《可再生能源基礎》是一本關于可再生能源方面的基礎讀物,內容涉及生物質能、地熱能、風能、水電、太陽輻射能、太陽熱能及光伏發(fā)電等可再生能源,并對煤炭、石油等化石能源及核能等常規(guī)能源做了介紹,分析了能源儲存和傳輸?shù)募夹g、方法,闡述了中國、美國、印度等國的能源政策,對我國可再生能源發(fā)展有一定的參考意義。
《可再生能源基礎》可供從事可再生能源研究的科研人員、管理人員及高等院校相關專業(yè)的師生參考閱讀。
本書涉及可再生能源技術并解釋其中的基本原理,對于具備一些物理學和微積分基礎的理工科學生來說是一本有用的基礎教程。本書盡可能避免使用技術性術語和常見于該類書籍的高深的數(shù)學方法。與其他可再生能源書籍不同的是,本書的章節(jié)也并不冗長,其14個章節(jié)的內容至少很適合美國大部分學校一個學期的教學。我個人認為有些教科書確實令人生畏,希望本書不會歸類于此類教材。我從4年前才開始研究這一學科。相對而言,在能源領域算是新人。但我的確不是一名年輕的教員,事實上,我的教學生涯即將結束。4年前,我試圖找到余生可能致力的有意義的研究方向,而可再生能源對我來說是一個不錯的選擇。在此之前,我的教學和科研工作完全或幾乎都集中于物理學領域。因此,4年前,在可再生能源領域我還是一個相對的“新人”,不得不去弄清許多問題。如此一來,我對這一學科困擾學生的各種問題以及如何盡可能清晰地對這些問題做出講解仍銘記在心。
考慮到與大多數(shù)能源生產(chǎn)方式相關的環(huán)境問題以及能源在社會中所占據(jù)的中心地位,可再生能源對世界的未來具有重大意義。為了避免環(huán)境災害、嚴重的能源短缺甚至社會混亂或戰(zhàn)爭,需要做出適當?shù)哪茉催x擇。這些適當?shù)倪x擇并不是顯而易見的事,也定然不像說“拯救環(huán)境,請停止使用化石燃料和核能”那么簡單。明智的決策需要充分考慮所有的干系并深入觀察經(jīng)濟、環(huán)境、技術、政治等動態(tài),權衡一系列潛在技術的相對成本和利益。因此,即便你的職業(yè)規(guī)劃并非這一領域,但作為一個公民和消費者而言,本書也將幫助你做出更明智的選擇。
本書盡管題名為“可再生能源基礎”,但有三章為非可再生能源的內容:化石燃料有一個章節(jié),核能有兩個章節(jié),核能的第一個章節(jié)關注科學,而第二個章節(jié)關注技術。這是對可再生能源的重要補充。因為只有與現(xiàn)今其他主要能源方式相對比,才能更好地評價可再生能源的優(yōu)缺點。此外,即便有一些國家,例如德國,已選擇逐步淘汰核能和燃煤發(fā)電廠,但這些類型的技術可能仍將保持一段時間。一些觀察人士認為,就現(xiàn)實而言,到2030年才可能完全轉為可再生能源(如太陽能、風能、生物燃料、地熱和水力發(fā)電),而大多數(shù)觀點認為在時間點上可能還要進一步往后延。本書還包含了4個不限定任何能源類型的重要主題,即能源保護、能源儲存、能源運輸、能源政策。能源領域是一個不斷變化的領域,因而跟蹤最新的進展非常重要。本書提供了最新的信息,盡管這些信息可能在幾年內需要作一些修訂。希望讀者能喜歡本書。
羅伯特·歐利希,美國喬治梅森大學物理學教授。在布魯克林學院獲得物理學學士學位、哥倫比亞大學獲得博士學位,是美國物理學會會員。之前就職于喬治梅森大學物理系和紐約州立大學,從事物理學教學近四十年。
第1章 緒論
1.1 寫作本書的目的
1.2 能源對社會為何如此重要?
1.3 什么是能量?
1.4 是否還有某些未知的新的能量形式?
1.5 能量的單位是什么?
1.6 熱力學定律
1.7 什么是能源?
1.8 世界能源問題究竟是什么?
1.9 如何定義綠色或可再生能源?
1.10 為何可再生能源和資源的保護長期以來被忽視?
1.11 能效真的重要嗎?
1.12 哪一種可再生能源最有前景?
1.13 誰處于可再生能源的世界領先地位?
1.14 能源的未來可能是什么狀況?
1.15 為未來指明最佳方案的復雜性
1.16 小結
問題
參考文獻
第2章 化石燃料
2.1 概述
2.2 煤炭
2.3 石油和天然氣
2.4 小結
問題
參考文獻
第3章 核能基礎
3.1 早期概況
3.2 原子核的發(fā)現(xiàn)
3.3 盧瑟福散射實驗的數(shù)學運算
3.4 原子及其核的組成和結構
3.5 核半徑
3.6 核力
3.7 電離輻射和核轉變
3.8 核的質量和能量
3.9 核結合能
3.10 核聚變的能量釋放
3.11 核裂變的機制
3.12 核聚變的機制
3.13 放射性衰變定律
3.14 保健物理學
3.15 輻射探測器
3.16 輻射源
3.17 輻射對人類的影響
3.18 小結
問題
參考文獻
第4章 核能技術
4.1 概述
4.2 早期歷史
4.3 臨界質量
4.4 核武器和核擴散
4.5 世界首個核反應堆
4.6 第1代和第Ⅱ代核反應堆
4.7 已有反應堆類型
4.8 反應堆事故
4.9 燃料循環(huán)前端:獲得原礦石
4.10 燃料循環(huán)后端:核廢料處理
4.11 大規(guī)模核電力的經(jīng)濟效益
4.12 小型模塊化核反應堆
4.13 核聚變反應
4.14 小結
問題
參考文獻
第5章 生物燃料
5.1 概述
5.2 光合作用
5.3 生物燃料分類
5.4 生物燃料其他用途及社會環(huán)境影響
5.5 人造光合作用
5.6 總結
問題
參考文獻
第6章 地熱能
6.1 概述
6.2 地球內部的地球物理特征
6.3 地溫梯度
6.4 資源特征和相對富集程度
6.5 地熱發(fā)電廠
6.6 地熱民用和商業(yè)用途
6.7 地熱可持續(xù)性
6.8 環(huán)境影響
6.9 地熱發(fā)電經(jīng)濟效益
6.10 小結
問題
參考文獻
第7章 風能
7.1 概述
7.2 風能特征和資源
7.3 傳給渦輪機的能量
7.4 渦輪類型和相關術語
7.5 可控的和最優(yōu)的風速渦輪機性能
7.6 供電及輸電網(wǎng)集成
7.7 微風
7.8 近岸風力
7.9 環(huán)境影響
7.10 不同尋常的設計和應用
問題
參考文獻
第8章 水動力能
8.1 概述
8.2 波浪、潮汐和海洋熱能資源
8.3 潮汐能及成因
8.4 海洋熱能轉化
8.5 水力發(fā)電對社會和環(huán)境影響
8.6 小結
問題
參考文獻
第9章 太陽輻射與地球氣候
9.1 概述
9.2 電磁輻射
9.3 光譜類型
9.4 太陽在天空中的視運動
9.5 太陽輻射的利用
9.6 太陽能集熱器的最優(yōu)方位及傾向
9.7 溫室效應
9.8 小結
問題
參考文獻
第10章 太陽輻射熱能
10.1 概述
10.2 太陽能熱水系統(tǒng)
10.3 平板集熱器
10.4 真空管集熱器
10.5 集熱器和系統(tǒng)效率
10.6 管道熱損耗
10.7 水箱和熱容
10.8 被動式太陽能熱水系統(tǒng)
10.9 游泳池加熱
10.10 空間加熱和制冷
10.11 非常適合發(fā)展中國家的三個應用
10.12 發(fā)電
10.13 小結
附錄四 種熱量傳遞機制
問題
參考文獻
第11章 太陽能光伏
11.1 概述
11.2 導體、絕緣體和半導體
11.3 半導體通過摻雜電導率增加
11.4 pn結
11.5 通用光伏電池
11.6 太陽能的電學性能
11.7 太陽能電池及太陽能系統(tǒng)的效率
11.8 太陽能系統(tǒng)的效率
11.9 電網(wǎng)連接和逆變器
11.10 其他類型的太陽能電池
11.11 環(huán)境問題
11.12 小結
附錄基本量子力學和能帶的形成
問題
參考文獻
第12章 節(jié)能和能源效率
12.1 概述
12.2 除了效率之外影響能源相關選擇的因素
12.3 最低的低掛果實
12.4 效率和節(jié)能的障礙
12.5 能源效率和節(jié)能最終會徒勞嗎?
12.6 小結
問題
參考文獻
第13章 能源儲存與運輸
13.1 能源儲存
13.2 能量傳輸
13.3 小結
問題
參考文獻
第14章 氣候和能源:政策、政治和公眾輿論
14.1 國際條約的重要性
14.2 三大溫室氣體排放國在干什么?
14.3 世界擺脫化石燃料需要多長時間?
14.4 公眾輿論如何發(fā)展
14.5 最好的出路
14.6 小結
14.7 一些結論性的思考
問題
參考文獻
附錄 問題答案