可再生能源工程材料失效及预防

1 本书是国家出版基金项目《材料延寿与可持续发展》丛书之一，编写水平和图书质量很高。
2 本书针对新能源领域建设的材料问题进行阐述，系国内**部新能源材料问题著作，具有一定的创新性。 

葛红花，上海电力学院环境与化学工程学院，教授，环境与化学工程学院副院长，热力设备腐蚀与防护（部级）重点实验室主任，上海热交换系统节能工程技术研究中心副主任，中国腐蚀与防护学会常务理事，上海市腐蚀科学技术学会常务理事、副秘书长，电力行业电厂化学标准化技术委员会委员。
研究方向：电厂热力设备腐蚀与防护、工业冷却水阻垢缓蚀技术、水处理药剂、化学电源及储能技术。承担上海市重点科技攻关项目、上海市自然科学基金、标准专项、联盟计划、市*重点项目及电力企业等科研项目60多项，作为主要完成人获电力部科技进步一等奖1项、上海市科技进步三等奖3项、技术发明三等奖1项，获上海市科协第八届青年优秀科技论文三等奖1项。

　第1章 绪言
1.1 国内外能源结构现状 /001
1.2 能源转化和利用中的突出问题 /002
1.3 可再生能源种类及发展趋势 /005
1.4 可再生能源利用中的材料问题 /007
参考文献 /010
　第2章 风能利用与风能发电
2.1 概述 /011
2.1.1 风的成因 /011
2.1.2 风能资源 /013
2.2 风能发电 /013
2.2.1 风能发电原理和技术 /014
2.2.2 风电发展现状 /015
2.2.3 风电技术发展趋势 /017
2.3 风电场的选址 /018
2.3.1 陆上风电场 /019
2.3.2 海上风电场 /019
2.4 风能发电的材料失效问题 /020
2.4.1 风机叶片的损伤 /021
2.4.2 齿轮箱的磨损问题 /022
2.4.3 风电设备的腐蚀 /023
2.4.4 风电设备的失效实例 /024
2.5 风电设备的失效控制 /027
2.5.1 风电设备涂料防护 /027
2.5.2 齿轮箱的耐磨损保护 /033
2.5.3 电气部件的气相缓蚀保护技术 /034
2.5.4 风电机组冷却系统的防腐蚀保护 /035
2.5.5 海上风电机组的防腐蚀保护 /036
2.6 结束语 /038
参考文献 /038
　第3章 太阳能利用与太阳能发电
3.1 概述 /039
3.2 太阳能光伏发电关键材料 /041
3.2.1 太阳能光伏发电原理 /041
3.2.2 太阳能光伏发电系统中的材料 /043
3.2.3 太阳电池材料存在的问题及改进 /050
3.3 太阳能热发电的材料问题 /057
3.3.1 太阳能热发电原理 /057
3.3.2 太阳能热发电系统中的材料 /061
3.3.3 太阳能热发电存在的问题及改进 /064
3.4 太阳能集热设备的材料及保护 /067
3.4.1 太阳能热利用 /067
3.4.2 太阳能热利用中的关键材料 /070
3.4.3 太阳能热利用中的材料延寿措施 /074
参考文献 /085
　第4章 地热能利用
4.1 地热资源的开发应用 /087
4.2 地热发电的概况 /090
4.2.1 地热发电系统 /090
4.2.2 地热电路 /092
4.3 地源热泵技术 /094
4.4 地热井工程技术现状和地热流体的输送 /096
4.5 地热设备的选材问题 /098
4.5.1 地热资源利用的常用材料 /099
4.5.2 地热发电设备及材料 /104
4.5.3 地源热泵的地埋管管材及传热介质 /107
4.6 地热设备的腐蚀与结垢 /107
4.6.1 地热水质分析 /107
4.6.2 地热设备腐蚀及其危害 /111
4.6.3 地热设备的防腐蚀方法 /117
4.6.4 地热设备结垢及其危害 /118
4.6.5 地热设备的结垢控制 /118
4.7 结束语 /119
参考文献 /120
　第5章 水力发电
5.1 概述 /121
5.2 水工构件的腐蚀与防护 /124
5.2.1 水工构件的腐蚀环境 /124
5.2.2 水工构件的腐蚀形态 /125
5.2.3 影响腐蚀的主要因素 /126
5.2.4 防腐蚀方法 /128
5.2.5 钢闸门的涂料防腐蚀工艺 /129
5.2.6 闸门热喷涂锌工艺 /130
5.2.7 钢闸门和拦污栅的阴极保护 /132
5.2.8 提高防腐蚀质量注意事项 /134
5.2.9 葛洲坝水利枢纽工程水工构件腐蚀与防护案例 /135
5.3 压力钢管的腐蚀与防护 /138
5.3.1 压力钢管腐蚀形态 /138
5.3.2 压力钢管腐蚀案例 /139
5.3.3 压力钢管防腐蚀案例 /140
5.4 大坝混凝土的耐久性问题 /142
5.4.1 混凝土的耐久性问题 /142
5.4.2 混凝土的失效原因 /143
5.4.3 混凝土结构的耐久性要求及提高耐久性的措施 /145
5.4.4 案例分析 /147
参考文献 /148
　第6章 生物质发电
6.1 概述 /149
6.2 生物质发电类型及原理 /150
6.2.1 生物质发电类型 /150
6.2.2 秸秆发电的工艺流程 /152
6.3 生物质发电中的材料失效环境及机理 /155
6.3.1 生物质燃料组分特点 /155
6.3.2 碱金属问题的相关元素来源 /156
6.3.3 生物质中碱金属所引起的问题 /157
6.3.4 生物质碱金属问题的影响因素 /158
6.3.5 防止碱金属问题的对策 /160
6.3.6 生物质燃烧过程中的腐蚀类型 /160
6.3.7 腐蚀与防护实例 /163
6.4 垃圾焚烧发电中的腐蚀与防护 /169
6.4.1 垃圾成分和处理的方法 /170
6.4.2 垃圾焚烧技术的分类 /172
6.4.3 垃圾焚烧发电系统 /174
6.4.4 垃圾焚烧炉的高温腐蚀机理 /175
6.4.5 防止垃圾炉高温腐蚀的措施 /179
参考文献 /183
　第7章 其他新能源技术
7.1 海洋能发电技术 /184
7.1.1 概述 /184
7.1.2 海洋能发电类型及原理 /186
7.1.3 海洋能源电站的材料腐蚀 /191
7.1.4 海洋能发电装置的腐蚀控制 /195
7.2 氢能发电 /199
7.2.1 概述 /199
7.2.2 氢能发电类型及原理 /200
7.2.3 氢能发电中的材料选择及失效预防 /202
7.3 微生物燃料电池 /204
7.3.1 概述 /204
7.3.2 微生物燃料电池类型及原理 /205
7.3.3 微生物燃料电池的材料选择及失效预防 /207
参考文献 /210
　索引

　　在远古人类处于采猎时代，依赖自然，听天由命；公元前一万年开始，人类经历了漫长的石器时代，五千多年前进入青铜器时代，三千多年前进入铁器时代，出现了农业文明，他们砍伐森林、种植稻麦、驯养猪狗，改造自然，进入农牧经济时代。18世纪，发明蒸汽机车、轮船、汽车、飞机，先进的人类追求奢侈的生活、贪婪地挖掘地球、疯狂地掠夺资源、严重地污染环境，美其名曰人类征服自然，而实际是破坏自然，从地区性的伤害发展到全球性的灾难，人类发现在无休止、不理智、不文明地追求享受的同时在给自己挖掘坟墓。
　　人类终于惊醒了，1987年世界环境及发展委员会发表的《布特兰报告书》确定人类应该保护环境、善待自然，提出了“可持续发展战略”，表达了人类应该清醒地、理智地、文明地处理好人与自然关系的大问题，指出“既满足当代人的需求，又不对后代人满足其需求的能力构成危害的发展”，称之为可持续发展。其核心思想是“人类应协调人口、资源、环境与发展之间的相互关系，在不损害他人和后代利益的前提下追求发展。”
　　这实际上是涉及到我们人类所赖以生存的地球如何既满足人类不断发展的需求，又不被破坏、不被毁灭这样的大问题；涉及到人口的不断增长、生活水平的不断提高、资源的不断消耗、环境的不断恶化；涉及矿产资源的不断耗竭、不可再生能源资源的不断耗费、水力资源的污染、土地资源的破坏、空气质量的不断恶化等重大问题。
　　在“可持续发展”战略中，材料是关键，材料是人类赖以生存和发展的物质基础，是人类社会进步的标志和里程碑，是社会不断进步的先导、是可持续发展的支柱。如果不断发现新矿藏，不断研究出新材料，不断延长材料的使用寿命，不断实施材料的再制造、再循环、再利用，那么这根支柱是牢靠的、坚强的、是能够维护人类可持续发展的！
　　在我国，已经积累了许许多多预防和控制材料提前失效（其因素主要是腐蚀、摩擦磨损磨蚀、疲劳与腐蚀疲劳）的理论、原则、技术和措施，需要汇总和提供应用，《材料延寿与可持续发展》丛书以多个专题力求解决这一课题项目。有一部分专题阐述了材料失效原理和过程，另一部分涉及工程领域，结合我国已积累的材料失效的案例和经验，更深入系统地阐述预防和控制材料提前失效的理论、原则、技术和措施。丛书总编辑委员会前后花费五年的时间，将分散在全国各个研究院所、工厂、院校的研究成果经过精心分析研究、汇聚成一套系列丛书，这是一项研究成果、是一套高级科普丛书、是一套继续教育实用教材。希望对我国各个工业部门的设计、制造、使用、维护、维修和管理人员会有所启示、有所参考、有所贡献；希望对提高全民素质有所裨益、对国家各级公务员有所参考。
　　我国正处于高速发展阶段，制造业由大变强，材料的合理选择和使用，以达到装备的高精度、长寿命、低成本的目的，这一趋势应该受到广泛的关注。
　　
　　
　　中国科学院院士
　　中国工程院院士