储能技术习题答案（梅生伟）第7章.docx

第7章习题答案7-1简述飞轮储能的构成并说明各组成部件的作用。解：飞轮储能系统主要由飞轮转子、轴承系统、电机系统、真空室、电能转换器系统等构成。飞轮转子是储能装置，利用转子的高速旋转可以将能量以机械能的形式进行储存，并通 过转速的变化实现能量在动能与电能之间的转化；轴承系统的作用是支承转子平安稳定旋转，并减小旋转过程中产生的摩擦阻力；电机系统集成了发电机和电动机,在储能系统充放电时实现电能和动能之间的相互转换;真空室用于维持飞轮转子的真空环境，从而降低空气阻力带来的摩擦损耗，目的是实现 能量的高效率存储和释放，并且对飞轮装置起到保护作用；电能转换器系统是将输入电能转换为直流电供给电机，对输出电能进行调频、整流后供 给负载的关键部件，主要对充放电所需的电能进行整流和转换，以满足负载所需电压或频率 的要求。7-2什么是失超？产生失超现象的原因有哪些？失超对系统有哪些影响？应该采取哪些措 施？解：失超是超导体在运行过程由于受到扰动无法满足临界电流等条件，从而失去超导体的优 良导电特性的一种状态。失超的原因：超导材料制备过程中的缺陷导致局部性能较差；一些扰动如电流引线或仪 器测控引线引入的热扰动、洛伦兹力产生的导线运动、绕组变形、交流损耗、核辐射热和束 流辐射、磁通跳跃等可能导致失超；超导储能系统持续吸收有功功率的时间较长，也会使超 导线圈中的电流密度超过临界电流密度而导致失超。失超的影响：失超导致超导体大量发热，温度迅速上升会造成设备损坏、绝缘层破坏、 甚至冷却液气化造成系统体积膨胀进而发生破裂和爆炸等问题。失超保护措施：失超保护措施可分为两类：一类是将超导体内的能量转移至超导体外释 放，如并联外部电阻保护与变压器保护；二是加速超导体的失超，使能量消耗在超导体内， 如内局部段并联电阻保护与并联二极管保护。7-3超级电容的“超级”表达在哪里？解：超导电容的“超级”在十：(1)超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反响活性的多孔电极板，在极板上 加电，正极板吸引电解质中的阴离子，负极板吸引阳离子，实际上形成两个容性存储层，被 别离开的阳离子在负极板附近，阴离子在正极板附近。(2)超级电容器在别离出的电荷中存储能量，用于存储电荷的面积越大、别离出的电荷 越密集，其电容量越大。(3)传统电容器的面积是导体的平板面积，为了获得较大的容量，导体材料卷较长，有 时用特殊的组织结构来增加它的外表积。传统电容器是用绝缘材料别离它的两极板，一般为 塑料薄膜、纸等，这些材料通常要求尽可能的薄。(4)超级电容器的面积是基于多孔炭材料,该材料的多孔结构允许其面积到达2000m2/g, 通过一些措施可实现更大的外表积。超级电容器电荷别离开的距离是由被吸引到带电电极的 电解质离子尺寸决定的。该距离和传统电容器薄膜材料所能实现的距离更小。(5)庞大的外表积再加上非常小的电荷别离距离使得超级电容器较传统电容器而言有 惊人大的静电容量，这也是其“超级”所在。7-4双电层电容器与震电容器在电荷储能上的差异和各自的特点是什么？解：差异：双电层电容通过电极与电解液形成的界面双电层来收藏电荷从而实现储存能量的 功能；震电容器又称法拉第准电容器，其储能过程涉及高度可逆的电化学反响，具体表现为 首先电极活性物质在外表或体相中发生欠电位的积淀作用，再通过化学吸附或是氧化还原反 应形成电容器。特点：双电层电容不涉及化学反响，界面见的电压差不宜较大，通过串联电容器方可实 现高电压输出；震电容器具有较大的比电容值，其电容量可达双电层电容器的10100倍。7-5如何提高飞轮储能系统的储能量？解：提高飞轮储能系统储能量的方法包括：增大飞轮转子线速度；改进转子材料：选择强度更高的材料，复合材料的复合材料在比强度和使用寿命方面有 着极佳的表现；改善转子的设计和制造技术：采用圆环形状制作复合材料飞轮，采用多层转子等方式提 高飞轮线速度和储能密度。7-6将例7-2中超级电容的有效外表积减少为2000m2/g,等效距离增大为3 X其它量不变，试求其电容值和存储的能量。解：利用电容计算公式(7-7)和电容储能公式(7-8)代入计算即可。电容值为：£S 4 x 8.85 x 1012 x 2000C = =-F = 23.60F83 x 10-9储存能量为：1 1E =CU2 =-x 23.6 x 27/ = 86.02/7-7假设一个直径为10m的飞轮，其质量为100吨，转速为6000r/min,试求理论上飞轮储能 可存储的能量。解：将数据代入飞轮储能的动能计算公式（7-2）即可。飞轮转子的线速度：=6280m/sv = a)r = 2nfr = 760602irnr 2 x 3.14 x 6000 x 10飞轮转子储存的能量:11E = -Mv2 =-x 105 x 62802/ = 9.860 x 1011/44