《可再生能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)》一書的目的是為讀者全面提供可再生能源領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí)，使讀者對(duì)該領(lǐng)域的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢(shì)有所了解。《可再生能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)》共分為5章。第1章介紹了可再生能源的重要性以及影響可再生能源發(fā)展的因素。第2章和第3章介紹了光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)這兩種目前應(yīng)用為廣泛的可再生能源系統(tǒng)，并以較為詳細(xì)的篇幅介紹了各自系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析。第4章主要介紹了在可再生能源系統(tǒng)中占有重要地位的儲(chǔ)能系統(tǒng)，對(duì)蓄電池、燃料電池、飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容器、超導(dǎo)儲(chǔ)能、抽水儲(chǔ)能和壓縮空氣儲(chǔ)能進(jìn)行了討論。第5章主要介紹了新型的可再生能源，包括海水溫差發(fā)電、潮汐能發(fā)電、波浪能發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、地?zé)崮馨l(fā)電、太陽熱能發(fā)電和衛(wèi)星發(fā)電等內(nèi)容。
適讀人群 ：從事可再生能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用的工程師，電氣或機(jī)械工程專業(yè)高年級(jí)本科生或低年級(jí)研究生
化石燃料的局限性正促使科學(xué)家和工程師尋找能夠滿足未來能源需求的替代能源。《可再生能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)》一書為可再生能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供了重要參考。本書作者Ziyad Salameh博士在可再生能源領(lǐng)域擁有超過30年的教學(xué)、研究和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。本書為讀者提供了光伏、風(fēng)能和風(fēng)光混合系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)，探討了可再生能源儲(chǔ)能裝置，重點(diǎn)是蓄電池和燃料電池，以及包括生物質(zhì)能、地?zé)崮芎统毕艿仍趦?nèi)的新興可再生能源技術(shù)。《可再生能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)》為工程師和學(xué)生提供了流行的可再生能源系統(tǒng)的特點(diǎn)、運(yùn)行原理和應(yīng)用潛力，是一本全面而實(shí)用的指導(dǎo)書。
《可再生能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)》的主要特點(diǎn)包括：
1）用圖表和示例來說明和演示太陽能、風(fēng)能、風(fēng)光混合動(dòng)力和新興可再生能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行原理；
2）利用案例研究幫助工程師預(yù)見并克服常見的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)；
3）探討可再生能源儲(chǔ)存方式，特別是蓄電池、燃料電池和新興可再生能源儲(chǔ)能技術(shù)。
《可再生能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)》內(nèi)容豐富，讀者可根據(jù)具體從事的專業(yè)對(duì)部分章節(jié)予以取舍。
原書前言
近年來，世界對(duì)于能源的需求總量不斷增長(zhǎng)，但地球上的化石燃料儲(chǔ)量是有限的，終有一天將難以為繼。能源對(duì)于工業(yè)發(fā)展和人類生活都至關(guān)重要。對(duì)化石燃料枯竭的憂慮促使科學(xué)家和工程師們不斷尋找可滿足未來需求的替代能源。人們逐漸意識(shí)到，這種能源必須是可持續(xù)供應(yīng)的，可再生的，而且是無污染的。本書的主要內(nèi)容就是對(duì)這些新型能源進(jìn)行介紹。
《可再生能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)》是以電氣或機(jī)械工程專業(yè)高年級(jí)本科生或低年級(jí)研究生為對(duì)象的課程教材。此外，本書還可為從事可再生能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用的工程師提供參考。本書要求的先修課程包括基本電路、物理、化學(xué)和數(shù)學(xué)等工程類本科生必修的課程。本書內(nèi)容可供一個(gè)學(xué)期的課堂講授。
《可再生能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)》的目的是為讀者全面提供可再生能源領(lǐng)域的知識(shí)，并使其對(duì)該領(lǐng)域的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢(shì)有所了解。本著實(shí)用的原則，可再生能源相關(guān)的概念在本書中都有相應(yīng)深度的介紹。讀者一旦學(xué)習(xí)了本書內(nèi)容，即可考慮將所學(xué)應(yīng)用至實(shí)際生活中。
《可再生能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)》共分為5章。第1章介紹了可再生能源的重要性。第2章和第3章介紹了光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電這兩種目前應(yīng)用最為廣泛的可再生能源發(fā)電技術(shù)，并以較為詳細(xì)的篇幅介紹了其設(shè)計(jì)與分析。
第4章主要介紹了在可再生能源系統(tǒng)中占有重要地位的儲(chǔ)能系統(tǒng)，對(duì)蓄電池、燃料電池、飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容器、超導(dǎo)儲(chǔ)能、抽水儲(chǔ)能和壓縮空氣儲(chǔ)能進(jìn)行了討論。第5章主要介紹了新型的可再生能源，包括海水溫差發(fā)電、潮汐能發(fā)電、波浪能發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、地?zé)崮馨l(fā)電、太陽熱能發(fā)電和衛(wèi)星發(fā)電。
Ziyad Salameh博士是馬薩諸塞州立大學(xué)洛厄爾分校電子與計(jì)算機(jī)工程系教授，前系主任。他也是該校電動(dòng)汽車和能源轉(zhuǎn)換中心主任。在過去的30年里，他的研究重點(diǎn)是電力電子、電池的開發(fā)和測(cè)試、電動(dòng)汽車、風(fēng)光混合發(fā)電系統(tǒng)、超級(jí)電容器和燃料電池的測(cè)試。他定期教授可再生能源系統(tǒng)的研究生課程。他是IEEE終身高級(jí)會(huì)員，并被授予2015年IEEE電力與能源協(xié)會(huì)Ramakumar Family可再生能源卓越獎(jiǎng)。
目錄
譯者序
原書前言
第1章促進(jìn)可再生能源發(fā)展的因素1
1.1引言1
1.2美國(guó)和全球發(fā)電耗能2
1.3影響可再生能源使用的因素4
1.3.1高油價(jià)的影響4
1.3.2化石燃料對(duì)可再生能源的影響10
1.4全球變暖和可再生能源使用17
1.4.1全球變暖概覽20
1.4.2全球變暖和海平面上升21
1.4.3其他關(guān)于全球變暖的憂慮22
1.4.4遏制全球變暖的措施23
1.5結(jié)論24
參考文獻(xiàn)24
第2章光伏發(fā)電26
2.1引言26
2.2太陽輻射特征27
2.2.1太陽常數(shù)27
2.2.2太陽輻射的日變化和季節(jié)變化27
2.2.3陽光直射和漫射27
2.2.4大氣質(zhì)量27
2.2.5峰值日照時(shí)數(shù)29
2.3光伏轉(zhuǎn)換31
2.3.1原子數(shù)31
2.3.2光伏電池的性質(zhì)和特征：p-n結(jié)33
2.4光伏電池、模塊、面板和陣列的性能評(píng)估35
2.4.1伏安特性35
2.4.2功率-電壓特性36
2.4.3光伏模塊的最大功率點(diǎn)36
2.4.4電阻負(fù)載對(duì)工作點(diǎn)的影響37
2.4.5光伏電池的等效電路39
2.4.6開路電壓和短路電流41
2.4.7噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室模型41
2.5光伏器件的連接43
2.5.1光伏器件的串聯(lián)43
2.5.2光伏器件的并聯(lián)44
2.5.3阻流二極管45
2.5.4旁路二極管46
2.5.5光伏電池面板朝向46
2.6光伏陣列的優(yōu)化47
2.6.1簡(jiǎn)介47
2.6.2阻抗匹配方法48
2.6.3電池儲(chǔ)能方法49
2.6.4太陽能聚光方法49
2.6.5太陽跟蹤控制方法51
2.6.6電動(dòng)光伏陣列重構(gòu)方法52
2.6.7最大功率點(diǎn)跟蹤方法54
2.7光伏系統(tǒng)58
2.7.1光伏系統(tǒng)的分類58
2.7.2光伏系統(tǒng)的組成60
2.7.3帶電池儲(chǔ)能的獨(dú)立光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)64
2.8光伏技術(shù)的應(yīng)用69
2.8.1太陽能發(fā)電的演變歷史69
2.8.2便攜式面板和發(fā)電裝置73
2.8.3使用光伏發(fā)電的家庭和偏遠(yuǎn)村莊74
2.8.4集中式光伏電站77
2.8.5前景展望77
2.9并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的問題和需求78
2.9.1簡(jiǎn)介78
2.9.2電力公司和可再生能源客戶的交互79
習(xí)題82
參考文獻(xiàn)84
第3章風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)86
3.1引言86
3.2風(fēng)的特性90
3.2.1平均風(fēng)速90
3.2.2風(fēng)速-持續(xù)時(shí)間曲線及其隨高度的變化90
3.2.3風(fēng)速隨時(shí)間和方向的變化92
3.2.4風(fēng)玫瑰圖92
3.2.5風(fēng)切變和陣風(fēng)93
3.2.6風(fēng)速分布及其概率函數(shù)94
3.3風(fēng)力發(fā)電機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)理論96
3.4風(fēng)力功率曲線97
3.5風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本組成101
3.5.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)的類型104
3.5.2水平軸和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的對(duì)比109
3.5.3逆風(fēng)型和順風(fēng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)110
3.5.4大型與小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的對(duì)比110
3.5.5風(fēng)力發(fā)電機(jī)111
3.6風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電方案118
3.6.1恒速恒頻方案118
3.6.2近恒速恒頻方案118
3.6.3變速恒頻方案119
3.6.4變速變頻方案120
3.7風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的選址和定容120
3.8風(fēng)力發(fā)電機(jī)選址匹配123
3.9風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用124
3.9.1獨(dú)立運(yùn)行124
3.9.2小規(guī)模應(yīng)用124
3.9.3中等規(guī)模應(yīng)用128
3.9.4并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)129
3.9.5風(fēng)電場(chǎng)131
3.10風(fēng)力發(fā)電在電網(wǎng)系統(tǒng)中的地位134
3.11風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的前景展望137
3.12風(fēng)光混合發(fā)電系統(tǒng)144
3.12.1概述144
3.12.2HWPS的優(yōu)點(diǎn)145
習(xí)題147
參考文獻(xiàn)150
第4章儲(chǔ)能系統(tǒng)153
4.1電池技術(shù)153
4.1.1簡(jiǎn)介153
4.1.2電池結(jié)構(gòu)與工作原理156
4.1.3應(yīng)用159
4.1.4用于儲(chǔ)能的電池類型159
4.2燃料電池171
4.2.1簡(jiǎn)介171
4.2.2燃料電池組成部分和運(yùn)行172
4.2.3燃料電池的類型173
4.2.4主要類型燃料電池的對(duì)比181
4.2.5燃料電池的效率182
4.2.6燃料電池的應(yīng)用182
4.2.7燃料電池的未來展望186
4.2.8重整裝置187
4.2.9儲(chǔ)氫192
4.3壓縮空氣儲(chǔ)能193
4.3.1簡(jiǎn)介194
4.3.2壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的組成194
4.3.3壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行195
4.3.4在燃?xì)獍l(fā)電廠中使用壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)195
4.3.5壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)196
4.3.6世界各地的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)196
4.3.7壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中的能量?jī)?chǔ)存198
4.3.8未來的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)和其建造計(jì)劃200
4.4飛輪儲(chǔ)能200
4.4.1工作原理201
4.4.2飛輪的基本組成部分201
4.4.3飛輪的運(yùn)行204
4.4.4能量?jī)?chǔ)存204
4.4.5安裝205
4.4.6飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)206
4.4.7與其他儲(chǔ)能系統(tǒng)的對(duì)比207
4.4.8實(shí)際應(yīng)用207
4.5水力發(fā)電208
4.5.1簡(jiǎn)介208
4.5.2水力發(fā)電主要組成部分和工作原理210
4.5.3水輪機(jī)類型211
4.5.4抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)的原理212
4.6超級(jí)電容器213
4.6.1超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和運(yùn)行213
4.6.2超級(jí)電容器的優(yōu)缺點(diǎn)215
4.6.3超級(jí)電容器和其他儲(chǔ)能技術(shù)的差異216
4.6.4超級(jí)電容器的應(yīng)用217
4.6.5超級(jí)電容器的其他應(yīng)用218
4.7超導(dǎo)儲(chǔ)能218
4.7.1簡(jiǎn)介218
4.7.2超導(dǎo)的歷史219
4.7.3超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)的組成和運(yùn)行219
4.7.4超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)中儲(chǔ)存的能量220
4.7.5超導(dǎo)儲(chǔ)能的應(yīng)用221
4.7.6超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)和未來222
習(xí)題223
參考文獻(xiàn)223
第5章新型可再生能源226
5.1海洋溫差發(fā)電226
5.1.1簡(jiǎn)介226
5.1.2海洋溫差發(fā)電方案226
5.1.3功率和效率計(jì)算227
5.1.4陸基和海基海洋溫差發(fā)電廠229
5.1.5海洋溫差發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn)231
5.1.6海洋溫差發(fā)電的未來232
5.2潮汐能232
5.2.1潮汐的背景232
5.2.2潮汐周期、大小和輸出功率計(jì)算233
5.2.3潮汐發(fā)電系統(tǒng)234
5.3波浪發(fā)電系統(tǒng)240
5.3.1波浪發(fā)電原理240
5.3.2波浪發(fā)電系統(tǒng)的類型241
5.4地?zé)崮茉聪到y(tǒng)247
5.4.1簡(jiǎn)介247
5.4.2地?zé)豳Y源248
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