能量轉換材料與器件（簡體書）

《能量轉換材料與器件/科學出版社“十二五”規劃教材》系統地闡述生物質能、地熱能、太陽能、氫能、風能、海洋能、核能等主要能源的開發和利用；詳細介紹這幾類能源領域涉及的能量轉換材料和器件；介紹各能量轉換器件的工作原理，歸納總結主要的能量轉換過程中所使用的關鍵材料《能量轉換材料與器件/科學出版社“十二五”規劃教材》共分為8章，包括能量轉換材料與器件概述、生物質能轉換材料與器件、地熱能轉換材料與器件、太陽能轉換材料與器件、氫能轉換材料與器件、風能轉換材料與器件、海洋能轉換材料與器件、核能轉換材料與器件。
《能量轉換材料與器件/科學出版社“十二五”規劃教材》可作為能源化學、節能技術、新能源材料與器件等相關領域的科研人員和工程技術人員的參考書，以及大專院校和研究院所能源科學技術等相關專業本科生及研究生的教材或教學參考書。

前言

第1章 能量轉換材料與器件概述
1.1 能量與能源
1.2 新能源特征及利用前景
1.3 能量的形態與轉換
1.3.1 能量的主要形態
1.3.2 能量的轉換
1.4 對能量轉換系統的要求
1.4.1 對生物質能轉換系統的要求
1.4.2 對地熱能轉換系統的要求
1.4.3 對太陽能轉換系統的要求
1.4.4 對氫能轉換系統的要求
1.4.5 對風能轉換系統的要求
1.4.6 對海洋能轉換系統的要求
1.4.7 對核能轉換系統的要求
1.5 能量轉換與材料和器件的關系
1.5.1 能量轉換與材料的關系
1.5.2 能量轉換與器件的關系
1.6 能源發展現狀與趨勢
主要參考文獻

第2章 生物質能轉換材料與器件
2.1 生物質能概述
2.1.1 生物質能的基本概念
2.1.2 生物質能利用技術
2.2 生物制氫
2.2.1 生物制氫的原理
2.2.2 生物制氫的原料
2.3 生物質燃料沼氣
2.3.1 燃料沼氣的特性
2.3.2 沼氣發酵
2.4 生物燃料乙醇
2.4.1 生物燃料乙醇的特性
2.4.2 燃料乙醇發酵
2.5 生物柴油
2.5.1 生物柴油的燃料特性
2.5.2 生物柴油的生產方法
主要參考文獻

第3章 地熱能轉換材料與器件
3.1 地熱能概述
3.1.1 地熱能基本概念
3.1.2 地熱資源的分布
3.1.3 地熱能開發歷史與現狀
3.1.4 地熱能的開發與利用方式
3.2 地源熱泵
3.2.1 地源熱泵的發展現狀
3.2.2 地源熱泵的定義及工作原理
3.2.3 地源熱泵類型
3.2.4 影響地源熱泵性能的因素
3.2.5 地源熱泵系統與其他系統結合使用
3.2.6 地源熱泵的優越性
3.2.7 地源熱泵技術中存在的問題
3.3 地熱干燥
3.3.1 地熱干燥技術的開發和應用
3.3.2 我國地熱干燥技術發展展望
3.4 地熱能一電能轉換
3.4.1 地熱能發電技術概述
3.4.2 地熱蒸汽發電
3.4.3 地下熱水發電
3.4.4 地壓地熱發電
3.4.5 干熱巖地熱發電
主要參考文獻

第4章 太陽能轉換材料與器件
4.1 太陽能概述
4.1.1 太陽輻射的基本概念
4.1.2 太陽能的利用方式
4.1.3 太陽能的開發歷史
4.1.4 太陽能的開發現狀
4.2 太陽能光電轉換材料與器件
4.2.1 太陽能電池原理及裝置物性
4.2.2 單晶硅太陽能電池
4.2.3 多晶硅太陽能電池
4.2.4 非晶硅及微晶硅薄膜太陽能電池
4.2.5 其他太陽能光電轉換器件
4.3 太陽能光熱轉換器件與材料
4.3.1 太陽能熱發電
4.3.2 太陽能熱水器
4.3.3 太陽灶
4.3.4 太陽能制冷
4.3.5 太陽能干燥器
4.3.6 太陽能蒸餾器
4.4 太陽能制氫
主要參考文獻

第5章 氫能轉換材料與器件
5.1 氫能概述
5.1.1 氫能的基本概念
5.1.2 氫能開發利用的歷史
5.1.3 氫的分布
5.1.4 氫的性質
5.2 氫的制備及純化
5.2.1 氫的制備
5.2.2 氫的純化
5.3 氫能轉換器件的應用
5.3.1 氫在燃氣輪機發電系統中的應用
5.3.2 氫在內燃機中的應用
5.3.3 氫在噴氣發動機中的應用
5.3.4 氫在燃料電池中的應用
主要參考文獻

第6章 風能轉換材料與器件
6.1 風力發電技術概述
6.1.1 風能利用前景
6.1.2 風力發電原理
6.2 風力發電設備和樹料
6.2.1 葉片的材質
6.2.2 碳纖維及其在風機葉片中的應用
6.2.3 潤滑油和涂料
6.2.4 組件裝備
……
第7章 海洋能轉換材料與器件
第8章 核能轉換材料與器件
主要參考文獻

1）波浪能的一級轉換
一級轉換中的波浪能吸收裝置種類較多。20世紀80年代以后，振蕩水柱式波力發電裝置吸引了大多數研究者的注意，其主要形式有：?漂浮式，其建造簡便，投放點的選擇靈活，對潮位的變化有較好的適應性，但是其停泊與輸電過程較為困難；?近岸固定式和沿岸固定式，這兩種方式不需要考慮其停泊和輸電問題，但是對潮位的改變適應性差，導致其總體效率有所下降。此外，研究者還提出了聚波波力發電裝置，其可靠性好、處理穩定性強、維護費用低，但是建造這種電站對地形要求較為嚴格，不利于推廣。
下面介紹三種經濟效益較好的設備：振蕩水柱式、擺式（振蕩水柱式和擺式主要利用波浪運動時產生的波動或擺動引起水流或者空氣流的運動來帶動渦輪的運轉）、聚波儲能式（通過改變波浪的流量和水壓來形成高壓水柱沖擊水輪機運轉）。下面是三種裝置的工作原理。
（1）振蕩水柱式（空氣透平式）。世界上大多數的波浪能發電站采用振蕩水柱式裝置，因為該裝置的轉換性能較好，耐腐蝕，設計技術最為成熟。其主要形式為固定式和漂浮式，一般通過把波浪能轉換為空氣流能的方式來帶動空氣透平發電機運轉（空氣是目前使用最多的轉換介質）。振蕩水柱式裝置的一、二級能量轉換分別是通過氣室和空氣透平來實現的（發電原理如圖77所示，主要分為波峰和波谷兩個過程）。如圖7-7所示，氣室上端裝有噴管，下端與海水相連。氣室中的水柱在波浪的沖擊下會發生劇烈的震動，壓縮空氣做功，即完成波浪能向空氣能的轉換的過程，被壓縮的空氣帶動噴嘴中的空氣透平旋轉進而帶動與其相連的發電機發電。波峰發電時，氣室中的水位上升使得內部氣壓高于外界大氣壓，使得其內的空氣被壓縮進入A、13兩個水閥室。壓縮后的空氣在A水閥室中聚集后通過集合噴灌?噴出經導向葉片帶動渦輪轉動，最后流出裝置。B水閥室主要是用來阻斷由A水閥室流出的氣流，最終在集合噴灌?處產生一個負的壓強。同理波谷發電時的原理也大致如此，只是A、B兩個水閥室的功用正好相反。振蕩水柱波浪能發電裝置的結構簡單，穩定性和可靠性強，建造費用較低，其大多以空氣作為介質來驅動透平轉動從而帶動渦輪發電機發電，這樣就大大減少了發電機與海水的接觸，不僅提高了機組的抗腐蝕能力，同時也降低了保持機組密封性所需的維護費用。但是，二級轉換過程的轉換率不夠和穩定性較差的問題仍然存在。2010年，瓦弗根公司采用利用空氣流的動力發電的韋爾斯渦輪機技術。其特點在于每個波浪周期中，韋爾斯渦輪機既不改變旋轉方向，也不改變葉片的槳距角，而是調整渦輪機使其與氣流處在一個對稱位置。
（2）擺式。擺式裝置（圖7-8）和振蕩水柱式裝置相似，也分為固定式和漂浮式兩種。不同點在于擺式裝置的一級換能過程通常是通過擺體來實現的。當波浪沖擊擺體時會使得擺體前后或者上下搖擺，實現波浪能向擺體動能的轉換。擺體通過與其連接的液壓裝置把動能轉換成液壓泵的動能最終使得發電機發電。值得注意的是，擺式裝置的轉換效率相對來說更高，其對波浪的低頻和強沖擊力的特征適應性較好。因此，擺式裝置可以方便地與其他技術（如相位控制技術）相結合，可以增加其吸波寬度。當前需要解決的最大問題是如何降低液壓泵和擺體的維護難度。
……