新能源利用与开发(段春艳)

本教材按照知识内容分为能源与需求、太阳能开发与利用技术、生物质能开发与利用技术、风能开发与利用技术、氢能开发与利用技术、燃料电池开发与利用技术、新型核能开发与利用技术、其他新能源开发与利用技术8章，每章按照内容划分了知识目标、知识描述与可练习项目三个部分，给出了部分实验项目，可以根据实际情况选取适当的项目练习，为培养具有一定创新和工艺技术改进能力的高端技术技能型人才奠定基础。
本教材可作为高职高专光伏、风电等新能源相关专业的导论性教材，也可供新能源类产业方面的技术人员学习和参考。

段春艳，佛山职业技术学院，教研室主任，副教授，工学博士，中山大学太阳能系统研究所出站博士后。佛山职业技术学院光伏应用技术专业带头人、光伏技术教研室主任、光伏技术创新团队负责人，广东省高职教育实训基地-光伏应用技术实训基地负责人。现为广东省机电教学指导委员会委员，中国太阳能校企合作联盟高级指导讲师、教材顾问，佛山市新能源标准工作组成员，广东省第八批千百十人才培养对象。
　　主要从事多晶硅薄膜、纳米阵列陷光结构的制备以及高效晶体硅太阳电池研究。在国内外学术期刊及学术会议发表论文20余篇，其中SCI/EI/ISTP收录15篇。参与中央财政支持高等职业学校专业建设项目、2011年广东省节能专项资金建设项目、*预研项目、光电材料与技术国家重点实验室项目、前沿技术研究类项目、973项目子课题以及国家总装备部“十五”预研项目等的研究。 
多次训练指导学生参加职业技能大赛，获得了1项省二等奖、1项省三等奖，1项市级金奖。教学工作之余，获电磁计量检定工高级职业资格证书。

第1章能源与需求1
1.1能源及分类1
1.1.1能源的概念1
1.1.2能源的分类2
1.1.3能源的利用3
1.1.4能源与环境6
1.1.5能源的可开采年数7
1.2新能源及应用8
1.2.1新能源的定义8
1.2.2新能源在能源供应中的作用9
1.2.3新能源的发展现状10
1.2.4新能源的未来12
1.3新能源发展政策13
1.3.1新能源发展的影响因素13
1.3.2国外新能源政策及措施14
1.3.3我国新能源发展政策与措施15
参考文献16

第2章太阳能开发与利用技术17
2.1太阳能资源与太阳辐射17
2.1.1太阳能资源17
2.1.2太阳辐射18
2.1.3太阳光谱20
2.1.4太阳资源的分布20
2.1.5太阳能的利用21
2.2太阳能热利用22
2.2.1太阳能热利用基本原理22
2.2.2平板型太阳能集热器23
2.2.3真空管式太阳能集热器25
2.2.4太阳能热利用系统28
2.3太阳能光伏电池32
2.3.1太阳能光伏发电原理32
2.3.2太阳电池的种类33
2.3.3太阳电池的特性39
2.4光伏组件40
2.4.1光伏组件的定义40
2.4.2光伏组件的类型与结构41
2.5太阳能光伏系统及应用42
2.5.1太阳能光伏系统的种类及用途43
2.5.2太阳能光伏系统的基本构成45
2.5.3太阳能光伏系统的设计与运维46
2.5.4太阳能光伏应用产品47
参考文献48

第3章生物质能开发与利用技术49
3.1生物质能资源49
3.1.1生物质能的定义49
3.1.2生物质的组成与结构50
3.1.3生物质能转化及利用51
3.2生物质能燃烧52
3.2.1生物质燃烧定义52
3.2.2生物质燃烧原理52
3.2.3生物质燃烧技术53
3.2.4生物质直接燃烧发电55
3.3生物质气化56
3.3.1生物质气化定义及原理56
3.3.2生物质气化工艺57
3.3.3生物质气化发电技术57
3.4生物质热解59
3.4.1生物质热解定义59
3.4.2生物质热解的原理60
3.4.3生物质热解工艺60
3.4.4生物质热解反应器61
3.4.5生物质热解的产物63
3.5生物质直接液化64
3.5.1生物质直接液化定义64
3.5.2生物质直接液化工艺64
3.5.3生物质直接液化的产物64
3.6生物燃料乙醇66
3.6.1生物燃料乙醇定义66
3.6.2生物燃料乙醇的制备66
3.6.3生物燃料乙醇的应用67
3.7生物柴油69
3.7.1生物柴油定义69
3.7.2生物柴油的制备技术69
3.7.3生物柴油制备的工艺流程72
3.7.4生物柴油的应用72
3.8沼气技术73
3.8.1沼气的成分和性质73
3.8.2沼气发酵原理74
3.8.3沼气池的类型75
3.8.4沼气产生过程及利用76
参考文献77

第4章风能开发与利用技术78
4.1风能资源78
4.1.1风的形成与特性78
4.1.2风能资源的表征79
4.1.3中国的风能资源82
4.1.4风能资源的开发利用83
4.2风力发电系统结构85
4.2.1风力发电系统原理86
4.2.2风力发电机组的类型86
4.2.3系统组成88
4.3风力发电系统运行方式93
4.3.1独立运行94
4.3.2并网运行94
4.3.3集群式风力发电站95
4.3.4风力多能源发电系统95
4.4风力发电场95
4.4.1风电场的电气系统95
4.4.2风电场的分类96
参考文献97

第5章氢能开发与利用技术98
5.1氢能概述98
5.1.1氢能定义98
5.1.2氢能利用形式98
5.2氢的制取99
5.2.1化石燃料制氢99
5.2.2水电解制氢103
5.2.3生物质制氢104
5.2.4太阳能制氢104
5.2.5氢分离与提纯105
5.3氢的储存106
5.3.1氢的存储方式107
5.3.2氢的加注108
5.4氢能安全109
5.4.1氢的固有危险特性109
5.4.2氢的安全处理和防护109
参考文献110

第6章燃料电池开发与利用技术111
6.1燃料电池基础111
6.1.1燃料电池原理及特点111
6.1.2燃料电池的结构与分类112
6.1.3燃料电池的基本工作过程113
6.1.4燃料电池系统114
6.2各类燃料电池技术116
6.2.1碱性燃料电池117
6.2.2磷酸型燃料电池117
6.2.3质子交换膜燃料电池118
6.2.4熔融碳酸盐燃料电池119
6.2.5固体氧化物燃料电池120
6.2.6其他类型燃料电池121
参考文献122

第7章新型核能开发与利用技术123
7.1核能基础123
7.1.1核能的概念123
7.1.2核能释放形式123
7.1.3核能的发展现状125
7.2核能发电技术127
7.2.1商用核电站技术127
7.2.2核裂变发电技术130
7.2.3核聚变技术133
7.3核能政策135
7.3.1核能的法律框架136
7.3.2核泄漏事件造成核能政策的变化136
参考文献137

第8章其他新能源开发与利用技术138
8.1地热能138
8.1.1地热能的概念138
8.1.2地热能的利用形式138
8.1.3地热能发电140
8.1.4地热发电技术难题144
8.2海洋能144
8.2.1海洋能概念144
8.2.2海洋能利用分类145
8.2.3海洋能发电146
8.3可燃冰147
8.3.1可燃冰概念及组成结构147
8.3.2可燃冰开采方法147

参考文献148

随着煤炭、石油等不可再生能源可开采量的减少，关系国计民生的能源短缺问题日益突出，而且传统能源所带来的环境污染问题也急需解决，发展清洁可再生能源是中国走可持续发展之路的必然选择，新能源势必将在未来中国经济发展中起到举足轻重的作用。
新能源产业包括太阳能、风能、生物质能、氢能、海洋能等，世界各国投入了大量的人力财力开展相关研究。目前产业化的有太阳能、风能、部分生物质能，其余的尚处于示范点的阶段。由于新能源产业的快速发展，训练有素的产业技术工人和从事新能源技术的专业技术人才大量短缺。职业教育与行业发展紧密相关，大规模培养造就高级技术技能型人才，对于贯彻人才强国战略、提升自主创新能力和产业竞争力、促进产业转型升级以及促进就业，都具有重要意义。
本教材是新能源类相关专业的导论性教材，对高职高专光伏、风电等新能源相关专业学生的学习会有较大的帮助，在完善知识体系的基础上，增加了相关的实验项目，促进学生对新能源类技术的了解和兴趣，具有较强的教学实施性。本教材也可供新能源类产业方面的技术人员学习和参考。
本教材按照知识内容划分为能源与需求、太阳能开发与利用技术、生物质能开发与利用技术、风能开发与利用技术、氢能开发与利用技术、燃料电池开发与利用技术、新型核能开发与利用技术、其他新能源开发与利用技术8章。每个章节按照内容划分了知识目标、知识描述与可练习项目三个部分，让学生能够根据知识目标全面进行学习。同时给出了部分实验项目，使学生可以根据实际情况选取适当的项目练习，提高理论知识水平与实践技能，为培养具有一定创新和工艺技术改进能力的高端技术技能型人才奠定基础。
本教材由段春艳、班群、皮琳琳任主编，何金伟、冯源任副主编。段春艳编写第1章至第3章，班群编写第5、6章，皮琳琳编写第4、8章，冯源编写第7章。教材整体资料的校准、修订和补充主要由段春艳完成。何金伟负责教材的电子配套教学资源建设。参加本书编写的还有章大钧、胡昌吉、屈柏耿和谭建斌。本书在编写过程中得到了中山大学太阳能系统研究所、顺德中山大学太阳能研究院等单位的大力支持与帮助，在此表示衷心的感谢！
由于编者水平有限，书中不足之处在所难免，恳请读者批评指正，提出宝贵意见，以便重印和修订时及时改正。

编者