梅生偉

推薦序一
推薦序二
前言

第1章儲能概述
1.1儲能的概念
1.2儲能的作用
1.3儲能的分類
1.3.1機械類儲能
1.3.2電氣類儲能
1.3.3電化學儲能
1.3.4熱儲能
1.3.5氫儲能
1.4儲能發展簡史
1.5未來儲能發展動向
1.6儲能現狀及挑戰
1.7本書主要內容
1.8總結與展望
習題
參考文獻

第2章抽水蓄能
2.1抽水蓄能電站概述
2.1.1抽水蓄能電站的基本概念
2.1.2抽水蓄能電站的構成
2.1.3抽水蓄能電站的作用
2.1.4抽水蓄能電站的類別及特點
2.2抽水蓄能電站原理
2.2.1抽水蓄能電站的能量轉換過程
2.2.2抽水蓄能電站的水頭特性
2.2.3蓄能水庫的能量特性
2.2.4抽水蓄能電站的綜合效率
2.3抽水蓄能機組運行模式
2.3.1抽水蓄能機組的基本工況
2.3.2抽水蓄能機組的工況切換
2.3.3抽水蓄能機組的安全運行指標
2.4抽水蓄能電站應用案例
2.4.1潘家口混合式抽水蓄能電站
2.4.2日本葛野川抽水蓄能電站
2.5總結與展望
習題
參考文獻
主要符號表

第3章壓縮空氣儲能
3.1壓縮空氣儲能概述
3.1.1壓縮空氣儲能的基本概念
3.1.2壓縮空氣儲能的作用
3.1.3壓縮空氣儲能的分類及技術路線
3.1.4壓縮空氣儲能系統的技術特性
3.2壓縮空氣儲能熱力學基礎
3.2.1熱力學第一定律
3.2.2理想氣體及其熱力過程
3.2.3熱力學第二定律
3.3先進絕熱壓縮空氣儲能
3.3.1系統基本原理
3.3.2系統關鍵設備
3.4壓縮空氣儲能熱力學分析
3.4.1能量分析法
3.4.2平衡分析法
3.5壓縮空氣儲能應用案例
3.5.1補燃式壓縮空氣儲能電站
3.5.2先進絕熱壓縮空氣儲能電站
3.5.3光熱複合壓縮空氣儲能電站
3.5.4液態空氣儲能電站
3.6總結與展望
習題
參考文獻
主要符號表

第4章電化學儲能
4.1電化學儲能概述
4.1.1電化學儲能的基本概念
4.1.2電化學儲能的作用
4.1.3電化學儲能技術
4.2鉛酸電池
4.2.1鉛酸電池的原理
4.2.2鉛酸電池的工作方式及充放電特性
4.2.3鉛炭電池
4.2.4鉛酸電池的應用場景
4.3鋰離子電池
4.3.1鋰離子電池的原理
4.3.2鋰離子電池的特點
4.3.3鋰離子電池的充放電特性
4.3.4鋰離子電池的應用場景
4.4液流電池
4.4.1液流電池的原理
4.4.2液流電池的特點
4.4.3液流電池的分類
4.4.4液流電池的應用場景
4.5鈉硫電池
4.5.1鈉硫電池的原理
4.5.2鈉硫電池的特點
4.5.3鈉硫電池的應用場景
4.6常用電化學儲能的對比
4.7總結與展望
習題
參考文獻
主要符號表

第5章氫儲能
5.1氫儲能概述
5.1.1氫儲能的概念
5.1.2氫儲能的作用
5.1.3氫儲能的主要環節
5.2氫氣製備與純化
5.2.1氫氣製備原理
5.2.2氫氣純化原理
5.3氫氣存儲
5.3.1高壓氣態儲氫原理
5.3.2低溫液態儲氫原理
5.3.3固態儲氫原理
5.4氫儲能應用
5.4.1燃料電池
5.4.2典型應用案例
5.5總結與展望
習題
參考文獻
主要符號表

第6章儲熱技術
6.1儲熱技術概述
6.1.1基本概念
6.1.2儲熱技術的分類
6.2儲熱技術理論基礎
6.2.1熱力學基礎
6.2.2傳熱學基礎
6.3顯熱儲熱
6.3.1顯熱儲熱材料及選擇
6.3.2典型顯熱儲熱技術的工作特性
6.3.3顯熱儲熱工程應用實例
6.4潛熱儲熱技術
6.4.1相變材料儲熱原理
6.4.2相變材料
6.4.3相變材料的封裝與強化換熱
6.4.4潛熱儲熱技術的應用
6.5熱化學儲熱技術
6.5.1熱化學吸附儲熱
6.5.2熱化學反應儲熱
6.5.3熱化學儲熱的應用
6.6儲熱系統的熱力學評價方法
6.7總結與展望
習題
參考文獻
主要符號表

第7章飛輪、超導與超級電容器
7.1飛輪儲能
7.1.1飛輪儲能概述
7.1.2飛輪儲能工作原理及其構成
7.1.3飛輪儲能應用
7.1.4飛輪儲能發展前景
7.2超導儲能
7.2.1超導儲能概述
7.2.2超導儲能工作原理及其構成
7.2.3超導儲能應用
7.2.4超導儲能發展前景
7.3超級電容器
7.3.1超級電容器概述
7.3.2超級電容器工作原理
7.3.3超級電容器應用
7.3.4超級電容器發展前景
7.4總結與展望
習題
參考文獻
主要符號表

第8章儲能電站運行控制
8.1儲能電站運行概述
8.1.1電池儲能集成技術
8.1.2大規模儲能系統運行的影響因素
8.2儲能電站運行控制方式
8.2.1典型應用場景下儲能電站的運行控制方式
8.2.2多儲能單元的功率分配策略
8.3儲能電站運行示範工程
8.3.1張北風光儲輸示範工程
8.3.2遼寧臥牛石全釩液流電池儲能示範工程
8.3.3江蘇鎮江東部儲能示範工程
8.4總結與展望
習題
參考文獻
主要符號表

第9章儲能經濟性分析
9.1儲能經濟性分析概述
9.1.1儲能經濟性分析的概念
9.1.2儲能經濟性分析的意義
9.1.3儲能經濟性分析的要素
9.2儲能經濟性分析原理
9.2.1投資回收期法
9.2.2淨現值法
9.2.3內部收益率法
9.3儲能在電力系統的經濟性分析
9.3.1儲能在發電側的經濟性分析
9.3.2儲能在電網側的經濟性分析
9.3.3儲能在用戶側的經濟性分析
9.4儲能的梯次利用
9.4.1儲能梯次利用概述
9.4.2動力電池梯次利用的基本原理
9.4.3動力電池梯次利用的經濟性分析
9.4.4動力電池梯次利用的典型應用
9.5總結與展望
習題
參考文獻
主要符號表

21世紀以來，受到能源枯竭和環境惡化的雙重壓力，全球能源發展格局正在發生重大而深刻的變化，新能源逐漸取代傳統化石能源成為主力能源的趨勢已不可逆轉。在，黨的十八大報告首次提出“推動能源生產和消費革命”。建設清潔低碳、安全高效的現代能源體系，力爭2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和，成為能源革命的主要目標。

儲能可彌補風、光等新能源發電隨機性強與可調度性低的先天缺陷，促進新能源汽車與能源互聯網的發展，在生產側與消費側實現主體能源由化石能源向新能源的更替，被認為是支撐能源革命、實現“碳達峰”與“碳中和”最核心的物理手段。儲能的種類較多，常見的包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、電化學儲能、熱儲能、氫儲能等。然而，由於受技術、成本、政策、商業模式等因素的影響，儲能的規模化發展與商業化應用之路依然任重道遠。

儲能的發展與應用需要大量的專業人才作為支撐。為加強儲能人才的培養，教育部、國家發展改革委、國家能源局聯合制定了《儲能技術專業學科發展行動計畫（2020—2024年）》，擬經過5年的努力，增設若干儲能相關本科專業、二級學科和交叉學科，建設若干儲能技術學院（研究院），建設一批儲能技術產教融合創新平臺。在教育部發佈的《關於公佈2019年度普通高等學校本科專業備案和審批結果的通知》中，“儲能科學與工程”被列為新增專業。目前，西安交通大學、華北電力大學、青海大學、中國石油大學、天津大學、中國礦業大學、廈門大學、山東大學、華中科技大學、武漢理工大學、重慶大學、哈爾濱工業大學等一大批高校已先後創建了儲能學科，並有多所高校向教育部申報開設儲能專業。

儲能學科的發展與完善，有賴於其課程體系及教材體系的建設。特別是儲能涉及物理、化學、材料、機械、電氣、經濟等多個專業，屬於一個典型的交叉學科，現有的本科教材支撐不足，更是需要打破傳統專業壁壘，編制出更多有代表性的教材。在這種背景下，作者編寫了這本教材，對各種儲能的基本概念、原理、集成方法、應用模式以及經濟性分析方法進行介紹。第1章由青海大學/清華大學梅生偉教授執筆，第2章由華南理工大學朱建全博士執筆，第3章由梅生偉教授和清華大學薛小代及張學林博士執筆，第4章和第8章由北方工業大學李建林教授執筆，第5章由青海大學高夢宇博士執筆，第6章由青海大學麻林瑞和張通博士執筆，第7章由青海大學/清華大學陳來軍教授執筆，第9章由梅生偉教授和朱建全博士執筆，全書由梅生偉教授和朱建全博士統稿。

值本書殺青之際，我首先要感謝大連理工大學袁鐵江教授，本書最早是在袁教授的動議策劃下啟動的。袁教授做事熱情奔放，為學嚴謹踏實，老實說我也是在他的鼓勵下最終下定了領銜團隊編寫本書的決心，令人遺憾的是袁教授因故沒能全程參與本書的編寫，儘管如此，他還是一如既往地關注本書的進展並提出寶貴意見。

我還要感謝青海大學對本書不可或缺的支持。應該講，編寫一本儲能本科專業的通識教材是一項難度很大並充滿挑戰性的系統工程，既需要一支高水準的多學科交叉團隊完成儲能基礎理論和關鍵技術的高度凝練，更需要各類儲能平臺的物理支撐。如果說前者是無形的儲能之道，後者則是有形的儲能之器。欲成就此書，只有道器合一，方能面向本科生授儲能之業，解儲能之惑。話說到這裡，不能不感歎我到青海大學工作的高原雙幸：2020年，青海省批准成立了“昆侖英才·教學名師”工作室——青海大學儲能科學與工程教學名師工作室,15位骨幹成員具有博士學位，來自電氣、機械、工程熱物理、資訊、材料、化工以及土木等7個一級學科，高度交叉，大道自然，此一幸也。又自2014年起，青海大學歷時8年，建成了國內高校院所中面積最大、設備最齊整、技術最先進、功能最完善的太陽能綜合利用基地以及國內首個清潔能源示範校園。構成這兩個系統的中堅，便是形色各異的各類儲能之器（平臺），從電化學、氫、壓縮空氣儲能，到導熱油儲熱、水儲冷，琳琅滿目，應有盡有。有器方能論道，也可傳道，此二幸也。

我還要特別感謝機械工業出版社的付承桂老師，她不僅嚴謹認真、腳踏實地，更重要的是目光高遠，一直從未來本書施教效果考慮問題，她的這種工作作風一直感染著我們，直至我們完成書稿。

本書涉及內容較廣，主要取材於國內外的文獻、報告以及作者的研究成果。要將多個專業中的知識有條理且深入淺出地融合到一本書中較為困難，再加上編寫時間倉促，疏漏和錯誤之處在所難免，敬請讀者批評指正！

梅生偉謹識
2022年1月於青海大學