2025年(储能工程师)储能技术原理试题及答案

2025年(储能工程师)储能技术原理试题及答案一、单项选择题（共15题，每题2分，共30分）1.以下储能技术中，属于物理储能的是（）。A.锂离子电池储能B.铅酸电池储能C.压缩空气储能D.液流电池储能2.锂离子电池工作时，锂离子的迁移方向是（）。A.充电时从正极向负极迁移，放电时从负极向正极迁移B.充电时从负极向正极迁移，放电时从正极向负极迁移C.充电和放电时均从正极向负极迁移D.充电和放电时均从负极向正极迁移3.抽水蓄能电站的能量转换效率通常为（）。A.50%60%B.60%70%C.70%85%D.85%95%4.全钒液流电池的电解质溶液中，钒离子的价态变化发生在（）。A.正极区（V⁴⁺/V⁵⁺）和负极区（V²⁺/V³⁺）B.正极区（V²⁺/V³⁺）和负极区（V⁴⁺/V⁵⁺）C.正极区（V³⁺/V⁴⁺）和负极区（V⁵⁺/V²⁺）D.正极区（V⁵⁺/V³⁺）和负极区（V⁴⁺/V²⁺）5.飞轮储能的核心性能指标中，与转子材料强度直接相关的是（）。A.储能容量B.充放电效率C.功率密度D.能量密度6.铅酸电池的标称电压为（）。A.1.2VB.1.5VC.2.0VD.3.7V7.以下哪种因素不会显著影响电池的循环寿命？（）A.充放电倍率B.环境温度C.初始容量D.深度放电次数8.压缩空气储能系统中，常用的储气方式不包括（）。A.地下盐穴储气B.地上高压储罐储气C.地下含水层储气D.海洋漂浮式储气9.超级电容器的储能机制主要基于（）。A.法拉第电化学反应B.双电层物理吸附C.离子嵌入/脱嵌D.金属氧化还原反应10.钠硫电池的工作温度通常为（）。A.常温（25℃）B.中温（100200℃）C.高温（300350℃）D.低温（50℃以下）11.储能系统的“荷电状态（SOC）”是指（）。A.电池当前容量与额定容量的比值B.电池已释放容量与额定容量的比值C.电池剩余能量与总能量的比值D.电池充放电功率与额定功率的比值12.以下关于液流电池的描述，错误的是（）。A.功率与容量可独立设计B.循环寿命通常超过10000次C.电解质可长期循环使用D.能量密度高于锂离子电池13.飞轮储能的主要应用场景是（）。A.电网调峰（小时级储能）B.频率调节（秒级至分钟级）C.可再生能源消纳（日级储能）D.备用电源（小时级至天级）14.锂离子电池的热失控触发因素不包括（）。A.过充过放B.内部短路C.高倍率放电D.低SOC状态15.氢储能系统的能量转换效率（从电能到氢能再到电能）通常为（）。A.20%30%B.30%40%C.40%50%D.50%60%二、多项选择题（共10题，每题3分，共30分，少选得1分，错选不得分）1.以下属于电化学储能技术的有（）。A.钠离子电池B.压缩空气储能C.超级电容器D.铅炭电池2.影响锂离子电池能量密度的关键因素包括（）。A.正负极材料的比容量B.电解液的离子电导率C.电池的结构设计（如极片厚度）D.电池的工作温度3.抽水蓄能电站的主要组成部分包括（）。A.上水库与下水库B.水轮机发电机机组C.储气室D.输变电系统4.全钒液流电池的优点包括（）。A.安全性高（无燃爆风险）B.循环寿命长（>10000次）C.能量密度高（>200Wh/kg）D.环境友好（电解质可回收）5.飞轮储能系统的核心组件有（）。A.高速转子B.磁悬浮轴承C.电动/发电机D.电解液储罐6.铅酸电池的缺点包括（）。A.能量密度低（约3050Wh/kg）B.循环寿命短（约300500次）C.含有重金属铅，存在污染风险D.低温性能差7.储能系统的效率计算需考虑（）。A.充放电过程中的能量损耗（如焦耳热）B.转换设备（如变流器）的效率C.自放电损失（长期静置时的能量衰减）D.环境温度变化的影响8.以下关于钠硫电池的描述，正确的有（）。A.以β氧化铝陶瓷作为固体电解质B.正极活性物质为硫，负极活性物质为钠C.适用于常温环境D.能量密度较高（约150200Wh/kg）9.超级电容器的分类包括（）。A.双电层电容器（EDLC）B.法拉第准电容器（Pseudocapacitor）C.锂离子电容器（LiC）D.铅酸电容器（PbC）10.储能技术在电力系统中的应用场景包括（）。A.电网调峰（平衡昼夜负荷）B.可再生能源消纳（平滑风电/光伏输出）C.黑启动（为电网提供初始电源）D.用户侧峰谷电价套利三、填空题（共10题，每题2分，共20分）1.锂离子电池的负极材料通常为__________，正极材料常见类型包括三元材料（如NCM）、磷酸铁锂（LFP）和钴酸锂（LCO）。2.压缩空气储能系统按是否补燃可分为传统补燃式和__________（如先进绝热压缩空气储能）。3.飞轮储能的能量计算公式为E=½Jω²，其中J为转动惯量，ω为__________。4.全钒液流电池的正极反应式为V⁴⁺→V⁵⁺+e⁻（充电时），负极反应式为__________（充电时）。5.铅酸电池的放电反应式为PbO₂+Pb+2H₂SO₄→2PbSO₄+2__________。6.储能系统的“功率密度”是指单位质量或体积可提供的__________。7.氢储能的主要技术路径包括碱性水电解（AWE）、质子交换膜水电解（PEM）和__________（SOEC）。8.超级电容器的比电容（单位F/g）主要取决于电极材料的__________（如活性炭的比表面积）。9.钠硫电池的工作温度需维持在300350℃，主要是为了保证__________的离子导电性。10.抽水蓄能电站的水头是指上水库与下水库的__________差。四、简答题（共4题，第12题各6分，第34题各7分，共26分）1.简述锂离子电池的“SEI膜”及其作用。（封闭型）2.对比分析全钒液流电池与锂离子电池在储能场景中的适用性差异。（开放型）3.解释飞轮储能的“陀螺效应”对系统稳定性的影响及应对措施。（封闭型）4.从能量转换效率、寿命、成本三方面，分析抽水蓄能与电化学储能（以锂电池为例）的优缺点。（开放型）五、应用题（共2题，第1题12分，第2题14分，共26分）1.（计算类）某磷酸铁锂电池储能系统额定容量为100Ah（3.2V标称电压），放电深度（DOD）为80%，充放电效率为90%。若需满足某负载3小时内持续供电1.5kW的需求，计算至少需要多少节该电池串联？（需写出计算步骤）2.（综合分析类）某海岛微电网包含500kW光伏电站（日均发电2000kWh，发电时段集中在8:0016:00）、300kW柴油发电机（作为备用电源）和100户居民负载（日均总用电量1800kWh，负载曲线为：6:008:00200kW，8:0016:00150kW，16:0022:00300kW，22:006:0050kW）。（1）绘制该微电网的日负载需求与光伏输出的匹配曲线（需标注关键时间点的功率差）；（2）提出储能系统的容量配置方案（包括功率和能量需求），并说明选择储能技术类型（如锂电池、液流电池、抽水蓄能）的理由。答案及解析一、单项选择题1.C（物理储能包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能；化学储能包括电池类）2.A（充电时锂离子从正极脱嵌，嵌入负极；放电时反向迁移）3.C（抽水蓄能效率通常为70%85%，受水轮机、发电机效率影响）4.A（全钒液流电池正极反应为V⁴⁺↔V⁵⁺，负极反应为V²⁺↔V³⁺）5.D（飞轮能量密度E=½ρVω²r²，材料强度决定ω上限）6.C（铅酸电池单格标称电压2.0V）7.C（循环寿命主要受充放电倍率、温度、DOD影响，初始容量不直接影响寿命）8.D（压缩空气储气方式包括地下盐穴、含水层、地上高压罐，海洋漂浮式不常见）9.B（超级电容器主要基于双电层物理吸附储能，法拉第反应为赝电容）10.C（钠硫电池需高温维持固体电解质导电性）11.A（SOC定义为剩余容量与额定容量的比值）12.D（液流电池能量密度通常<50Wh/kg，低于锂电池）13.B（飞轮响应快，适合秒级至分钟级调频）14.D（热失控通常由过充、短路、高倍率等触发，低SOC状态风险低）15.C（氢储能效率约40%50%，包括电解制氢和燃料电池发电损耗）二、多项选择题1.ACD（压缩空气为物理储能）2.ABC（能量密度=容量×电压，与材料比容量、结构设计、电解液电导率相关；温度影响性能但非能量密度核心）3.ABD（储气室为压缩空气储能组件）4.ABD（液流电池能量密度低，通常<50Wh/kg）5.ABC（电解液储罐为液流电池组件）6.ABCD（铅酸电池能量密度低、寿命短、含铅、低温性能差）7.ABCD（效率需综合充放电损耗、设备效率、自放电、温度影响）8.ABD（钠硫电池需高温运行，常温下电解质无导电性）9.ABC（铅酸电容器非标准分类）10.ABCD（储能在电力系统中应用广泛，涵盖调峰、消纳、黑启动、用户侧套利）三、填空题1.石墨（或碳材料）2.非补燃式（或绝热式）3.角速度（或旋转角速度）4.V³⁺+e⁻→V²⁺（充电时负极发生还原反应）5.H₂O（水）6.功率（或有功功率）7.固体氧化物电解池8.比表面积（或表面活性位点）9.β氧化铝陶瓷（或固体电解质）10.水位（或垂直高度）四、简答题1.SEI膜（固体电解质界面膜）是锂离子电池首次充电时，电解液在负极表面发生还原反应形成的钝化膜。作用：（1）阻止电解液进一步分解，提高循环稳定性；（2）允许锂离子通过，阻碍电子传递，避免自放电；（3）保护负极材料结构，防止体积膨胀导致的粉化。2.适用性差异：（1）功率与容量：液流电池功率（由电堆决定）与容量（由电解液量决定）独立设计，适合大容量（MWh级以上）、长时间（4小时以上）储能；锂电池功率与容量耦合，适合中高能量密度（kWhMWh级）、短时间（14小时）储能。（2）安全性：液流电池电解液为水溶液，无燃爆风险，适合对安全要求高的场景（如城市电网）；锂电池存在热失控风险，需额外安全设计。（3）寿命：液流电池循环寿命>10000次，适合高频充放电（如可再生能源消纳）；锂电池循环寿命约30005000次，适合中等频率场景（如用户侧储能）。（4）成本：液流电池初始投资高但长期成本低（电解液可循环），适合长期运行项目；锂电池初始成本低但需定期更换，适合短期或容量需求灵活的场景。3.陀螺效应：高速旋转的飞轮会产生陀螺力矩，可能导致支撑结构振动或系统失稳。影响：（1）单飞轮系统中，陀螺力矩可能使轴承承受额外载荷，降低寿命；（2）多飞轮系统中，不同飞轮的旋转方向需对称设计，否则可能引发耦合振动。应对措施：（1）采用磁悬浮轴承减少机械摩擦，同时通过主动控制抵消陀螺力矩；（2）设计双飞轮系统（反向旋转），使陀螺力矩相互抵消；（3）优化转子动平衡，降低振动幅值；（4）使用柔性支撑结构，吸收陀螺力矩引起的变形。4.抽水蓄能vs锂电池：（1）能量转换效率：抽水蓄能效率70%85%，锂电池效率85%95%（更高）。（2）寿命：抽水蓄能寿命>50年（设备），锂电池循环寿命30005000次（约1015年）。（3）成本：抽水蓄能初始投资高（需建设水库、电站），但度电成本低（适合大规模、长期运行）；锂电池初始投资低（模块化），但度电成本高（需考虑更换电池）。优缺点总结：抽水蓄能适合大容量（GWh级）、长寿命、低运维成本场景（如电网调峰）；锂电池适合中容量（MWh级）、高效率、灵活部署场景（如分布式能源、用户侧储能）。五、应用题1.计算步骤：（1）负载3小时需电量：1.5kW×3h=4.5kWh=4500Wh。（2）单节电池可用能量：标称电压×容量×DOD×充放电效率=3.2V×100Ah×0.8×0.9=230.4Wh。（3）需要电池节数：4500Wh÷230.4Wh≈19.5