能量储存技术概论_第一章

能量储存技术概论周国兵能源动力与机械工程学院2010-05-10能源动力与机械工程学院2课程学习相关¾开课目的：认识储能技术，拓宽知识视野，丰富科学素养。¾学习原则：掌握基本概念，明晰技术内涵，触及领域前沿。¾平时上课非常重要；somesmallgifts。¾考核方式：结课考试2010-05-10能源动力与机械工程学院3课程学习相关¾参考书目：„《储能材料与技术》，樊栓狮、梁德青、杨向阳等编著，化学工业出版社，2004.10。„《热能存储技术与应用》，郭茶秀、魏新利编著，化学工业出版社，2005.5。„《蓄热技术及其应用》，崔海亭、杨锋编著，化学工业出版社，2004.8。¾联系方式：13717509738(M);[e-mail]。2010-05-10能源动力与机械工程学院4背景资料拉闸限电与分时电价：电力供应与需求之间的矛盾2010-05-10能源动力与机械工程学院5背景资料供热与空调：气候冷暖变化与舒适环境需求之间的矛盾2010-05-10能源动力与机械工程学院6背景资料人生的苦与乐：理想与现实之间的矛盾2010-05-10能源动力与机械工程学院7课程总目录第一章绪论第二章能量转换与储存基本原理第三章电能储存与电力调峰第四章热能储存技术及其应用第五章太阳能存储技术第六章燃料电池与氢能利用第七章储能新技术展望2010-05-10能源动力与机械工程学院8第一章绪论1.1基本概念1.2能量类型及其来源1.3能量供求矛盾与储能1.4储能技术历史与应用2010-05-10能源动力与机械工程学院91.1基本概念¾能量¾能量储存¾储能技术2010-05-10能源动力与机械工程学院101.1基本概念（1）能量(energy)：是度量物质运动的一种物理量（汉语词典），是物质作功的能力。„由于物质存在着各种不同的运动形态，能量也就具有不同的形式，如机械能，热能，电能，辐射能，化学能，核能等；„各种能量形式之间可以相互转化，在转换中能量总量恒定不变。2010-05-10能源动力与机械工程学院111.1基本概念（2）能量储存(energystorage)：即储能，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。„自然的储能：如植物,太阳能化学能;„人为的储能：如钟表,机械功势能；„按照储存状态下的能量形态，有机械储能、化学储能、电磁储能、热能储能等；„储能过程往往存在着能量的传递和形态转化。光合作用拧紧发条2010-05-10能源动力与机械工程学院121.1基本概念（3）储能技术(energystoragetechnique):在能量的供应和需求之间往往存在着差异，利用特殊装置和技术手段，在能量富余的时候把能量储存起来，在能量不足时释放出来，以调节能量供求在时间、强度和形态上的不匹配。„储能技术是合理、高效、清洁利用能源的重要手段。2010-05-10能源动力与机械工程学院131.2能量类型及其来源目前，人类所认识的能量形式有如下六种：„机械能„热能„电能„辐射能„化学能„核能2010-05-10能源动力与机械工程学院141.2能量类型及其来源¾机械能：与物体宏观机械运动或空间状态相关的能量，前者称之为动能，后者称之为势能。这是人类最早认识的能量形式。„动能：源自宏观机械运动；如飞弹、行驶的汽车2k21mvE=运动速度物体质量动能2010-05-10能源动力与机械工程学院15机械能„势能：重力势能，弹性势能，表面势能。‹重力势能：源自位置高度不同；如瀑布、自由落体‹弹性势能：源自弹性变形；如弹弓、陀螺、拧紧的钟表发条mgHE=p重力势能高度重力加速度2τ21kxE=弹性势能变形量弹性系数2010-05-10能源动力与机械工程学院16机械能SE‹表面能：源自不同物质或相界面上的表面张力；如细玻璃管中的液位上升及弯曲液面σ=s表面能相界面面积表面张力系数2010-05-10能源动力与机械工程学院17热能¾热能：构成物质的微观分子运动的动能和势能总和称为热能。这种能量的宏观表现是温度的高低，它反映了分子运动的激烈程度。„热能是能量的一种基本形式，所有其它形式的能量都可以完全转换为热能，而且大多数的一次能源都是首先经过热能形式而被利用的，故有重要意义。∫=STEdq热能熵变温度2010-05-10能源动力与机械工程学院18电能UIE¾电能：电能是和电子流动与积累有关的一种能量，通常由电池中的化学能转换而来，或是通过发电机由机械能转换得到。„电能也可以通过电动机转换为机械能，从而显示出电做功的本领。=e电能电流电动势2010-05-10能源动力与机械工程学院19辐射能¾辐射能：物体以电磁波形式发射的能量。物体会因各种原因发出辐射能，其中因热的原因而发出的辐射能称热辐射能。„地球表面所接受的太阳能是最重要的热辐射能。40r100⎟⎠⎞⎜⎝⎛=TcEε热辐射能热力学温度物体发射率黑体辐射系数2010-05-10能源动力与机械工程学院20化学能¾化学能：化学能是物质结构能的一种，即原子核外进行化学变化时放出的能量。¾按化学热力学定义，物质或物系在化学反应过程中以热能形式释放的内能称为化学能。¾人类利用最普遍的化学能是燃烧碳和氢，是煤、石油、天然气、薪柴等燃料中的主要可燃元素。¾燃料燃烧时的化学能通常用燃料的发热量表示。2010-05-10能源动力与机械工程学院21核能¾核能：是蕴藏在原子核内部的物质结构能。¾轻质量的原子核（氘、氚等）和重质量的原子核（铀等）核子之间的结合力比中等质量原子核的结合力小，这两类原子核在一定的条件下可以通过核聚变和核裂变转变为在自然界更稳定的中等质量原子核，同时释放出巨大的结合能。这种结合能就是核能。2010-05-10能源动力与机械工程学院22核聚变2010-05-10能源动力与机械工程学院23核裂变2010-05-10能源动力与机械工程学院24能量的传递和转换¾能量的传递：能量从一地（物）转移到另一地（物）；¾能量的转换：能量由一种形态变为另一形态；¾能量的传递和转换要遵循一定的规律，（下一章介绍）。2010-05-10能源动力与机械工程学院251.3能量供求矛盾与储能¾我国电力状况„装机容量世界第二位；人均用电量较少¾空调耗能情况„每年以15％速度增长,基本在用电高峰¾峰期电力紧张，谷期电力过剩，用电峰谷差大„目前我国东北电网的最大峰谷差已达最大负荷的37%；华北电网更大，约40%。2010-05-10能源动力与机械工程学院261.3能量供求矛盾与储能¾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。2010-05-10能源动力与机械工程学院271.3能量供求矛盾与储能¾应当指出，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。¾在实际应用中涉及到的储能问题主要是机械能、电能、热能的储存。2010-05-10能源动力与机械工程学院281.4储能技术历史及其应用¾最古老的储能形式：天然冰——冬存夏用（布达佩斯的匈牙利议会大厦）；¾19世纪，化学电池为电报、信号灯等提供电源；¾1896年美国托莱多市安装世界首台电热能储能系统；¾20世纪70-80年，单井承压含水层季节性储能实验；2010-05-10能源动力与机械工程学院29¾1909年世界最早的抽水蓄能电厂——瑞士Schaffhausen电站，但起初进展不快，20世纪60-70年代后才快速发展；¾我国20世纪60年代修建岗南和密云小型抽水蓄能电厂(11MW和22MW)；1974年潘家口水库抽水蓄能可逆机组，1993年建成，共420MW，其中蓄能机组270MW；2010-05-10能源动力与机械工程学院301.4储能技术历史及其应用¾1990年筹建十三陵蓄能电厂，1997年建成，800MW；2000年广州抽水蓄能电厂，2400MW，世界之最；2010年江西洪屏¾我国1995年后着手蓄冷空调项目，目前蓄冰空调技术已接近国际水平；¾我国1998年开始推广蓄热电锅炉，目前约占10%。2010-05-10能源动力与机械工程学院311.4储能技术历史及其应用¾储能技术的主要用途：„削峰填谷，负荷调节；„紧急事故备用，系统安全；„节约投资，提高设备利用率；„方便使用：汽车——蓄电池；„降低污染、环保：氢能；„克服新能源利用中先天不稳定的缺陷：太阳能、风能。2010-05-10能源动力与机械工程学院32ExcerptfromthelectureofMr.Jerry¾Whatistruth?¾WhatisEducation?¾Whatislife?¾Whatistimemanagement?¾Whatisyourpassion?2010-05-10能源动力与机械工程学院33ExcerptfromthelectureofMr.Jerry¾Truthisashatteredmirrorstrewninmyriadbit;eachbelieveshis/herbitthewholetoown.——Persianphilosopher,5000BC¾Educationistheabilitytoperceivethehiddenconnectionsbetweenphenomena.——VacalHavel2010-05-10能源动力与机械工程学院34ExcerptfromthelectureofMr.Jerry¾Lifeiswhathappenstoyouwhileyou'rebusymakingotherplans.——JohnLennon(1940-1980),BeautifulBoy¾Timemanagementistheproperdelegationofthetimewehaveinorderthatthemostimportanttasksareachievedbeforethemoremenialandless-importantones.——JoeDostal2010-05-10能源动力与机械工程学院35ExcerptfromthelectureofMr.Jerry¾Intheanimalkingdom,theruleis,toeatorbeeaten;inhumankingdom,defineorbedefined.*Mr.JerryisalawyerfromAmericawhomajorsinspeech.2010-05-10能源动力与机械工程学院36ThisistheendofthisChapter!