《儲能原理及技術(shù)》課程教學(xué)大綱

儲能原理及技術(shù)（PrinciplesandTechnologyforEnergyStorage）課程基本信息課程編號：04021241課程總學(xué)時：32實驗學(xué)時：0學(xué)時課程性質(zhì)：選修課程屬性:創(chuàng)業(yè)教育類開設(shè)學(xué)期：第5學(xué)期適用專業(yè)：農(nóng)業(yè)建筑環(huán)境與能源工程對先修的要求：傳熱學(xué)、工程熱力學(xué)、流體力學(xué)對后續(xù)的支撐：培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和實踐能力，為后續(xù)畢業(yè)設(shè)計及實驗提供理論與實踐的基礎(chǔ)。一、課程的教學(xué)理念、性質(zhì)、目標(biāo)和任務(wù)《儲能原理及技術(shù)》是農(nóng)業(yè)建筑環(huán)境與能源工程專業(yè)的一門創(chuàng)業(yè)教育類選修課，是一門注重理論聯(lián)系實踐的課程。本課程按照本體技術(shù)-集成技術(shù)-工程應(yīng)用的思路進行講授，首先講解抽水蓄能、壓縮空氣儲能、電化學(xué)儲能、氫儲能、儲熱及飛輪儲能、超導(dǎo)儲能、超級電容器等儲能技術(shù)的原理、特性和應(yīng)用，隨后講解儲能集成的主要模式、基本原理和運行控制方法等，最后介紹儲能經(jīng)濟性分析的基本原理和方法，以及提高儲能經(jīng)濟性的方法。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解儲能在新能源規(guī)?；l(fā)展、現(xiàn)代電網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的重要作用和發(fā)展情況，掌握儲能的基本概念、主要分類以及常見儲能方式的基本原理、特點、關(guān)鍵設(shè)備及應(yīng)用和發(fā)展前景等，提高學(xué)生在新能源領(lǐng)域從事技術(shù)工作和科學(xué)研究的能力與素質(zhì)，為學(xué)生在本專業(yè)的長遠發(fā)展打下基礎(chǔ)。課程教學(xué)過程以學(xué)習(xí)產(chǎn)出為導(dǎo)向，按照理論傳授、課堂討論、案例解析相結(jié)合的教學(xué)方法，結(jié)合科技最新成果等開展思政教育，理論與實踐緊密結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力與創(chuàng)新精神。二、課程教學(xué)的基本要求1.理論知識方面：重點掌握能量轉(zhuǎn)換和存儲與利用、儲熱原理與技術(shù)、相變材料與相變儲能原理與技術(shù)、電化學(xué)儲能原理與技術(shù)、儲氫原理與技術(shù)、機械類儲能原理與技術(shù)和電氣類儲能原理與技術(shù)等，同時了解國內(nèi)外儲能技術(shù)的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用前景。2.實驗技能方面：無。三、課程的教學(xué)設(shè)計 1.教學(xué)設(shè)計說明以培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型人才為目標(biāo)，堅持能力產(chǎn)出為導(dǎo)向，使學(xué)生掌握儲能基本原理和關(guān)鍵技術(shù)，具備從事儲能設(shè)備設(shè)計和解決實際問題的能力。通過課程講解、案例教學(xué)、自主探究、課外思考和問題討論等提高學(xué)生理論知識水平、自主學(xué)習(xí)能力、應(yīng)用設(shè)計實際能力、分析能力以及實踐創(chuàng)新能力。教學(xué)內(nèi)容在組織實施中分為兩部分，課程講授和案例教學(xué)為一部分，主要是儲能的概念及分類、各類儲能技術(shù)的基本原理、儲能系統(tǒng)的構(gòu)成、儲能材料和儲能器件的基本特性等基礎(chǔ)性內(nèi)容，另一部分通過課程布置主題討論或者線下完成議題思考、系統(tǒng)設(shè)計等進行。教學(xué)策略以調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)、提高學(xué)習(xí)興趣為主，采用綜合課程講授、線上和線下討論等多種形式的教學(xué)方法。相應(yīng)的學(xué)習(xí)過程評價為多元體系，既包括課堂考勤、回答問題、聽課情況等，也包括線下內(nèi)容完成與講解過程評價，再結(jié)合課程實驗和考試環(huán)節(jié)進行綜合評價。2.課程目標(biāo)及對畢業(yè)要求的支撐序號課程目標(biāo)畢業(yè)要求1能夠掌握儲能技術(shù)的基本原理、儲能系統(tǒng)的構(gòu)成、儲能材料和儲能器件的基本特性等。1.工程知識2能夠綜合運用傳熱、工熱、材料等學(xué)科知識，對儲能技術(shù)的問題進行綜合分析，并得出有效結(jié)論。2.問題分析3能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對能源存儲的相關(guān)科學(xué)和工程問題開展研究，分析并得到合理的解決方案。3.研究4了解國內(nèi)外儲能技術(shù)的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用前景，拓寬知識，具有不斷適應(yīng)新儲能技術(shù)發(fā)展的能力。12.終身學(xué)習(xí)四、理論教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時分配（32學(xué)時）第一章緒論學(xué)時數(shù)：2教學(xué)目標(biāo)：掌握儲能的概念、作用及分類；了解儲能技術(shù)發(fā)展史和未來儲能發(fā)展動向。教學(xué)重點和難點：儲能的概念和分類；儲能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)。主要教學(xué)內(nèi)容及要求：了解：儲能的應(yīng)用背景、儲能的重要性。理解：儲能技術(shù)發(fā)展方向及挑戰(zhàn)。掌握：儲能概念、儲能技術(shù)分類及特點。熟練掌握：新能源技術(shù)中的儲能技術(shù)及應(yīng)用。教學(xué)組織與實施：課前指導(dǎo)學(xué)生查閱課程相關(guān)文獻資料，課堂教學(xué)在講授型教學(xué)基礎(chǔ)上，實行主題探究式、小組協(xié)作式、案例教學(xué)式等教學(xué)策略。第二章儲熱學(xué)時數(shù)：8教學(xué)目標(biāo)：掌握儲熱基本原理與概念、儲熱基本方式與材料、儲熱理論基礎(chǔ)等。掌握顯熱儲存的原料和有關(guān)材料的篩選、設(shè)計原則。掌握相變儲熱的原理、相變材料的分類、相變儲熱技術(shù)的應(yīng)用、相變材料的封裝與強化換熱措施等。掌握熱化學(xué)儲熱的基本原理、分類以及應(yīng)用，掌握儲熱系統(tǒng)的熱力學(xué)評價方法。教學(xué)重點和難點：儲熱原理和儲熱技術(shù)分類、儲熱材料特性，儲熱理論基礎(chǔ)。典型儲熱技術(shù)的工作原理和工作特性。相變儲熱原理與技術(shù)、相變儲熱材料的特性及篩選依據(jù)，相變材料的封裝與強化換熱。熱化學(xué)儲熱的基本原理，熱化學(xué)儲熱系統(tǒng)的設(shè)計。主要教學(xué)內(nèi)容及要求：了解：儲熱技術(shù)應(yīng)用與新進展，儲熱系統(tǒng)熱力學(xué)評價的重要性。理解：儲熱技術(shù)新進展，儲熱的熱力學(xué)基礎(chǔ)，充放熱過程的熱力學(xué)表達式。掌握：儲熱基本原理、基本方式與材料，吸附儲熱和熱化學(xué)反應(yīng)儲熱的基本原理與熱載體特性，充放熱過程的焓變計算、火用變化計算。熟練掌握：可逆性、反應(yīng)速度、反應(yīng)動力學(xué)等熱化學(xué)儲熱體系的反應(yīng)特性分析，典型儲熱系統(tǒng)的熱力學(xué)模型構(gòu)建與分析方法，儲熱系統(tǒng)的熱力學(xué)分析和傳熱傳質(zhì)問題分析。教學(xué)組織與實施：課前指導(dǎo)學(xué)生查閱課程相關(guān)文獻資料，課堂教學(xué)在講授型教學(xué)基礎(chǔ)上，實行主題探究式、小組協(xié)作式、案例教學(xué)式等教學(xué)策略。第三章機械儲能學(xué)時數(shù)：6教學(xué)目標(biāo)：掌握抽水蓄能電站的工作原理、系統(tǒng)構(gòu)成、類別以及蓄能水庫的能量特性。掌握壓縮空氣儲能的基本原理與關(guān)鍵設(shè)備特性。掌握飛輪儲能的工作原理、系統(tǒng)構(gòu)成以及技術(shù)特點等。教學(xué)重點和難點：蓄能水庫的能量特性，壓縮空氣儲能原理，實踐中壓縮空氣儲能型式和參數(shù)的選擇。輪儲能的工作原理，飛輪儲能中的關(guān)鍵技術(shù)。主要教學(xué)內(nèi)容及要求：了解：抽水蓄能電站的發(fā)展歷程，壓縮空氣儲能的作用及應(yīng)用情況，飛輪儲能的發(fā)展前景。理解：抽水蓄能電站的基本概念，壓縮空氣儲能的分類及技術(shù)路線，飛輪轉(zhuǎn)子的設(shè)計原則。掌握：抽水蓄能電站的工作原理、系統(tǒng)構(gòu)成以及分類等，壓縮空氣儲能的基本原理與系統(tǒng)構(gòu)成，飛輪儲能的工作原理、系統(tǒng)構(gòu)成、關(guān)鍵技術(shù)等。熟練掌握：抽水蓄能電站的綜合效率計算方法，壓縮空氣儲能系統(tǒng)的循環(huán)效率計算方法，飛輪系統(tǒng)技術(shù)特點和應(yīng)用范圍。教學(xué)組織與實施：課前指導(dǎo)學(xué)生查閱課程相關(guān)文獻資料，課堂教學(xué)在講授型教學(xué)基礎(chǔ)上，實行主題探究式、小組協(xié)作式、案例教學(xué)式等教學(xué)策略。第四章電化學(xué)儲能學(xué)時數(shù)：8教學(xué)目標(biāo)：掌握電化學(xué)儲能技術(shù)的分類及關(guān)鍵技術(shù)，鉛酸電池、鋰離子電池、液流電池的工作原理與結(jié)構(gòu)、工作方式及充放電特性等。教學(xué)重點和難點：電化學(xué)儲能的關(guān)鍵技術(shù)，鉛酸電池、鋰離子電池、液流電池的工作原理與結(jié)構(gòu)，充放電特性。主要教學(xué)內(nèi)容及要求：了解：電化學(xué)儲能的作用，鉛酸電池、鋰離子電池、液流電池的應(yīng)用場景。理解：電化學(xué)儲能的基本概念，鉛酸電池、鋰離子電池、液流電池的電化學(xué)過程。掌握：電化學(xué)儲能技術(shù)的分類及特點，鉛酸電池、鋰離子電池、液流電池的原理與結(jié)構(gòu)、工作方式與充放電特性等。熟練掌握：鉛酸電池、鋰離子電池、液流電池的技術(shù)特點。教學(xué)組織與實施：課前指導(dǎo)學(xué)生查閱課程相關(guān)文獻資料，課堂教學(xué)在講授型教學(xué)基礎(chǔ)上，實行主題探究式、小組協(xié)作式、案例教學(xué)式等教學(xué)策略。第五章電磁儲能學(xué)時數(shù)：2教學(xué)目標(biāo)：掌握超導(dǎo)、超級電容儲能的工作原理、構(gòu)成及關(guān)鍵技術(shù)等。教學(xué)重點和難點：超導(dǎo)與超級電容儲能的工作原理，電磁儲能的關(guān)鍵技術(shù)。主要教學(xué)內(nèi)容及要求：了解：電磁類儲能技術(shù)的應(yīng)用前景與發(fā)展前景。理解：超導(dǎo)儲能的電磁轉(zhuǎn)換過程、電容器的電化學(xué)反應(yīng)過程等。掌握：超導(dǎo)與超級電容儲能的工作原理，電磁儲能的關(guān)鍵技術(shù)。熟練掌握：超導(dǎo)與超級電容儲能的技術(shù)特點。教學(xué)組織與實施：課前指導(dǎo)學(xué)生查閱課程相關(guān)文獻資料，課堂教學(xué)在講授型教學(xué)基礎(chǔ)上，實行主題探究式、小組協(xié)作式、案例教學(xué)式等教學(xué)策略。第六章氫儲能學(xué)時數(shù)：2教學(xué)目標(biāo)：掌握氫的制備、純化、存儲的基本原理和特點。教學(xué)重點和難點：氫氣的制備原理，純化方法和儲氫原理。主要教學(xué)內(nèi)容及要求：了解：氫儲能技術(shù)的應(yīng)用前景與發(fā)展前景。理解：氫儲能的開發(fā)和應(yīng)用環(huán)節(jié)及作用。掌握：氫氣的制備，純化和儲氫三個環(huán)節(jié)的典型方法和基本原理。熟練掌握：氫儲能的技術(shù)特點。教學(xué)組織與實施：課前指導(dǎo)學(xué)生查閱課程相關(guān)文獻資料，課堂教學(xué)在講授型教學(xué)基礎(chǔ)上，實行主題探究式、小組協(xié)作式、案例教學(xué)式等教學(xué)策略。第七章儲能電站運行控制學(xué)時數(shù)：2教學(xué)目標(biāo)：了解儲能系組成方式、運行控制方式。教學(xué)重點和難點：儲能系統(tǒng)集成運行的基本概念、原理和影響因素。主要教學(xué)內(nèi)容及要求：了解：儲能電站應(yīng)用場景。理解：典型應(yīng)用場景下儲能電站運行控制方式。掌握：大規(guī)模儲能系統(tǒng)運行的影響因素。熟練掌握：電池儲能的電池成組技術(shù)和電池模組集成技術(shù)。教學(xué)組織與實施：課前指導(dǎo)學(xué)生查閱課程相關(guān)文獻資料，課堂教學(xué)在講授型教學(xué)基礎(chǔ)上，實行主題探究式、小組協(xié)作式、案例教學(xué)式等教學(xué)策略。第八章儲能經(jīng)濟性分析學(xué)時數(shù)：2教學(xué)目標(biāo)：掌握儲能經(jīng)濟性分析的基礎(chǔ)理論與方法。教學(xué)重點和難點：儲能經(jīng)濟性分析的概念、意義、要素及分析原理。主要教學(xué)內(nèi)容及要求：了解：儲能經(jīng)濟性分析的必要性。理解：儲能經(jīng)濟性分析的基本概念、分析方法和原理。掌握：發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)經(jīng)濟性分析的方法。熟練掌握：儲能梯次利用的性能指標(biāo)和經(jīng)濟性分析方法。教學(xué)組織與實施：課前指導(dǎo)學(xué)生查閱課程相關(guān)文獻資料，課堂教學(xué)在講授型教學(xué)基礎(chǔ)上，實行主題探究式、小組協(xié)作式、案例教學(xué)式等教學(xué)策略。五、課程思政黨的十八大首次提出“推動能源生產(chǎn)和消費革命”，建設(shè)清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系，力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060年前實現(xiàn)碳中和，是我國能源安全和能源革命的主要目標(biāo)。儲能可彌補風(fēng)、光等新能源發(fā)電隨機性強與可調(diào)度性低的先天缺陷，促進新能源汽車與能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，在生產(chǎn)側(cè)和消費側(cè)實現(xiàn)主體能源由化石能源向新能源的更替，是保證能源安全，支撐能源革命，實現(xiàn)雙碳目標(biāo)的最核心的物理手段。儲能原理及技術(shù)課程是在國家重大戰(zhàn)略背景下開設(shè)的一門以新技術(shù)為主導(dǎo)，多學(xué)科交叉的專業(yè)課，在課堂講授中，要引導(dǎo)學(xué)生扎實掌握知識，用于擔(dān)當(dāng)社會責(zé)任，為國家雙碳目標(biāo)貢獻力量。六、教材及教學(xué)參考書1.選用教材：儲能技術(shù)，梅生偉、李建林、朱建全等編著，機械工業(yè)出版社，2022年2.參考書：（1）儲能原理與技術(shù)（第2版）．黃志高．中國水利水電出版社,2020（2）儲能技術(shù)應(yīng)用及案例分析．楊少波．中國電力出版社,2022（3）電網(wǎng)儲能技術(shù)．貝努瓦·雷恩．機械工業(yè)出版社,2017（4）新能源系統(tǒng)儲能原理與技術(shù)．李強．機械工業(yè)出版社,20223.推薦網(wǎng)站（線上資源）：（1）儲能原理與技術(shù)，/course/FJNU-1206412806?tid=1468781518（2）中國儲能網(wǎng)，/（3）北極星儲能網(wǎng)，/七、教學(xué)條件學(xué)校教室可提供本課程日常理論教學(xué)所需的場地和多媒體設(shè)備，保證教學(xué)活動的順利進