《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、人均用电量的意义及我国目前人均用电量在全世界所处的位置？答：人均用电量这个指标可以在一定程度上反映一个国家或地区经济发展水平和人民生活水平。
从全球看，人均用电量可以分为这样四个档次：第一个档次是年人均用电量在1万千瓦时以上的，主要是北美、北欧及澳大利亚等少数发达国家;第二个档次是5000-10000千瓦时，大部分发达国家都在此列;第三个档次是2000-5000千瓦时，主要包括金砖国家等新兴市场;第四个档次是不足2000千瓦时，主要是一些发展中国家和欠发达地区。
我国人均年用电量不足4000千瓦时，约是日本的1/2、美国的1/3，中国人均生活用电量仍处于发展中阶段，处于第三档次。
2、发展电力储能技术的根本动力是什么？答：将谷期（深夜和周末）的电能储存起来供峰期使用，可大大改善电力供需矛盾，提高发电设备利用率。
这是发展储能技术的根本动力。
3、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4、如何正确看待引入储能系统的作用？答：储能系统本身并不能节约能源，其引入主要是可以提高能源利用体系的效率，促进新能源如太阳能、风能的发展以及废热的利用。
结合自然能源，节约常规能源。
5、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。
6、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）对环境的影响三．论述题：请描述有哪些典型的储能技术，及其这些储能技术对应的性能指标？答：根据以下两个表进行描述。
第二章抽水蓄能电站一．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。
5、抽水蓄能的价格机制（发改委2014版）？答：抽水蓄能电站的价格机制：电力市场形成前，抽水蓄能电站实行两部制电价。
电价按照合理成本加准许收益的原则核定。
其中，成本包括建设成本和运行成本；准许收益按无风险收益率（长期国债利率）加1%-3%的风险收益率核定。
（一）两部制电价中，容量电价主要体现抽水蓄能电站提供备用、调频、调相和黑启动等辅助服务价值，按照弥补抽水蓄能电站固定成本及准许收益的原则核定。
逐步对新投产抽水蓄能电站实行标杆容量电价。
（二）电量电价主要体现抽水蓄能电站通过抽发电量实现的调峰填谷效益。
主要弥补抽水蓄能电站抽发电损耗等变动成本。
电价水平按当地燃煤机组标杆上网电价（含脱硫、脱硝、除尘等环保电价，下同）执行。
（三）电网企业向抽水蓄能电站提供的抽水电量，电价按燃煤机组标杆上网电价的75%执行。
6、抽水蓄能的综合评价？答：规模：可达数百兆瓦效率：大于70%（按照新的价格机制，低于75%会出现电价倒挂）建设成本：3500-4000元/KW优点：技术最成熟，应用最广泛，规模大，寿命长，运行费用低缺点：需要地理资源条件配合（在站址选择上要水平距离小，上下水库高度差大，岩石强度高，防渗漏性能好，有充足的水源），上下水库的库区淹没问题，水质变化，库区土壤盐碱化，以及区部气候生态的改变等。
二．论述题：请描述不同负荷要求下抽水蓄能电站的可能的运行方式？答：典型运行方式：一般：“两发一抽”电力供需矛盾突出：“三发一抽”供电特别紧张（包括夏季用电高峰期）：“三发两抽”、“两发两抽”、“两抽一发”•早峰时段：8:00-12:00•晚峰时段：17:00-22:00•低谷时段：23:00-次日6:00•腰荷时段：12:00-17:00•两发一抽：早晚高峰期发电，低谷抽水•三发一抽：早晚高峰期大负荷发电，腰荷小负荷发电、低谷抽水•三发两抽：低谷抽水，早晚峰发电，腰荷发电，但在腰荷如中午或晚峰之前负荷较低时增加抽水。
•两发两抽：低谷抽水，中午或晚峰之前负荷较低时抽水，早晚峰时发电•两抽一发：低谷抽水，上午高峰不发电，在腰荷时段增加一段抽水，确保晚峰发电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：CAES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二．论述题1.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一．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,价格能量密度二．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）；2、配图说明混合轴承系统的工作原理。
答：如上图所示，混合轴承系统由上下两组永磁轴承、一组电磁轴承和上下两组辅助轴承组成，其中永磁轴承对转轴的径向起到约束作用，此时在上下两对永磁轴承的作用下，转轴在径向方向是稳定的，而在轴向方向上是不稳定的，故在转轴中部采用轴向电磁轴承来主动控制飞轮转子的轴向位置。
这里的电磁轴承主要是承受部分转子重量，属于静态载荷，动态载荷相对较小；由于永磁轴承的卸载作用，电磁轴承的轴向承载力较小，其功耗很低。
上下的辅助轴承，是向心推力轴承，系统工作时，辅助轴承不与飞轮转轴接触。