可再生能源是指清潔、綠色、低碳且可以重復(fù)利用的能源。本書(shū)結(jié)合新能源交叉學(xué)科的內(nèi)容，系統(tǒng)地闡述了可再生能源利用技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，并融入了思政元素，兼具航空、航天特色。全書(shū)共6章，第 1 章主要介紹人類利用能源的歷史及可再生能源的概念、各種形式；第2章主要介紹光伏和光熱利用技術(shù)的原理和分類，并給出了具體的實(shí)例；第3章主要介紹生物質(zhì)能的利用方法及生物質(zhì)能的利用現(xiàn)狀；第4章主要介紹風(fēng)能與水力發(fā)電的基本原理，重點(diǎn)介紹風(fēng)能、潮汐能、抽水蓄能和波浪能發(fā)電的應(yīng)用；第5章主要介紹地?zé)峒夹g(shù)的原理，重點(diǎn)介紹地?zé)豳Y源和地?zé)崮艿拈_(kāi)發(fā)應(yīng)用；第6章主要介紹氫的制備、儲(chǔ)存、應(yīng)用，以及燃料電池的分類和應(yīng)用原理。 本書(shū)可作為高等院校能源及動(dòng)力工程專業(yè)、工程熱物理專業(yè)的高年級(jí)本科生和研究生的教材，也可作為科研、工程技術(shù)人員的參考書(shū)。
鹿鵬，男，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師。中國(guó)宇航學(xué)會(huì)電推進(jìn)專業(yè)委員會(huì)委員。主持國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(2項(xiàng))、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題(2項(xiàng))、國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金重大儀器項(xiàng)目委托課題、江蘇省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、中國(guó)博士后科學(xué)基金等。參與"十二五”民用航天重大項(xiàng)目、國(guó)家級(jí)預(yù)研項(xiàng)目等重要縱向科研項(xiàng)目。
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 人類利用能源的歷史 1
1.2 可再生能源的發(fā)展背景與概念 2
1.2.1 可再生能源的發(fā)展背景 2
1.2.2 可再生能源的概念 4
1.3 能量的基本形式 5
1.3.1 動(dòng)能 5
1.3.2 勢(shì)能 6
1.3.3 電能 6
1.3.4 核能 7
1.3.5 熱能 7
1.3.6 光能 8
1.3.7 化學(xué)能 8
1.4 可再生能源的各種形式 9
1.4.1 太陽(yáng)能 9
1.4.2 水能 13
1.4.3 風(fēng)能 15
1.4.4 波浪能 16
1.4.5 生物質(zhì)能 16
1.4.6 潮汐能 16
1.4.7 地?zé)崮?16
1.5 可再生能源與能源可持續(xù)性 18
1.5.1 能源可持續(xù)性的解釋、定義和需求 19
1.5.2 提高能源可持續(xù)性的措施 22
1.5.3 實(shí)例：凈零能耗建筑 23
1.6 我國(guó)能源發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展目標(biāo) 24
1.6.1 發(fā)展現(xiàn)狀 24
1.6.2 發(fā)展目標(biāo) 25
第2章 光伏與光熱利用技術(shù) 26
2.1 太陽(yáng)與太陽(yáng)能 26
2.1.1 太陽(yáng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律 26
2.1.2 到達(dá)地面的太陽(yáng)能 27
2.1.3 全球和我國(guó)的太陽(yáng)能資源 27
2.2 光伏、光熱的發(fā)展背景 28
2.2.1 光伏發(fā)電面臨的問(wèn)題 28
2.2.2 光伏發(fā)電的前景 29
2.2.3 光熱發(fā)電面臨的問(wèn)題 31
2.2.4 光熱發(fā)電的前景 31
2.3 光伏發(fā)電技術(shù) 32
2.3.1 光伏發(fā)電的概念 32
2.3.2 光伏發(fā)電的分類 33
2.4 光伏發(fā)電原理與系統(tǒng) 33
2.4.1 光伏發(fā)電技術(shù)的背景知識(shí) 34
2.4.2 光伏電池特性 39
2.4.3 光伏發(fā)電系統(tǒng) 43
2.5 光熱利用技術(shù)與分類 46
2.5.1 太陽(yáng)房 47
2.5.2 太陽(yáng)灶 54
2.5.3 太陽(yáng)能吸收式制冷 62
2.5.4 太陽(yáng)能集熱器 63
2.6 光熱發(fā)電技術(shù)原理與相關(guān)分析 66
2.6.1 塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)理論分析 69
2.6.2 光熱發(fā)電技術(shù)4E分析 71
2.7 光伏光熱實(shí)例 74
2.7.1 光伏實(shí)例 74
2.7.2 光熱實(shí)例 77
2.7.3 光伏光熱組合實(shí)例 79
2.7.4 光熱發(fā)電與光伏發(fā)電的區(qū)別 80
2.8 光熱發(fā)電技術(shù)的最新進(jìn)展及未來(lái)方向 80
2.8.1 在太陽(yáng)能集熱器上的改進(jìn) 80
2.8.2 在傳熱流體上的改進(jìn) 81
2.8.3 光伏發(fā)電未來(lái)發(fā)展方向 82
第3章 生物質(zhì) 83
3.1 生物質(zhì)簡(jiǎn)介 83
3.2 生物質(zhì)能的形成、來(lái)源與利用轉(zhuǎn)化 83
3.2.1 生物質(zhì)能的形成 83
3.2.2 生物質(zhì)能的來(lái)源 85
3.2.3 生物質(zhì)能的利用轉(zhuǎn)化 86
3.3 直接燃燒 88
3.3.1 生物質(zhì)燃料的特性 88
3.3.2 生物質(zhì)燃料的燃燒過(guò)程 88
3.3.3 生物質(zhì)直接燃燒利用形式 89
3.4 壓縮成型 91
3.4.1 生物質(zhì)壓縮成型燃料的構(gòu)成 91
3.4.2 壓縮成型原理 92
3.4.3 壓縮成型工藝 92
3.4.4 壓縮成型工藝流程 94
3.5 氣化 96
3.5.1 氣化原理 96
3.5.2 氣化原料及應(yīng)用 96
3.5.3 氣化中的熱化學(xué)反應(yīng) 97
3.5.4 氣化設(shè)備 99
3.5.5 生物質(zhì)氣化技術(shù)面臨的問(wèn)題及展望 100
3.6 熱裂解 100
3.6.1 熱裂解工藝 100
3.6.2 熱裂解的基本過(guò)程 101
3.6.3 生物質(zhì)油的性質(zhì) 101
3.7 化學(xué)轉(zhuǎn)化 102
3.7.1 生物柴油 102
3.7.2 生物柴油的來(lái)源 103
3.7.3 生物柴油的反應(yīng)過(guò)程 103
3.7.4 生物柴油的優(yōu)點(diǎn) 104
3.8 生物轉(zhuǎn)化 104
3.8.1 厭氧消化 104
3.8.2 發(fā)酵 106
3.8.3 沼氣 107
3.8.4 生物醇 110
3.8.5 生物轉(zhuǎn)化法的應(yīng)用 114
3.9 生物質(zhì)能的利用現(xiàn)狀 117
3.9.1 主要障礙和挑戰(zhàn) 117
3.9.2 生物質(zhì)能與環(huán)境 118
3.9.3 生物質(zhì)能的未來(lái) 120
第4章 風(fēng)能與水力發(fā)電 123
4.1 風(fēng)的形成及風(fēng)能的利用 123
4.1.1 風(fēng)的形成 123
4.1.2 風(fēng)能的利用 125
4.2 風(fēng)能資源的分布 128
4.2.1 全球的風(fēng)能資源及分布 128
4.2.2 我國(guó)的風(fēng)能資源及其劃分 128
4.3 風(fēng)能的計(jì)算 129
4.3.1 風(fēng)能公式 129
4.3.2 風(fēng)力機(jī)理想能量輸出公式 130
4.4 風(fēng)力機(jī)的介紹 132
4.4.1 風(fēng)力機(jī)的類型和基本結(jié)構(gòu) 132
4.4.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率 134
4.5 世界風(fēng)電發(fā)展與環(huán)境影響 135
4.5.1 世界風(fēng)電發(fā)展概況 135
4.5.2 我國(guó)的風(fēng)能利用與存在的問(wèn)題 136
4.5.3 風(fēng)電的環(huán)境影響及展望 137
4.6 水力發(fā)電 138
4.6.1 水力發(fā)電基本原理 138
4.6.2 小型水電站類型 139
4.6.3 我國(guó)水電工程—白鶴灘水電站 141
4.7 水輪機(jī)的工作參數(shù)及類型 142
4.7.1 水輪機(jī)的工作參數(shù) 142
4.7.2 水輪機(jī)的類型 143
4.8 潮汐發(fā)電技術(shù) 145
4.8.1 潮汐發(fā)電的基本原理 145
4.8.2 我國(guó)潮汐能的開(kāi)發(fā)利用概況 145
4.9 抽水蓄能電站 146
4.9.1 抽水蓄能電站的工作原理、類型及特點(diǎn) 147
4.9.2 全球抽水蓄能的發(fā)展概況 148
4.10 波浪能發(fā)電 150
4.10.1 波浪能資源 150
4.10.2 波浪能轉(zhuǎn)換技術(shù) 151
4.10.3 各國(guó)的波浪能研發(fā)活動(dòng) 153
4.10.4 波浪能發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境影響和技術(shù)展望 155
第5章 地?zé)崮?157
5.1 地?zé)崮芨攀?157
5.2 地球內(nèi)部構(gòu)造 157
5.3 地?zé)醾鬟f方式 158
5.4 地?zé)豳Y源 160
5.4.1 地?zé)豳Y源的分類及特性 160
5.4.2 地?zé)豳Y源的研究狀況 164
5.4.3 地?zé)豳Y源的評(píng)估方法 165
5.4.4 地?zé)豳Y源的開(kāi)采技術(shù) 165
5.4.5 地?zé)豳Y源的生成與分布 166
5.4.6 我國(guó)地?zé)豳Y源 167
5.5 地?zé)崮艿睦?169
5.5.1 地?zé)崃黧w的物理和化學(xué)性質(zhì) 169
5.5.2 地?zé)崮艿睦酶艣r 169
5.5.3 我國(guó)地?zé)犭娬緫?yīng)用實(shí)例 179
5.6 地?zé)崮艿那熬?181
第6章 氫和燃料電池 183
6.1 氫能 183
6.2 氫的制備 185
6.2.1 熱化學(xué)制氫 185
6.2.2 電解制氫 188
6.2.3 生物制氫 189
6.2.4 微生物電解池制氫 190
6.3 氫的儲(chǔ)存 191
6.3.1 高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫 191
6.3.2 液態(tài)儲(chǔ)氫 192
6.3.3 固態(tài)儲(chǔ)氫 192
6.4 燃料電池概述 193
6.4.1 燃料電池的構(gòu)成與原理 193
6.4.2 常見(jiàn)的燃料電池 194
6.4.3 燃料電池的反應(yīng)與能量 196
6.4.4 我國(guó)燃料電池事業(yè)的發(fā)展—衣寶廉院士五十載的堅(jiān)守與創(chuàng)新 197
6.5 燃料電池的類型 199
6.5.1 AFC 200
6.5.2 MCFC 200
6.5.3 PAFC 201
6.5.4 SOFC 202
6.5.5 PEMFC 203
6.5.6 各類燃料電池的運(yùn)行特性 204
6.6 燃料電池中電解質(zhì)的類型 206
6.6.1 堿性電解質(zhì)燃料電池 206
6.6.2 酸性電解質(zhì)燃料電池 207
6.7 微生物燃料電池 207
6.7.1 微生物燃料電池的歷史和演變 208
6.7.2 微生物燃料電池的原理 208
6.7.3 微生物燃料電池的優(yōu)點(diǎn)與應(yīng)用 209
參考文獻(xiàn) 211
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