《储能技术》习题答案 第7--9章.docx
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1、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安全稳定旋转,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
2、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
3、: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, 如内部分段并联电阻保护与并联二极管保护。7-3超级电容的“超级”体现在哪里?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应活性的多孔电极板,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 分离开的阳离子在负极板附近,阴离子在正极板附近。(
4、2)超级电容器在分离出的电荷中存储能量,用于存储电荷的面积越大、分离出的电荷肛回谈= (1332x95x5x2.81)/10000 / 77.79万元冬季的调频收益:冬季min = (1320x75x5x2.51)/10000124.25万元人冬季皿= (1320x75x5x2.82)/10000、139.59万元春秋季的调频收益:/春秋季min =(927 X150X 5 X 2.55)/10000 工 177.29万元Z,作秋季m” 二(927xl50x5x2.76)/10000。191.89万元首年的调频总收益:,l_min 一夏季min冬季min +4_春秋季min M56.55万兀1
5、1_ 夏季max +11_冬季max +1_春秋季max 一50927万兀(2)投资回收期:最理想情况:表9-3最理想情况的现金流量表单位:万元年份0123456初始投资2500调频收益509.27499.08489.10479.32469.73460.34净现金流量-50949948947442500.27.08.109.3269.7360.34累计现金净-4流量25001990.731491.651002.55523.2353.5006.84力=6-1+ =5.11 (年)最不利情况:表9-4最不利情况的现金流量表单位:万元年份0123456初始投资2500调频收益456.55447.42
6、438.47429.70421.11412.69净现金流量-456447438424242500.55.42.479.701.1112.69累计现金净-1流量25002043.451596.031157.56727.86306.7505.94e / . 306.75_ _ . z fl、Tp=6-1+ =5.74 (年)412.699-11在某光伏电站配置额定功率为12.30MW,额定容量为5.06 MWh的磷酸铁锂储能 系统。该储能系统,参数见表9-20。配置储能系统后,年弃光量由接入前的88.7999 MWh 降低到25.9648 MWh,系统的年调峰调频收益为90.55万元。假设储能系统
7、的寿命为20年, 试求配置储能所产生的成本(仅考虑初始投资成本及运行维护成本)与收益,并计算投资该 储能项目的净现值。表9-5电池储能系统参数参数取值kv300 元/MWhkF500 元/MWkp500万元/MWkq600 万元/MWhkspa4.4 万元/MWhEp1.35 万元/MWh%14.4645 MWhSspa0.14 MWhi0.03解:(1)储能项目的全寿命周期成本:1)初始投资成本:q = 5 x 106 x 12.30 + 6 x 106 x 5.06 = 9.1860 x 107te2)运行维护成本:C2 = 500 x 12.30 + 300 x 14.4645 x (尸
8、/4 3%,20) = 1.5606 x 1()5元 总成本:Gotal = Gl += 9.2016 X 1()7兀 储能项目的全寿命周期收益:1)促进可再生能源消纳的经济收益:k = 13500 X (88.7999 25,9648) X (P/A, 3%, 20) = 1.2620 x 107te 2)调峰调频收益:12 = 905500 X (P/4,3%,20) = 1.3472 X IO7元3)降低备用容量收益:13 = 44000 X 365 X 0.38 X (P/A, 3%, 20) = 9.0794 X 107元 总收益:L皿=A +72 +/3 = L1689 x 108
9、元净现值:NPVi = 1.1689 x 108 9.2016 x 107 = 2.4870 x IO7元9-12已知某储能电站的工程总规模为24MW/48MWh,规划周期为20年,配置储能电 站后可延缓电网扩容30MWh。假设储能单位功率成本为60万元/MW,单位容量成本为170 万元/MWh,年运行费用为86万元,系统单位容量扩建成本为200万元/MWh,网损电价为 0.3元/kWh。配置储能后,每年提高电网可靠性投资收益15万元,调峰调频收益23万,基 准收益率为8%,配置储能前后的网损见表9-21。试求该项目的净现值。表9-21某日网损情况解:07h891011121314I51617
10、18-24h无储能/MW1.29.6111311.513.2128,69.88.491.4配置储能/MW0,889109111167671.0(1)储能项目成本现值:投资成本:G = 24 X 60 + 48 X 170 = 6900 (万元)运维成本:= 86 x(P/4 8%, 20)= 86 x 9.82 = 844.52 (万元)(2)储能项目收益现值:降低系统网损收益:h = 0,3 x 27.7 x 365 x 1000 x(P/A8%,20)/10000=2978.55 (万元)延缓电网升级扩容收益:12 = 200 x 30 = 6000 (万元)提高电网可靠性投资收益:/3
11、= 15 x (P/48%,20)= 147.30 (万元)调峰调频收益 =23 x (P/48%,20)= 225.86 (万元)(3)储能项目的净现值NPV =。+4 + 一 Ci -= 1607.19 (万元)9-13在某10kV大工业用户建设100kW储能系统,尖峰电价为0.9824元/kWh,低谷电 价为0.3164元/kWh。采取恒功率放电模式,即低谷充电、尖峰放电,充放电时长各为2h。 铅炭电池和磷酸铁锂电池的技术性能参数见表9-22,其余与计算相关参数见表9-23o试从 净现值的角度,分别判断采用铅炭电池和磷酸铁锂电池能否实现盈利(假设降损收益可忽 略)。表9-7电池技术性能参
12、数技术参数铅炭电池磷酸铁锂电池能量转换效率()9095DOD (%)7080服役年限/a1012循环次数/次370042003000-5000每月自放电率(%)11.5能量成本/ (元/kWh)12001400功率成本/ (元.kW)12002000运维成本占比()11.2表9-8其它相关参数参数铅炭 电池磷酸铁锂 电池基准收益率(zo) (%)1010年平均运行天数/天360360Str/kVA550550Sir_ess/k V A300300Pes/kW120120Ses/kWh200180GJ(元/kVA)380380useh8.608.60izser_ess/h6.004.20(元/k
13、Wh)28002800充电时长/h22每月变压器最大需量电价/(元 /kWh)4040解:(1)成本计算1)初始投资成本计算:铅炭电池:C1 = (1200 x 100 + 1200 x 200)/10000 = 36.00 万元磷酸铁锂电池:Ci = (2000x100+1400x180)/10000 = 45.20 万元2)年运行维护成本计算:铅炭电池:= 36.00 X0.01 = 0.36 万元磷酸铁锂电池:= 45.20 X 0.012、0.54万元(2)收益计算1)“低储高发”收益:铅炭电池:A = 360 x (2 x 0.9824 x 120/0.9 - 2 x 0.3164
14、X 120 x 0.9) 6.97 万元 磷酸铁锂电池:h = 360 x(2 x 0.9824 x 建一2 x 0.3164 x 120 x 0.95)x6.34万元2)减少容量费用收益:铅炭电池:/2=380x(550-300)/10000=9.50 万元磷酸铁锂电池:/2=380x(550-300)/10000=9.50 万元3)可靠性收益:铅炭电池:白=(8.60-6.00) X 2800/10000 = 0.73 万元磷酸铁锂电池:13 = (8.60-4.20) X 2800/10000 = 1.23 万元(3)净现值计算:铅炭电池:NPV = 9.50 +(6.97 + 0.73
15、)x (P / A/0%0卜 56.81 万元磷酸铁锂电池:NPV = 9.50 +(6.34 +1.23)x (P / 4,10%, 12卜 61.08 万元综上所述,从净现值的角度,在浙江当前的峰谷电价条件下,10kV大工业用户投资两 种电池均能实现盈利。9-14已知某动力电池额定容量为400kAh,容量降至额定容量的60%后投入梯次利用, 以实现峰谷套利。假定峰时电价为1.08元/kWh,谷时电价为0.28元/kWh;电池充放电效率 为90%,充放电深度为60%;每经过一次充放电循环,电池容量衰减为原来的99.9%,且容 量达到30%后彻底无法利用。试求:(1)在每天一充一放的使用条件下
16、,退役电池能的最大运行年限。(2)退运电池用于峰谷套利所产生的经济效益。解:(1)由30% = 60% x 0.999。可得2994。按每年365天计算,有t = 2994/365 8.20 (年)(2)充电总成本为:Cc = 400 x 60% X 60% X - 0.999 x 0.28 x 90% = 34438.70 (元);放电总收益为:= 400 x 60% x 60% x Ef=540.999f x 1.08 x 90% = 132835.00 (元);故总效益为:Stog = - G = 132835.00 34438.70 = 98396.30 (元)。 越密集,其电容量越大
17、。(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表面积。传统电容器是用绝缘材料分离它的两极板,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达到2000m2/g, 通过一些措施可实现更大的表面积。超级电容器电荷分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)庞大的表面积再加上非常小的电荷分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
18、储能上的差别和各自的特点是什么?解:差别: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应,具体表现为 首先电极活性物质在表面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应,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
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