2017年储能试卷（by rr）
一、名词解释
1.能量：度量物质运动的一种物理量，是物质作功的能力。
2.二次能源：指人造的能源，不但需要支付采掘费用，还需支付存储费用。
3.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。
4.相变储热：就是利用相变材料（PCM）相变时单位质量（体积）的潜热蓄热量
非常大的特点，把热量贮存起来加以利用。
5.放电深度：在电池使用过程中，电池放出的容量占其额定容量的百分比称为
放电深度。
6.额定容量：是指设计和制造电池时，按照国家或者相关部门颁布的标准，保
证电池在一定的放电条件下应该放出的最低限度的电量，又称保证容量，用C额表示。因此，实际容量通常会高于电池的额定容量。
7.比能量：指单位体积或者质量的电池所输出的能量，称为质量比能量或者体
积比能量，一般用W·h/kg或者W·h/L表示。分为理论值W0’和实际值W’。
8.自放电率：通常用自放电速率来衡量，表示电池容量下降的快慢。
自放电率=Ca-Cb/CaT*100%。Ca，Cb，存储前后电池的容量；T存储时间，常用天、月、年计算。
9.PCAES：抛开燃气，单纯用压缩空气做功发电的压缩空气储能发电技术。
10.智能电网：智能电网则是电网的智能化（智电电力），也被称为“电网2.0”。
国家电网中国电力科学研究院：以物理电网为基础(中国的智能电网是以特高压电网为骨干网架、各电压等级电网协调发展的坚强电网为基础)，将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。
二、简答题
1. 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。
2.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。
3.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。
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.请给出储氢的几种方式？
答：(1)压力储氢，(2)低温储氢，(3)固态储氢（包括物理储氢和化学储氢），(3)其他储氢模式（包括硼酸盐，硼酸盐和氢化物的混合物，混合储氢）。
6.燃料电池原理及最大特点？
答：燃料电池是一种把储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的能量转换装置。最大的特点是：能量转化效率高。
7.锂空电池的工作原理及优缺点？
答：以锂为负极活性物质，空气为正极活性物质的电池。
优点：能量密度最高，被称之为“终极电池”。
缺点：锂的利用率差；安全性差。
8.锂离子电池有哪些安全问题？
答：来源于两方面：（1）热量的产生：电解质与负极的反应、电解质的热分解、电解质与正极的反应、负极的热分解、正极的热分解、内阻产生热；（2）循环过程：负极或征集在两端发生脱落、负极片发生脱落、内部短路。
9.超级电容器的工作原理？
答：超级电容器是利用双电层原理的电容器。当外加电压加到超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上电荷不会脱离电解液，超级电容器为正常工作状态（通常3V 以下），如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，为非正常状态。由于随着超级电容器放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液的界面上的电荷相应减少。
10.请从智能电网的配电系统角度简要说明储能系统带来的好处？ 答：（1）电网中的某些重要设施提供应急供电。（2）储能用于负荷平滑,发挥储能的削峰和电压调节作用。（3）在阻塞网络的下级电网使用储能系统推迟扩容；（4）储能在电压控制中的作用，避免用电高峰时出现低电压。（5）储能在电网运行状态下降时的支撑作用：削减性能发生恶化的变电站的负荷峰值，并提供本地电压支持。
三、计算题
1.计算25℃时铜锌原电池的电动势。
Zn|ZnSO 4(b=0.001mol/kg)CuSO 4(b=1mol/kg)|Cu
(25℃0.001mol/kgZnSO 4水溶液的活度为0.734，1mol/kgCuSO 4水溶液的活度为
0.047，Ф0(Zn 2+/Zn)=-0.763V,Ф0(Cu 2+/Cu)=0.34V)
解：阳极：Zn →Zn 2++2e - 阴极：Cu 2++2e - →Cu
纯液体、固体的活度为1，反应离子活度可查，25℃0.001mol/kgZnSO 4水溶液的活度为0.734，1mol/kgCuSO 4水溶液的活度为0.047。
根据公式Ф=Ф0+21ln ααnF RT =Ф0+2
1g 3.2ααl nF RT （此处F 取96485，R 取8.314） （下面的具体计算可详见PPT 电化学储能部分！！！）
2.已知一海上孤岛，且前有居民居住，春秋季白天用电量约10度电/天，晚上用电量约8度电/天，夏冬季白天用电量约20度电/天，晚上用电量约18度电/天，白天平均日照时间为10小时，平均太阳能辐照强度为5000W/m2，目前打算采用独立光伏发电系统解决岛上用电问题，己知能供选用的单块太阳能电池板的太阳能光伏发电效率为9%，平均发电功幸为100W，可供选用的单块蓄电池的充放电效率为75%，单次充电最大允许能量为0.8度电（暂不考虑放电功率的限制），请给出需要的太阳能电池板的数量及配备蓄电池数量？
解：（1）白天最大用电量为20度电/天，晚上最大用电量为18度电/每天。（2）晚上用电量由蓄电池供给，考虑到蓄电池的充放电效率为75%，因此需要的充电量为：18/0.75=24度电，故需要的蓄电池的数量为：24/0.8=30块。（3）晚上需要的充电量为24度电/天，连同白天最大用电量为20度电/天，实际需要的最大发电量为：20+24=44度电/天。
3.已知一超级电容器的参数为2600F/2.5V/0.7mΩ，其在放电深度为50%时的充放电曲线加下图所示，现有一100KJ/20KW的储能需求，请按照放电深度为50%，充放电综合效率为90%时所需该超级电容器的数量？
解：综合充放电效率为90%，即要求充电效率和放电效率之乘积为90%，根据均等分配的原则，充电和放电效率为（90%）^0.5=94.9%。
在放电深度为50%时，单块超级电容器的储能量为：0.5*（0.5*2600*2.5^2）=4062.5J。
94.9%放电效率对应的放电功率约为：685-1.5*（685-62）/9-581.2W（此数据为估读）。
从能量的角度：100*1000/（4062.5*94.9%）=26个
从功率的角度：20*1000/581.2=35个。
四、论述题
1.设计一款适合偏远农村的燃料电池热电联产系统，以供家庭所有对热和电的需求。
关键点：（1）农村的燃料电池系统的独特性描述；（2）典型农村家庭用热和用电的四季模型或估算；（3）针对“太阳能热-沼气-燃料电池/电解池联合系统”描述系统的组成、关键参数、以及四季运行过程描述。
2.请给出混合动力汽车动力系统的原理图和工作流程？
（1）并联结构
工作流程：
在并联结构下，箭头表示能量流动的方向。蓄电池放电可驱动电机，内燃机只能向车轮或者发电机提供机械能，发电机用于向电池充电或者为辅助功能设备供电，或者通过机械耦合向作为发电机的电动引擎供能，而最后这一条能量流动路线使制动能量回收得以实现。
（2）串联结构
工作流程：
在串联结构下，由内燃机拖动发电机（通常是交流发电机）发电。交流电压经过整流调节为电池的电压等级，直流母线电压由电池来支撑。图中的箭头表示了能量的流动方向。内燃机只能提供机械能，与发电机连接的电力变换器只允许能量单向流动，制动能量的回收是由负责推进的电机及其变换器实现的，制动能量储存在电池中，因此，电池组的荷电状态必须受到实时监控，以有效地储存这部分能量。