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書名:儲能技術發展及路線圖

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作者:陳海生

出版社：化學工業出版社

出版日期：2020-11

ISBN：9787122374400

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頁碼：252

版次：

裝幀：精裝

開本：16開

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編輯推薦

1.本書作者為儲能各分支領域參與過國家重大項目的一線專家，起點高、實用性強，探討了儲能未來的發展趨勢。

2.涉及面廣，既指明了儲能領域關鍵科學問題的未來發展方向，又探討了至到2025年及2050年技術指標及路線圖，指導性強。

3.儲能學科規劃的專業參考書

4.本書適合儲能學科及技術領域或相關行業從事技術研發、學科規劃、企業戰略研究的人員，以及負責制定和實施與儲能產業相關政策的各級人員閱讀，也適合作為對儲能學科及產業發展感興趣的人員了解儲能技術發展方向的專業讀物。

內容提要

《儲能技術發展及路線圖》組織儲能領域人士編寫，包括11章，分別介紹了儲能技術學科基礎、壓縮空氣儲能、鋰離子電池技術及金屬鋰電池、高溫鈉電池儲能、液流電池儲能技術、新型儲能電池、鉛蓄電池儲能技術、電容及超級電容儲能技術、飛輪儲能、抽水蓄能、儲熱/冷技術等的外進展、存在的關鍵科學與技術問題及2025年、2050年發展路線圖。該書在項目的基礎上細化和明確了儲能學科的關鍵科學問題與技術挑戰，預測未來的重點發展方向、關鍵技術及其優先程度，具有起點高、、的特色，可為廣大開設儲能學科的高等院校、科研機構提供學科規劃的重要參考和清晰指引，也可以為相關部門確定科技支持重點領域和創新項目及為科技、人纔、資金等創新資源向我國儲能產業進行有效集聚提供參考借鋻。

目錄

章 儲能學科基礎1 
1.1 儲能促進能源可持續發展 1 
1.1.1 儲能技術與產業的重要性 1 
1.1.2 儲能是能源互聯網的關鍵技術支撐 4 
1.1.3 儲能在不同場合的應用 6 
1.2 儲能技術分類 8 
1.2.1 物理儲能 8 
1.2.2 電化學儲能 8 
1.2.3 儲熱和儲氫 8 
1.2.4 電場儲能 9 
1.3 儲能技術發展現狀 10 
1.3.1 國際儲能產業技術與各國產業政策 11 
1.3.2 我國儲能技術現狀與產業政策 14 
1.3.3 儲能技術評價準則 18 
1.4 儲能技術學科的基礎科學問題 20 
1.4.1 儲能過程基礎原理 21 
1.4.2 儲能過程的共性技術 22 
1.5 儲能產業技術的綠色發展 23 
1.6 儲能名詞與術語 25 
1.6.1 電化學儲能 26 
1.6.2 物理儲能 34 
1.6.3 儲熱（冷）技術 37 
1.7 儲能科學與技術專業本科生培養計劃建議 38 
1.7.1 培養目標 39 
1.7.2 培養要求 39 
1.7.3 知識體繫 40 
1.7.4 學制、學位授予與畢業條件 43 
參考文獻 43 
第2章 鋰離子電池技術及金屬鋰電池45 
2.1 外發展現狀 45 
2.1.1 簡述 45 
2.1.2 鋰離子電池的關鍵材料 47 
2.1.3 鋰離子電池的電芯、模組及電池包 52 
2.1.4 鋰離子電池的裝備技術 55 
2.1.5 鋰離子電池的回收利用 56 
2.2 鋰離子電池關鍵科學與技術問題及下一代研發方向 68 
2.2.1 鋰離子電池的下一代關鍵材料 68 
2.2.2 新一代鋰離子電池技術 77 
2.2.3 下一代金屬鋰基新電池體繫 81 
2.3 鋰電池未來發展方向與路線圖 84 
2.3.1 儲能用鋰電池發展現狀與未來前景 84 
2.3.2 鋰電池未來發展方向 85 
參考文獻 88 
第3章 壓縮空氣儲能技術91 
3.1 外發展現狀 91 
3.1.1 發展現狀 91 
3.1.2 關鍵科學與技術問題 94 
3.1.3 應用領域的現狀與問題 97 
3.2 未來發展方向預測與展望 100 
3.2.1 產業發展方向預測 100 
3.2.2 學科未來發展方向預測與展望 102 
3.3 發展的分析與規劃路線圖 103 
參考文獻 104 
第4章 液流電池儲能技術108 
4.1 國外發展現狀 108 
4.1.1 全釩液流電池 109 
4.1.2 鋅基液流電池技術 109 
4.1.3 有機體繫的液流電池技術 110 
4.2 發展現狀 110 
4.2.1 全釩液流電池 110 
4.2.2 鋅基液流電池技術 111 
4.3 全釩液流電池的發展現狀 112 
4.4 全釩液流電池的關鍵材料 114 
4.4.1 電極材料 114 
4.4.2 雙極板材料 115 
4.4.3 電解質溶液 117 
4.4.4 離子傳導（交換）膜材料 117 
4.5 未來發展方向的預測與展望 120 
4.6 發展路線圖 123 
參考文獻 124 
第5章 高溫鈉電池126 
5.1 概述 126 
5.1.1 鈉硫電池與鈉鎳電池 126 
5.1.2 高溫鈉電池材料 130 
5.2 高溫鈉電池發展現狀 136 
5.2.1 鈉硫電池 136 
5.2.2 ZEBRA電池 140 
5.3 我國高溫鈉電池發展戰略 146 
5.3.1 高溫鈉電池關鍵科學問題與技術挑戰 146 
5.3.2 高溫鈉電池發展方向與路線圖 146 
參考文獻 147 
第6章 新概念儲能電池149 
6.1 概述 149 
6.1.1 基於水溶液電解質的離子嵌入型二次電池 150 
6.1.2 全固態電池 150 
6.1.3 液態金屬電池 151 
6.1.4 多電子二次電池 152 
6.2 發展現狀 153 
6.2.1 國際發展現狀 153 
6.2.2 發展現狀 160 
6.3 我國新概念電化學儲能體繫的關鍵材料發展戰略 165 
6.3.1 新概念儲能電池的發展目標 165 
6.3.2 關鍵科學問題和技術挑戰 167 
6.4 新概念儲能電池體繫的發展方向 169 
6.4.1 水繫離子嵌入電池的發展方向 169 
6.4.2 全固態電池的發展方向 170 
6.4.3 液態金屬電池的發展方向 171 
6.4.4 多電子二次電池的發展方向 171 
6.5 發展建議路線圖 172 
參考文獻 173 
第7章 鉛蓄電池儲能技術175 
7.1 發展現狀 175 
7.1.1 概述 175 
7.1.2 技術演變 177 
7.2 技術方向 180 
7.2.1 鉛炭電池特性 180 
7.2.2 鉛炭電池技術發展路線 182 
7.2.3 高功率鉛酸蓄電池 184 
7.2.4 鉛酸蓄電池的鉛回收技術 186 
參考文獻 189 
第8章 電容及超級電容191 
8.1 外發展現狀 192 
8.1.1 關鍵科學與技術問題 192 
8.1.2 應用領域的現狀與問題 198 
8.2 產業領域創新方向與展望 200 
8.3 生命周期評價 202 
8.3.1 影響超級電容器壽命的因素 202 
8.3.2 超級電容器生命周期評價方法 204 
8.3.3 現有生命周期評價方法存在的問題及展望 205 
8.4 學科未來發展方向的預測與展望 206 
8.5 發展的分析與規劃路線圖 207 
參考文獻 208 
第9章 飛輪儲能210 
9.1 外發展現狀 210 
9.1.1 概況 210 
9.1.2 我國飛輪儲能技術研發現狀 212 
9.1.3 外技術水平對比分析 213 
9.1.4 應用領域現狀 214 
9.2 關鍵科學與技術問題 217 
9.2.1 飛輪、軸承與電機關鍵問題 217 
9.2.2 充放電控制及繫統技術 220 
9.3 學科未來發展方向的預測與展望 221 
9.4 飛輪儲能技術發展的分析與規劃路線圖 222 
參考文獻 223 
0章 抽水蓄能技術224 
10.1 概述 224 
10.1.1 電站結構 224 
10.1.2 效益及其作用 226 
10.2 外研究現狀 226 
10.3 關鍵科學與技術問題 228 
10.3.1 上、下水庫關鍵技術問題 229 
10.3.2 引水管道關鍵技術問題 230 
10.3.3 地下廠房關鍵技術問題 231 
10.3.4 蓄能機組設計及自主制造能力 231 
10.4 學科未來發展方向的分析與規劃路線圖 232 
10.4.1 抽水蓄能未來發展方向 232 
10.4.2 抽水蓄能規劃發展路線圖 236 
參考文獻 237 
1章 儲熱（冷）技術238 
11.1 外發展現狀 238 
11.1.1 顯熱儲熱（冷）技術 238 
11.1.2 相變儲熱技術 239 
11.1.3 化學儲熱技術（thermo-chemical energy storage，TCES） 240 
11.2 未來發展方向預測與展望 241 
11.2.1 產業未來發展方向預測與展望 241 
11.2.2 學科未來發展方向預測與展望 246 
11.3 發展的分析與規劃路線圖 248 
參考文獻 251

作者介紹

陳海生，男，漢族，1977年2月生，山東滕州人，1997年本科畢業於西安交通大學，2002年在中科院工程熱物理所獲博士學位。2002~2004年在北京航空航天大學從事博士後研究；2004~2005年任中科院工程熱物理所副研究員；2005~2009年在英國利茲大學工作，任Senior Visiting Research Fellow/Research Fellow等職；2009年11月入選中科院“百人計劃”，任中科院工程熱物理所研究員、博士生導師；2012年入選“萬人計劃”青年撥尖人纔，2013年入選“萬人計劃”中青年科技創新領軍人纔，是國家自然科學基金傑出青年基金獲得者、英國能源學會會士（Fellow）、享受國務院特殊津貼專家。現任中科院工程熱物理所副所長、國家能源大規模物理儲能研發中心主任。 
主要從事新型大規模儲能技術、限定空間尺度內流動與傳儲熱特性、葉輪機械內部流動機理等研究工作，取得了一繫列具有國際水平的研究成果。牽頭組建了100餘人的國際水平的物理儲能研發團隊，建成了我國物理儲能國家研發中心“國家能源大規模物理儲能技術研發中心”，成為目前的10MW級先進壓縮空氣儲能集成研發與測試平臺。攻克1-10MW先進壓縮空氣儲能各項關鍵技術，主持建成國際首套1.5MW和10MW先進壓縮空氣儲能示範繫統，研發進程及性能指標均處於水平。 
已主持國家科技部863重點項目、中科院先導專項、國際合作項目、中科院知識創新工程重點項目等各類項目30餘項。發表論文300餘篇，其中SCI論文160餘篇，EI論文240餘篇，SCI他引6000餘次。獲邀主持編寫專著3部，參加編寫專著9章。已申請專利200餘項，授權專利160餘項（國際授權4項）。關於壓縮空氣儲能技術的專利數和SCI論文數均全球機構排名。其研究成果先後榮獲全球可再生能源領域藍天獎、北京市科學技術獎一等獎、黑龍江省科學技術一等獎、北京市技術發明獎一等獎、中國青年科技獎特別獎，中國科學院青年科學家獎、英國皇家學會牛頓高級學者獎等獎勵，2014年以來連續入選Elsevier“中國高被引學者榜單（能源領域）”等。 
兼任“Journal of Thermal Science”、“Energy Storage”、“儲能科學與技術”、“工程熱物理學報”和“智能電網”副主編，擔任世界儲能技術大會和全國儲能科學與技術大會主席/副主席，“Energy Science and Technology”等7個學術期刊編委，8個國際會議的組委會/科學委員會委員等。目前擔任中國工程熱物理學會副理事長、國際儲能技術與產業聯盟總干事、中國能源研究會儲能專業委員會主任、中國化工學會儲能工程專業委員會副主任、中國電機工程學會儲能專委會副主任、中國物理與化學能源協會儲能應用分會副主任、中關村儲能技術與產業聯盟理事長等。 
吳玉庭，男，1970年9月生，北京工業大學環境與生命學部研究員，博士生導師。現任北京工業大學學術委員會委員，傳熱與能源利用北京市重點實驗室主任，傳熱強化與過程節能教育部重點實驗室副主任。先後入選北京市長城學者、北京工業大學京華人纔、服務北京創新人纔等，學術兼職包括中國無機鹽協會熔鹽儲能專業委員會副主任、中國電力技術市場協會儲能技術設備專委會副主任、中國可再生能源學會太陽能熱發電專業委員會委員、中國化工學會儲能專業委員會委員、北京市北京理化分析測試技術學會熱分析專業委員會理事等，擔任《Journal of Thermal Science》、《儲能科學與技術》雜志編委。主要研究方向包括：（1）傳熱蓄熱；（2）壓縮機/膨脹機，熱泵制冷、有機朗肯循環發電；（3）太陽能及地熱能等可再生能源熱利用及發電技術。先後做為項目負責人承擔了包括973， 863項目，國防預研重點項目，國基金重大國際合作項目、市科委重大項目課題和市自然科學基金重點項目等在內的10項國家和北京市重點項目的研究，項目總經費超過30。獲北京市科技進步三等獎1項（排名第二）和全國發明博覽會銀獎。申請人先後發表論文300餘篇，其中SCI收錄89篇，EI收錄183篇，ISTP收錄15篇，累計SCI他引1152次，h因子22；獲得授權發明專利38項，美國專利1項。先後在國際學術會議上做主旨報告6次，分會口頭報告10次。做為主要起草人參與了《空調通風繫統清洗規範》GB19210-2003、《一般用噴油單螺杆空氣壓縮機》GB/T 26967-2011、《工業餘熱梯級綜合利用導則》、《蓄熱型電加熱裝置》等國家標準的起草。參與國家能源局《太陽能熱發電材料發展指南》、《太陽能熱發電示範工程技術條件及實施方案》、《能源科技創新規劃（2016-2025年）-先進儲能技術與裝置》等文件的編制，負責中國科協《儲能技術學科方向預測及路線圖---儲熱》的編寫。協助馬重芳教授組織編寫了《工程熱物理學科發展報告2007-2008》，《工程熱物理學科發展報告2009-2010》中《傳熱傳質學科發展》專題報告。

序言