本教材結(jié)合可再生能源利用技術(shù)與應用發(fā)展趨勢,基于能量轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)知識,主要介紹了太陽能、生物質(zhì)能、風能、地熱能、水能等可再生能源及其物理與電化學儲能技術(shù),對其基本理論和主要利用技術(shù)與應用進行了系統(tǒng)闡述,同時涉及可再生能源儲能科學與技術(shù)、資源狀況、發(fā)展現(xiàn)狀和前景、經(jīng)濟環(huán)境特性等。通過本教材的學習,可為新能源材料與器件、儲能科學與工程等專業(yè)學生學習后續(xù)課程及從事專業(yè)工作奠定初步的理論基礎(chǔ)。
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1995.09-1999.07 山西大學 本科
2000.09-2004.03 北京理工大學 碩博連讀
2004-至今,北京理工大學工作
2011.10-2012.04 美國阿貢國家實驗室 訪問學者
2013.07-2013.09 英國劍橋大學 訪問學者
目錄
叢書序
序
前言
第1章 走進能源世界 1
1.1 能源的基本概念 2
1.1.1 能源的定義和分類 2
1.1.2 能源的形式與轉(zhuǎn)換 3
1.1.3 能源的效率與標識 4
1.2 能源、經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境 5
1.2.1 能源利用與經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)系 5
1.2.2 能源開發(fā)與環(huán)境保護 6
1.2.3 能源、經(jīng)濟與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展策略 8
1.3 國內(nèi)外可再生能源開發(fā)及利用概況 9
1.3.1 傳統(tǒng)能源消耗與危機 9
1.3.2 可再生能源需求分析 13
1.3.3 可再生能源開發(fā)及利用 14
1.4 可再生能源市場形勢與發(fā)展趨勢 18
1.4.1 國外可再生能源參與市場的先進經(jīng)驗 19
1.4.2 國內(nèi)可再生能源產(chǎn)業(yè)特點及發(fā)展方向 20
思考題 24
參考文獻 24
第2章 太陽能光電轉(zhuǎn)換技術(shù) 26
2.1 太陽概況 27
2.1.1 太陽與太陽輻射 27
2.1.2 太陽能的特點 29
2.1.3 太陽能的利用形式 29
2.2 太陽能光伏發(fā)電 31
2.2.1 太陽能電池發(fā)電的基本原理與特性 31
2.2.2 太陽能電池的分類與關(guān)鍵技術(shù)研究 39
2.2.3 太陽能電池的制造工藝 52
2.2.4 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng) 56
2.3 我國太陽能光電轉(zhuǎn)換應用的現(xiàn)狀 58
2.3.1 太陽能資源分布 58
2.3.2 太陽能光電轉(zhuǎn)換應用實例 60
2.3.3 國家政策及未來發(fā)展趨勢 61
2.4 太陽能電池的發(fā)展前景與經(jīng)濟技術(shù)評價 63
2.4.1 太陽能電池的發(fā)展前景 63
2.4.2 太陽能電池經(jīng)濟技術(shù)評價 64
2.4.3 太陽能電池行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)及機遇 64
思考題 67
參考文獻 67
第3章 生物質(zhì)能利用技術(shù) 70
3.1 生物質(zhì)能概述 71
3.1.1 生物質(zhì)與生物質(zhì)能的概念 71
3.1.2 生物質(zhì)能的生物來源及其特性 72
3.1.3 生物質(zhì)能存在形式 74
3.2 生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術(shù) 76
3.2.1 直接燃燒 76
3.2.2 物化轉(zhuǎn)化 78
3.2.3 生化轉(zhuǎn)化 80
3.2.4 催化轉(zhuǎn)化 81
3.3 生物質(zhì)發(fā)電技術(shù) 83
3.3.1 生物質(zhì)發(fā)電原理 83
3.3.2 燃燒發(fā)電 84
3.3.3 熱解發(fā)電 85
3.3.4 氣化發(fā)電 88
3.3.5 厭氧消化發(fā)電 90
3.4 生命周期評價 93
3.4.1 生命周期評價框架 93
3.4.2 生命周期評價實例 94
3.5 生物質(zhì)能應用實例 98
3.5.1 生物質(zhì)能在航天航空領(lǐng)域的應用 98
3.5.2 生物質(zhì)能在儲能工業(yè)領(lǐng)域的應用 100
3.6 生物質(zhì)能利用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 103
思考題 106
參考文獻 107
第4章 風能利用技術(shù) 109
4.1 風能資源 109
4.1.1 風能的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀 110
4.1.2 風的形成與特性 110
4.1.3 風力資源分布 113
4.2 風能的轉(zhuǎn)化與開發(fā)利用 115
4.2.1 風能的轉(zhuǎn)化 116
4.2.2 風能預測系統(tǒng) 118
4.2.3 風能的開發(fā)利用 120
4.3 風力發(fā)電技術(shù) 123
4.3.1 風力發(fā)電類型 125
4.3.2 風力發(fā)電能量轉(zhuǎn)換 126
4.3.3 風力發(fā)電基本原理 127
4.3.4 風力發(fā)電的電網(wǎng)連接方式 133
4.3.5 選址建廠 136
4.4 案例分析 137
思考題 140
參考文獻 140
第5章 地熱能利用技術(shù) 142
5.1 地熱能概述 142
5.1.1 地熱能的產(chǎn)生與分類 143
5.1.2 地熱能的分布 145
5.2 地熱資源開采的主要設(shè)備 148
5.2.1 鉆機 148
5.2.2 鉆進液 153
5.3 地熱能的利用方式 154
5.3.1 地熱發(fā)電 155
5.3.2 地熱供暖 159
5.3.3 地熱務農(nóng) 167
5.3.4 地熱行醫(yī) 169
5.4 地熱資源開采中的主要問題及解決方法 169
5.4.1 地熱腐蝕 169
5.4.2 地熱結(jié)垢 171
5.4.3 其他問題 173
思考題 177
參考文獻 177
第6章 水能、水力發(fā)電與海洋能利用 179
6.1 水能概述 179
6.1.1 水能與水力資源的特點 180
6.1.2 水能與水力資源的利用 180
6.2 水力發(fā)電 180
6.2.1 水力發(fā)電的基本原理 181
6.2.2 水電站的分類 182
6.2.3 水電站的組成 183
6.2.4 水力發(fā)電面臨的主要問題 184
6.3 海洋能 188
6.3.1 海洋能的特點 188
6.3.2 潮汐能 188
6.3.3 波浪能 190
6.3.4 溫差能 192
6.3.5 鹽差能 193
6.4 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 194
6.4.1 水力發(fā)電 194
6.4.2 海洋能 195
思考題 200
參考文獻 200
第7章 可再生能源物理儲能科學與技術(shù) 203
7.1 物理儲能戰(zhàn)略需求 203
7.2 主流物理儲能技術(shù) 204
7.2.1 抽水蓄能 204
7.2.2 壓縮空氣儲能 210
7.2.3 飛輪儲能 216
7.3 新興物理儲能技術(shù) 221
7.3.1 機械彈性儲能 221
7.3.2 電磁儲能 225
7.3.3 蓄熱技術(shù) 233
7.4 物理儲能技術(shù)的挑戰(zhàn)與建議 236
思考題 238
參考文獻 239
第8章 可再生能源電化學儲能科學與技術(shù) 241
8.1 概述 242
8.2 電化學儲能 243
8.2.1 鋰離子電池 243
8.2.2 鈉基電池 248
8.2.3 鉛酸電池 261
8.2.4 液流電池 263
8.2.5 新體系電池 268
8.3 電化學儲能電池資源循環(huán)再利用 277
8.3.1 退役電池的梯次利用 278
8.3.2 退役電池的資源化處理 279
8.3.3 國外電化學儲能電池資源循環(huán)再利用現(xiàn)狀 280
8.3.4 國內(nèi)電化學儲能電池資源循環(huán)再利用現(xiàn)狀 281
8.4 電化學儲能技術(shù)的未來發(fā)展趨勢與技術(shù)挑戰(zhàn) 282
思考題 284
參考文獻 285
附錄1 主要符號表 289
附錄2 太陽能資源領(lǐng)域標準的分類匯總 291
附錄3 生物質(zhì)能源國家標準 293
附錄4 鋰離子電池國家標準 294