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概论 1

第1章 应用于电力系统的储能技术 10

1.1简介 10

1.2储能技术应用于电力生产 11

1.2.1“大功率储能”可以使发电收益最大化 11

1.2.2“大功率储能”可以减轻发电系统的运行和经营风险 12

1.2.3储能的辅助服务 13

1.3储能技术应用于间歇式电源 14

1.3.1不含储能的调频 14

1.3.2储能对功率／频率的调节作用 16

1.3.3储能的其他辅助功能 18

1.4储能技术应用于输电系统 19

1.4.1投资控制与阻塞管理 19

1.4.2调频与平衡机制 19

1.4.3电压调节与电能质量 20

1.4.4系统安全与故障恢复 20

1.4.5其他可能的应用 20

1.5储能技术应用于配电系统 21

1.5.1储能对电网规划的作用 21

1.5.2其他应用 24

1.6储能技术应用于电力零售 25

1.6.1利用储能降低采购成本 26

1.6.2利用储能降低采购成本风险 26

1.7储能应用于电力用户 26

1.7.1储能的削峰作用 26

1.7.2储能对移峰用电的作用 27

1.7.3储能对供电质量和供电连续性的作用 28

1.7.4无功补偿 29

1.8储能技术应用于平衡责任方 30

1.9结论 32

1.10参考文献 34

第2章 交通运输：铁路，公路，航空，海运 36

2.1简介 36

2.2电能是二次能源 36

2.2.1陆地交通 36

2.2.2航空运输 39

2.2.3铁路运输 40

2.2.4海上运输 40

2.3电能：主要或唯一的能量来源 40

2.3.1电动汽车 41

2.3.2重型货车与客车 47

2.3.3两轮机动车 47

2.3.4导引型车辆（火车、地铁、有轨电车、无轨电车） 48

2.3.5海上交通——游艇 49

2.4电能与其他能源互为补充——混合动力 49

2.4.1并联结构 49

2.4.2串联结构 51

2.4.3路耦合 52

2.4.4混合动力的轨道机车 53

2.5结论 54

2.6参考文献 55

第3章 光伏发电系统中的储能技术 57

3.1简介 57

3.2独立光伏发电系统 57

3.2.1基本原理 57

3.2.2不可或缺的环节：储能 58

3.2.3光伏发电系统的市场 58

3.2.4独立光伏发电系统中储能的容量配置 59

3.2.5选择适宜的储能技术 60

3.3铅酸蓄电池寿命受限 61

3.3.1蓄电池的能量管理 62

3.3.2具有发展前景的锂离子电池技术 64

3.4并网光伏发电系统 65

3.4.1不断发展的电网 65

3.4.2多样化的储能系统 66

3.4.3储能接入并网：电力部门要解决的重要问题 68

3.5参考文献 68

第4章 移动式应用与微能源 70

4.1各种移动式应用场合的能源需求 70

4.1.1“微”功率（su-Watt） 70

4.1.2“大”功率（几瓦的功率） 71

4.1.3能量需求 72

4.1.4满足特定供电需求的持续时间 73

4.2供能微型化所带来的新特点 75

4.3电容储能 75

4.4电化学储能 76

4.4.1一次电池 76

4.4.2蓄电池 76

4.4.3燃料电池 78

4.5碳氢化合物 79

4.5.1功率MEMS 79

4.6热电 85

4.7摩擦发电 85

4.8放射源 85

4.9捕获环境能 86

4.9.1太阳能 86

4.9.2热能 86

4.9.3化学能：生活能源 86

4.9.4机械能 86

4.9.5应答机 88

4.10其他相关的电子设备：板载供电 88

4.11参考文献 89

第5章 储氢 96

5.1简介 96

5.2储氢概述 97

5.2.1相关能量参数 97

5.2.2密度与比密度 97

5.3压力储氢 99

5.3.1储氢容器 99

5.3.2网络配送 100

5.4低温储氢 100

5.4.1交通运输的液氢储存 101

5.4.2固定式液氢储存 101

5.5固态储氢 101

5.5.1物理（化学）吸附方式的物理储氢 101

5.5.2化学储氢 103

5.6其他储氢模式 106

5.6.1硼酸盐 106

5.6.2硼酸盐和氢化物的混合物 106

5.6.3混合储氢 106

5.7讨论：技术、能量、经济层面 107

5.8参考文献 108

第6章 燃料电池：原理和功能 109

6.1什么是单体或电池？ 109

6.2化学能 110

6.3化学反应详解 111

6.4质子交换膜燃料电池 115

6.5固体氧化物燃料电池 116

6.6碱性燃料电池 117

6.7不同类型燃料电池对比 118

6.8催化剂 119

6.9关键因素 120

6.10结论：储能的应用 121

第7章 燃料电池：运行系统 123

7.1简介：什么是燃料电池系统？ 123

7.2空气供给系统 125

7.2.1总体需求 125

7.2.2选择适合燃料电池系统的压缩机 126

7.3气体加湿系统 128

7.3.1总体需求 128

7.3.2合适的加湿方式 129

7.3.3膜交换器和焓轮 129

7.3.4带有蓄水容器的系统 130

7.4电堆终端的固态变换器 131

7.5寿命、可靠性和诊断 131

7.5.1故障及其原因 132

7.5.2燃料电池性能的实验方法 133

7.5.3诊断方法和策略 134

7.6参考文献 135

第8章 电化学储能：一次电池与蓄电池 137

8.1蓄电池概述：工作原理 137

8.2应用 139

8.2.1运用储能系统管理电力系统和交通系统的整体构架 139

8.2.2储能技术发展历程 140

8.2.3锂离子电池是混合动力汽车的核心 140

8.2.4锂离子电池技术是光伏发电应用的核心 141

8.2.5法国在储能市场中的地位 142

8.3电池技术发展历史 146

8.3.1铅酸电池 146

8.3.2 Ni-Cd（镍镉电池） 148

8.3.3 Ni-MH（镍氢电池） 149

8.3.4 Nickel-Zinc（镍锌电池） 149

8.3.5 Na-S（钠硫电池） 150

8.3.6氧化还原（液流）电池 150

8.3.7 Zebra电池 151

8.3.8锌-空电池（Zinc-air） 151

8.3.9锂电池 152

8.4应用需求 155

8.4.1混合动力汽车和电动汽车 155

8.4.2光伏发电应用 156

8.4.3移动式电子设备 156

8.5聚焦锂离子电池技术 156

8.5.1基本原理 156

8.5.2正极材料的发展 157

8.5.3阳极材料的发展 158

8.5.4该领域的主要参与者 160

8.5.5电解质的研发 160

8.6锂离子电池的处理和再循环利用 162

8.7其他电池 163

8.7.1微型电池，印刷电池等 163

8.7.2电解质 165

8.7.3摇椅微型电源 166

8.7.4制造技术 166

8.7.5印制电池 167

8.8参考文献 168

第9章 超级电容器：原理、容量配置、功率接口及应用 170

9.1简介 170

9.2超级电容器：双电层电容器 171

9.2.1基本原理 171

9.2.2电气模型——主要参数 173

9.2.3热模型 175

9.3超级电容器组的容量配置 177

9.3.1以能量作为选择依据 177

9.3.2以功率作为选择依据——兼顾效率 177

9.4功率接口 179

9.4.1电压均衡 179

9.4.2固态变换器 181

9.5应用 183

9.5.1概述 183

9.5.2超级电容器作为主电源 183

9.5.3混合电源系统 184

9.6参考文献 187

作者名单 189