能源

ISBN:ISBN 7-5025-7528-6

作者：翟秀靜，劉奎仁，韓慶

印刷日期:2005-9-1

出版日期：2005-9-1

精裝平裝_開本_頁數：平裝16開，331頁

前 言

能源、材料、信息和生物技術是現代文明的四大支柱，能源是人類生存及發展的物質基礎，也是人類從事各種經濟活動的原動力。新能源包括太陽能、氫能、核能、生物質能、化學能源、風能、海洋能和地熱能等。

太陽能是取之不盡、用之不竭的可再生清潔能源，人類通過光熱轉換技術，光電轉換技術和光化轉化技術實現了熱發電、蓄熱、光伏發電和光化學發電等利用形式。目前太陽能的開發還存在轉換效率、成本和使用壽命等系列問題。

氫能以質量輕、傳熱高、清潔和來源廣等特點展示著誘人的開發前景。氫能的製備、儲存和利用目前是世界各國的研究熱點，氫能的製備和貯存距離大規模利用還有一定距離。

核能是清潔能源之一，和平利用核能為全球所關注。核能包括核裂變和核聚變。人類已實現對核裂變的控制和利用，但尚未實現可控的核聚變反應。

化學電源是人們生活中應用廣泛的方便能源，也是高新技術和現代移動通訊的新型能源。性能優越的金屬氫化物-鎳電池、鋰離子電池和燃料電池是21世紀的綠色能源。化學電源的電化學原理、製造技術和發展趨勢是新能源開發的重要組成部分。

生物質能是綠色能源，科學家們預計將成為未來可持續新能源系統的重要組成部分。生物質氣化技術、生物質液化技術、生物質固化技術和生物質發電技術等的開發和應用是世界各國的研究熱點。

風能是太陽熱輻射引起的大氣流動的動能，是可再生的清潔能源，風力發電是風能利用的主要領域；海洋能、地熱能和可燃冰都是巨大的能源。積極開發科學研究，提供開發技術，是實現可持續發展的需要。

人類生活的地球面臨著不可迴避的壓力：人口迅速增長和人類生活質量不斷提高；能源需求的大幅增加與化石能源的日益減少；各種能源形式的開發應用和生態環境的門檻提升。時代呼籲新能源技術的高速發展，太陽能、氫能、核能、生物質能、化學能、風能、海洋能和地熱能的能量轉化、能量儲存和能量傳輸的理論與技術是21世紀能源與工程的前沿性課題。

新能源技術與物理、化學、材料、生物、環境、機械、礦物和工程技術等諸多學科相互交叉，節能技術與新能源技術互相滲透。

新能源技術直接對接新能源的開發、應用和商品化進程。作者在總結國內外最新的能源技術的基礎上，結合自己的科研成果與積累，編著了《新能源技術》一書。全書共7章，翟秀靜撰寫了第1章、第2章、第5章，劉奎仁撰寫了第4章、第6章，韓慶撰寫了第3章和第7章。

作者感謝化學工業出版社的支持，感謝給予本書啟示及參考的有關文獻作者。

由於時間倉促，加上作者水平有限，不當之處懇請讀者批評指正。

作 者

2005年6月

第1章 緒論 1

1．1 能源 1

1．2 新能源 1

1．3 新能源技術 2

第2章 太陽能 4

2．1 前言 4

2．1．1 太陽和太陽輻射能 4

2．1．2 到達地球的太陽輻射能 5

2．1．3 太陽能的利用 6

2．2 太陽能-熱能交換技術 7

2．2．1 太陽能熱發電技術 7

2．2．2 太陽能供暖技術 12

2．2．3 太陽能製冷技術 15

2．2．4 太陽能熱水系統 18

2．2．5 其他太陽能的熱利用技術 24

2．3 太陽能-光電轉換技術 27

2．3．1 晶體硅太陽能電池 31

2．3．2 非晶硅太陽能電池 33

2．3．3 化合物半導體太陽能電池 37

2．3．4 納米晶化學太陽能電池 44

2．3．5 太陽能電池的發展 45

2．4 太陽能-化學能轉化技術 46

2．4．1 光合作用 46

2．4．2 光化學作用-光催化水解制氫 47

2，4．3 光電轉化-電解水制氫 47

2．4．4 太陽能-高溫熱化學反應 47

主要參考文獻 48

第3章 氫能 51

3．1 氫的製取 53

3．1．1 化石燃料制氫技術 53

3．1．2 電解水制氫 67

3．1．3 生物及生物質制氫 81

3．1．4 太陽能光解水制氫 87

3．1．5 熱化學分解水制氫 90

3．1．6 其他制氫技術 94

3．1．7 氫氣提純 96

3．2 氫的儲存與輸運 97

3．2．1 液化儲氫 98

3．2．2 壓縮氫氣儲存 108

3．2．3 金屬氫化物儲氫 111

3．2．4 配位氫化物儲氫 115

3．2．5 物理吸附儲氫 117

3．2．6 有機物儲氫 118

3．2．7 玻璃微球儲氫 120

3．2．8 地下儲存 120

3．2．9 氫的輸運 121

3．3 氫的應用 122

3．3．1 氦在燃氣輪機發電系統中的應用 122

3．3．2 氫在內燃機中的應用 128

3．3．3 氫在噴氣發動機上的應用 138

3．4 氫的安全性 139

3．4．1 泄漏性 139

3．4．2 氫脆 140

3．4．3 氫的擴散 141

3．4．4 可燃性 141

3．4．5 爆炸性 142

主要參考文獻 143

第4章 核能 148

4．1 核能概述 148

4．1．1 人類認識和利用核能的歷史 148

4．1．2 核能應用的基礎與特點 148

4．1．3 核能的優勢及用途 150

4．1．4 世界核能發展的歷史及現狀 154

4．1．5 核能技術今後發展的戰略方向 155

4．2 核電技術 156

4．2．1 核裂變反應堆 156

4．2．2 核聚變裝置 166

4．3 核供熱 172

4．3．1 常壓深水池供熱反應堆 173

4．3．2 常壓殼式供熱堆 175

4．3．3 核供熱堆的其他用途 177

4．3．4 核供熱堆前景展望 178

4．4 核廢物處理與核安全 178

4．4．1 核廢物的管理及處置 178

4．4．2 核安全 183

主要參考文獻 185

第5章 化學電源 188

5．1 金屬氫化物鎳電池 189

5．1．1 MH/Ni電池的工作原理 189

5．1．2 MH/Ni二次電池的結構與性能 190

5．1．3 MH/Ni電池的性能 190

5．1．4 MH/Ni二次電池的製造工藝 192

5．1．5 MH/Ni電池的材料 195

5．2 鋰離子二次電池 195

5．2．1 鋰離子電池的工作原理 196

5．2．2 鋰離子電池的結構 196

5．2．3 鋰離子電池的性能 197

5．2．4 鋰離子電池的製備工藝 198

5．2．5 鋰離子電池的材料 200

5．3 燃料電池 201

5．3．1 鹼性燃料電池(AFC) 202

5．3．2 磷酸型燃料電池(PAFC) 205

5．3．3 質子交換膜燃料電池(PEMFC) 209

5．3．4 熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC) 216

5．3．5 固體氧化物燃料電池(SOFC) 221

5．4 鋁電池 226

5．4．1 水溶液電解質鋁電池 226

5．4．2 鋁-空氣電池 227

5．4．3 非水溶液電解質鋁電池 231

主要參考文獻 232

第6章 生物質能 236

6．1 生物質能簡介 236

6．1．1 生物質能的特點 236

6．1．2 生物質能分類 237

6．1．3 生物質利用的主要技術 238

6．1．4 國內外生物質能開發利用的現狀 239

6．1．5 生物質能開發利用的前景 242

6．2 生物質能轉化技術 242

6．2．1 物理轉換技術 242

6．2．2 生物質化學轉化技術 248

6．2．3 生物轉換技術 272

6．3 其他新技術 292

6．3．1 生物柴油 292

6．3．2 生物質制氫 297

主要參考文獻 304

第7章 其他新能源 306

7．1 風能 306

7．1．1 概述 306

7．1．2 風力發電系統 309

7．1．3 風機技術發展趨勢 315

7．2 海洋能 321

7．2．1 潮汐能發電 321

7．2．2 波浪能發電 325

7．2．3 溫差能發電 325

7．2．4 鹽差能發電 326

7．3 地熱能 326

7．3．1 地熱能資源 327

7．3．2 地熱能的利用 327

7．3．3 地熱能的開發 328

7．4 可燃冰 328

7．4．1 可燃冰的形成 329

7．4．2 可燃冰的分佈 329

7．4．3 可燃冰的性質 329

7．4．4 可燃冰的開採 330

主要參考文獻 331