内容简介
《压缩空气储能理论与应用》涵盖压缩空气储能理论、技术和应用三个方面，内容包括压缩空气储能的技术背景、理论基础、技术分类、设计方法、技术应用与发展前景等。《压缩空气储能理论与应用》共分6章。第1章为绪论，主要介绍压缩空气储能的研究和应用背景。第2章为压缩空气储能的技术分类，包括各种压缩空气储能技术的工作原理、技术特点、国内外现状和发展趋势。第3章为压缩空气储能的技术基础，包括热力学基础、气体动力学基础、传热学基础、燃烧学基础、电工学基础。第4章为压缩空气储能的设计，包括系统总体设计、压缩机、燃烧室、膨胀机、蓄热(冷)器、换热器、储气装置、控制系统。第5章为压缩空气储能的应用，包括常规电力系统、可再生能源、分布式能源和压缩空气储能经济性分析等。第6章为压缩空气储能技术展望，包括技术展望和应用展望。
精彩书摘
第1章绪论
1.1能源概述
1.1.1能源的分类
能源是人类生存与发展的物质基础。每一次能源技术变革，都会引起人类文明的巨大进步。能源有多种分类方式，按其形成和来源分为来自太阳辐射的能源、地球内部的能源和由天体引力产生的能源，其中，来自太阳辐射的能源包括太阳能、煤、石油、天然气、水能、风能、生物质能等；地球内部的能源包括核能、地热能等；由天体引力产生的能源包括潮汐能等。按开发利用状况分为传统能源和新能源，传统能源包括煤、石油、天然气、水能、生物质能等；新能源包括核能、太阳能、风能、地热能、海洋能等。按再生属性分为可再生能源和非可再生能源，其中，可再生能源包括水能、太阳能、风能、地热能、生物质能、海洋能等；非可再生能源包括煤、石油、天然气、核能等。按是否从自然界直接获取分为一次能源和二次能源，其中，一次能源包括煤、石油、天然气、水能、太阳能、风能、核能、海洋能、生物质能等；二次能源包括电能、汽油、柴油、煤气、氢能等。
1.1.2能源的发展历程
人类文明的发展历程也是能源利用方式的发展历程。利用火取暖和加热食物，宣告原始人告别了茹毛饮血的阶段。对火的认识和利用，实际上就是一种能源的转化利用。经过百万年的发展，能源利用方式及能源结构发生了多次变革：农耕社会以直接燃烧和提高加热效率为主要技术方向，形成以薪柴为主的生物质能源结构；18世纪中叶**次工业革命以机械化和实现热功转化为主要技术方向，形成以蒸汽机动力为代表的煤炭时代；19世纪中叶第二次工业革命以电气化和提高能效为主要技术方向，形成以电力系统和内燃机/燃气轮机为代表的石油天然气时代；20世纪中叶第三次工业革命以电子信息化和发展新能源为主要技术方向，形成以互联网和可再生能源为代表的低碳能源时代。每一次工业革命都伴随着能源技术革命，人类也一直走在能源技术创新的道路上。一方面，科学技术不断推动能源利用方式向更高效更智能的方向发展；另一方面，随着社会进步，人们对生态环境越来越关注，在高效智能的基础上，能源利用方式进一步向清洁低碳方向发展。
1.1.3能源的发展趋势
21世纪，面对资源和环境的挑战，全球气候变化备受关注，可持续发展成为全人类的共识，可再生能源在能源结构中的占比逐渐增加。同时，全球能源需求快速增长，国际地缘政治格局经历重大变化，能源安全问题更加凸显。另外，随着信息技术和人工智能等技术的快速发展，智慧能源系统逐渐兴起，人类进入了以可再生、智能化、多元化为特征的能源新时代，因此发展“清洁低碳、安全高效”的能源技术势在必行。
2020年9月，我国在联合国大会上提出了“碳达峰、碳中和”的战略目标，致力于在2030年前使二氧化碳排放达到峰值，并努力争取在2060年前实现碳中和。为实现《巴黎协定》的气候目标，承诺将提高国家自主贡献力度，采取更加强有力的政策和措施。我国从应对气候变化的积极参与者、努力贡献者，逐步成为关键引领者。实现“双碳”目标是一场广泛而深刻的经济社会变革，而储能将为这场变革提供关键技术支撑。
1.2储能概述
1.2.1储能的必要性
储能是通过介质或设备把能量存储起来，需要时再释放出来的过程。广义的储能包括基础燃料的存储(煤、石油、天然气等)、二次燃料的存储(煤气、氢、太阳能燃料等)、储电和储热等。我们通常讲的储能是指狭义的储能，包括储电和储热。
储能是第三次工业革命的支撑技术，是国际能源科技创新的战略必争领域，具有重大的战略意义。**，储能是信息革命的支撑技术。信息技术经历了三个时代：**个时代是计算机时代，第二个时代是互联网时代，第三个时代是移动互联网时代。在移动互联网时代，全球范围内智能终端(如手机、平板电脑等)设备迅速增长，移动能源驱动的便携式电子设备形成对储能技术革新的重大需求。第二，储能是交通动力变革的关键支撑技术。过去十年，电动汽车增长了10倍以上，预计到2030年全球电动汽车数量将超过2.4亿辆。动力电池作为电动汽车的核心部件，其材料体系创新和智能制造工艺优化等关键技术已成为产业发展的关键突破口。第三，储能是能源革命的关键支撑技术。在应对全球气候变化和可持续发展的紧迫需求下，未来能源结构将发生颠覆性变化，可再生能源将从补充能源变为主体能源，传统单一的集中式大电网受到挑战。储能将是解决可再生能源间歇性和不稳定性、提高常规电力系统和区域能源系统效率、安全性和经济性的迫切需要，是实现“双碳”目标和能源革命的关键。本书主要关注储能在能源系统中的战略作用。
1.储能是可再生能源大规模接入的迫切需要
随着能源向低碳方向发展，包括我国在内的全球能源结构，可再生能源从补充能源变为主体能源，相应地，以集中式为主的电力系统转化为集中式和分布式相结合的以新能源为主体的新型电力系统。截至2023年底，全国可再生能源
目录
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 能源概述 1
1.1.1 能源的分类 1
1.1.2 能源的发展历程 1
1.1.3 能源的发展趋势 2
1.2 储能概述 2
1.2.1 储能的必要性 2
1.2.2 储能的分类 6
1.2.3 储能的作用 16
1.2.4 储能的发展现状 18
1.3 压缩空气储能概述 19
1.3.1 技术原理 19
1.3.2 发展现状 20
第2章 压缩空气储能的技术分类 25
2.1 传统压缩空气储能 25
2.1.1 工作原理 25
2.1.2 技术特点 27
2.1.3 国内外现状 28
2.1.4 发展趋势 31
2.2 蓄热式压缩空气储能 32
2.2.1 工作原理 32
2.2.2 技术特点 33
2.2.3 国内外现状 34
2.2.4 发展趋势 38
2.3 等温压缩空气储能系统 39
2.3.1 工作原理 39
2.3.2 技术特点 42
2.3.3 国内外现状 44
2.3.4 发展趋势 46
2.4 液化空气储能 47
2.4.1 工作原理 47
2.4.2 技术特点 48
2.4.3 国内外现状 51
2.4.4 发展趋势 54
2.5 超临界压缩空气储能 55
2.5.1 工作原理 55
2.5.2 技术特点 57
2.5.3 国内外现状 58
2.5.4 发展趋势 60
2.6 水下压缩空气储能 60
2.6.1 工作原理 60
2.6.2 技术特点 63
2.6.3 国内外现状 66
2.6.4 发展趋势 71
2.7 压缩空气储能耦合系统 71
2.7.1 工作原理 71
2.7.2 技术特点 72
2.7.3 国内外现状 73
2.7.4 发展趋势 80
第3章 压缩空气储能的技术基础 81
3.1 热力学基础 81
3.1.1 热力学基本概念 81
3.1.2 热力学基本过程 98
3.1.3 热力学能量及损失分析方法 106
3.2 气体动力学基础 114
3.2.1 气体动力学基本概念 114
3.2.2 叶轮机械工作过程分析 126
3.2.3 叶轮机械能量与损失分析方法 133
3.3 传热学基础 145
3.3.1 传热学基本概念 145
3.3.2 蓄热/换热器工作过程分析 153
3.3.3 蓄热/换热器能量与损失分析方法 155
3.4 燃烧学基础 157
3.4.1 燃烧学基本概念 158
3.4.2 燃烧室工作过程分析 165
3.4.3 燃烧室能量与损失分析方法 165
3.5 电工学基础 168
3.5.1 电工学基本概念 168
3.5.2 电力系统工作过程分析 175
3.5.3 电力系统能量与损失分析方法 182
第4章 压缩空气储能的设计 188
4.1 系统总体设计技术 188
4.1.1 系统设计原则 188
4.1.2 设计工况的热力学分析 190
4.1.3 变工况分析 200
4.1.4 非稳态分析 214
4.1.5 系统优化设计 225
4.2 压缩机设计技术 231
4.2.1 总体设计 231
4.2.2 气动设计 241
4.2.3 结构与强度设计 244
4.2.4 变工况设计 250
4.2.5 试验与测量技术 253
4.3 燃烧室设计技术 258
4.3.1 总体设计 259
4.3.2 燃烧技术 267
4.3.3 结构与强度设计 271
4.3.4 变工况设计 276
4.3.5 试验与测量技术 278
4.4 膨胀机设计技术 282
4.4.1 总体设计 282
4.4.2 气动设计 284
4.4.3 结构与强度设计 292
4.4.4 变工况设计 297
4.4.5 试验与测量技术 299
4.5 蓄热(冷)器设计技术 302
4.5.1 总体设计 303
4.5.2 流动与传热设计 306
4.5.3 结构与强度设计 313
4.5.4 试验与测量技术 318
4.6 换热器设计技术 319
4.6.1 总体设计 320
4.6.2 传热设计 323
4.6.3 结构与强度设计 328
4.6.4 变工况设计 332
4.6.5 试验与测量技术 333
4.7 储气装置设计技术 337
4.7.1 总体设计 338
4.7.2 压力容器设计 341
4.7.3 储气洞穴设计 351
4.7.4 变工况设计 353
4.7.5 试验与测量技术 355
4.8 控制系统设计 356
4.8.1 总体设计 357
4.8.2 硬件设计 370
4.8.3 软件设计 372
4.8.4 试验与测试 373
第5章 压缩空气储能的应用 376
5.1 常规电力系统 376
5.1.1 削峰填谷 376
5.1.2 提高电能质量 377
5.1.3 提供备用容量 379
5.1.4 辅助传统发电机组运行 380
5.2 可再生能源 381
5.2.1 平滑输出 382
5.2.2 并网调峰 383
5.2.3 平衡出力 384
5.3 分布式能源 385
5.3.1 不间断电源 385
5.3.2 无功及电压支持 387
5.3.3 容量及分时电价管理 388
5.4 压缩空气储能经济性分析 390
5.4.1 技术经济性分析 390
5.4.2 热经济性分析 399
第6章 压缩空气储
试读
第1章绪论
1.1能源概述
1.1.1能源的分类
能源是人类生存与发展的物质基础。每一次能源技术变革，都会引起人类文明的巨大进步。能源有多种分类方式，按其形成和来源分为来自太阳辐射的能源、地球内部的能源和由天体引力产生的能源，其中，来自太阳辐射的能源包括太阳能、煤、石油、天然气、水能、风能、生物质能等；地球内部的能源包括核能、地热能等；由天体引力产生的能源包括潮汐能等。按开发利用状况分为传统能源和新能源，传统能源包括煤、石油、天然气、水能、生物质能等；新能源包括核能、太阳能、风能、地热能、海洋能等。按再生属性分为可再生能源和非可再生能源，其中，可再生能源包括水能、太阳能、风能、地热能、生物质能、海洋能等；非可再生能源包括煤、石油、天然气、核能等。按是否从自然界直接获取分为一次能源和二次能源，其中，一次能源包括煤、石油、天然气、水能、太阳能、风能、核能、海洋能、生物质能等；二次能源包括电能、汽油、柴油、煤气、氢能等。
1.1.2能源的发展历程
人类文明的发展历程也是能源利用方式的发展历程。利用火取暖和加热食物，宣告原始人告别了茹毛饮血的阶段。对火的认识和利用，实际上就是一种能源的转化利用。经过百万年的发展，能源利用方式及能源结构发生了多次变革：农耕社会以直接燃烧和提高加热效率为主要技术方向，形成以薪柴为主的生物质能源结构；18世纪中叶**次工业革命以机械化和实现热功转化为主要技术方向，形成以蒸汽机动力为代表的煤炭时代；19世纪中叶第二次工业革命以电气化和提高能效为主要技术方向，形成以电力系统和内燃机/燃气轮机为代表的石油天然气时代；20世纪中叶第三次工业革命以电子信息化和发展新能源为主要技术方向，形成以互联网和可再生能源为代表的低碳能源时代。每一次工业革命都伴随着能源技术革命，人类也一直走在能源技术创新的道路上。一方面，科学技术不断推动能源利用方式向更高效更智能的方向发展；另一方面，随着社会进步，人们对生态环境越来越关注，在高效智能的基础上，能源利用方式进一步向清洁低碳方向发展。
1.1.3能源的发展趋势
21世纪，面对资源和环境的挑战，全球气候变化备受关注，可持续发展成为全人类的共识，可再生能源在能源结构中的占比逐渐增加。同时，全球能源需求快速增长，国际地缘政治格局经历重大变化，能源安全问题更加凸显。另外，随着信息技术和人工智能等技术的快速发展，智慧能源系统逐渐兴起，人类进入了以可再生、智能化、多元化为特征的能源新时代，因此发展“清洁低碳、安全高效”的能源技术势在必行。
2020年9月，我国在联合国大会上提出了“碳达峰、碳中和”的战略目标，致力于在2030年前使二氧化碳排放达到峰值，并努力争取在2060年前实现碳中和。为实现《巴黎协定》的气候目标，承诺将提高国家自主贡献力度，采取更加强有力的政策和措施。我国从应对气候变化的积极参与者、努力贡献者，逐步成为关键引领者。实现“双碳”目标是一场广泛而深刻的经济社会变革，而储能将为这场变革提供关键技术支撑。
1.2储能概述
1.2.1储能的必要性
储能是通过介质或设备把能量存储起来，需要时再释放出来的过程。广义的储能包括基础燃料的存储(煤、石油、天然气等)、二次燃料的存储(煤气、氢、太阳能燃料等)、储电和储热等。我们通常讲的储能是指狭义的储能，包括储电和储热。
储能是第三次工业革命的支撑技术，是国际能源科技创新的战略必争领域，具有重大的战略意义。**，储能是信息革命的支撑技术。信息技术经历了三个时代：**个时代是计算机时代，第二个时代是互联网时代，第三个时代是移动互联网时代。在移动互联网时代，全球范围内智能终端(如手机、平板电脑等)设备迅速增长，移动能源驱动的便携式电子设备形成对储能技术革新的重大需求。第二，储能是交通动力变革的关键支撑技术。过去十年，电动汽车增长了10倍以上，预计到2030年全球电动汽车数量将超过2.4亿辆。动力电池作为电动汽车的核心部件，其材料体系创新和智能制造工艺优化等关键技术已成为产业发展的关键突破口。第三，储能是能源革命的关键支撑技术。在应对全球气候变化和可持续发展的紧迫需求下，未来能源结构将发生颠覆性变化，可再生能源将从补充能源变为主体能源，传统单一的集中式大电网受到挑战。储能将是解决可再生能源间歇性和不稳定性、提高常规电力系统和区域能源系统效率、安全性和经济性的迫切需要，是实现“双碳”目标和能源革命的关键。本书主要关注储能在能源系统中的战略作用。
1.储能是可再生能源大规模接入的迫切需要
随着能源向低碳方向发展，包括我国在内的全球能源结构，可再生能源从补充能源变为主体能源，相应地，以集中式为主的电力系统转化为集中式和分布式相结合的以新能源为主体的新型电力系统。截至2023年底，全国可再生能源
