应用 195

9.5.1 概述 195

9.5.2 超级电容器作为主电源 195

9.5.3 混合电源系统 196

9.6 参考文献 199

作者名单 201