編輯推薦

　　化石能源枯竭或者開采成本過高、沒有開采價值隻是個時間問題。化石能源的大量消耗已經對環境造成瞭嚴重的破壞。可再生能源取之不盡，對環境影響微乎其微，因此被認為是重要的化石能源的替代物。然而它們無窮無盡、不可預測的缺點必須剋服，以保證給用戶提供可靠的、穩定的能源供應。

　　本書結閤可再生能源的轉換、存儲和利用技術，給讀者介紹瞭太陽能製氫的能量轉換、儲存及利用係統的建模、運行和實施。本書討論瞭太陽能光伏、風力發電、電解、燃料電池、傳統和先進儲氫等技術，並對係統管理和輸齣性能進行評估。還列舉瞭現實生活中的裝置實例來說明這些係統無需化石能源而能獨立地供應能源。

內容簡介

　　太陽能製氫的能量轉換、儲存及利用係統是一種替代當前基於化石能源集中式能源係統的有效、可靠、持續、獨立的係統。該係統利用不同的能源轉換技術，將太陽能等可再生能源轉換為氫能並加以存儲，然後利用燃料電池轉化為電能或者直接作為燃料燃燒。

　　本書結閤可再生能源的轉換、存儲和利用技術，給讀者介紹瞭太陽能製氫的能量轉換、儲存及利用係統的建模、運行和實施。本書討論瞭太陽能光伏、風力發電、電解、燃料電池、傳統和先進儲氫等技術，並對係統管理和輸齣性能進行評估。還列舉瞭現實生活中的裝置實例來說明這些係統無需化石能源而能獨立地供應能源。

　　本書可供從事新能源行業的科研人員使用，也可作為高等院校新能源相關專業學生的參考書。

作者簡介

　　Gabriele Zini，是一傢可再生能源領域的領先投資公司的首席技術執行官。他曾在跨國公司、大學[瑞士蘇黎世聯邦理工學院（ETH）]和公共機構[法國核能和可再生能源委員會（CEA）]的工業和能源部門工作。他在國際期刊上發錶過學術論文、齣版過專著，同時是國際能源期刊的審稿人，多次在國際學術會議上做學術報告，並獲得過研究奬勵。他擁有先進材料工程的博士學位和意大利博科尼大學的工商管理碩士學位。

　　Paolo Tartarini，是摩德納和雷焦艾米利亞大學熱流和能量管理專業的全職教授，也是該校能源效率創新技術多部門聯閤研究中心的主任。他在1997～2002年擔任歐陸（EUROTHERM）公司的秘書。他曾與許多國際學術閤作夥伴開展閤作研究，主要是與美國馬裏蘭大學帕剋分校的機械工程和消防工程係閤作。在國際學術期刊和國際學術會議上發錶論文100多篇。李朝升,生於1975年， 南京大學現代工程應用科學學院教授。2003年獲得中國科學院研究生院理學博士學位。主要從事能源材料和環境材料方麵的研究工作。在國際學術期刊上發錶140餘篇，被SCI論文引用超過4400次，H因子32。獲得國傢自然科學二等奬和江蘇省科學技術一等奬各一次（排名第二）。獲得授權國傢發明專利4項。

目錄

原書序

前言

縮略語

第1章緒論

1.1現狀

1.2石油峰值理論

1.3能源的種類以及對環境的影響

1.4能源係統的可持續性

1.5氫新能源係統

1.6前景

1.7氫能的替代品

參考文獻

第2章氫

2.1氫氣和能源載體

2.2性質

2.3生産

2.3.1蒸汽重整

2.3.2固體燃料汽化

2.3.3部分氧化

2.3.4電解水

2.3.5熱裂解

2.3.6氨裂解

2.3.7其他體係：光化學、光生物學、半導體及它們的組閤

2.4用法

2.4.1直接燃燒

2.4.2催化燃燒

2.4.3直接燃燒蒸汽法

2.4.4燃料電池

2.5退化現象和材料兼容性

2.5.1材料退化

2.5.2材料選擇

2.6配件：管道、接頭和閥門

2.7傳輸

參考文獻

第3章電解槽和燃料電池

3.1引言

3.2化學動力學

3.3熱力學

3.4電極動力學

3.4.1活化極化

3.4.2歐姆極化

3.4.3濃差極化

3.4.4反應極化

3.4.5轉移極化

3.4.6輸運現象

3.4.7溫度和壓力對極化損耗的影響

3.5電池的能量和效用能

3.6電解槽

3.6.1電解槽的功能

3.6.2電解槽技術

3.6.3熱力學

3.6.4數學模型

3.6.5熱模型

3.7燃料電池

3.7.1燃料電池功能

3.7.2燃料電池技術

3.7.3熱力學

3.7.4數學模型

3.7.5熱模型

參考文獻

第4章太陽輻射和光電轉換

4.1太陽輻射

4.2光伏效應、半導體和p�瞡結

4.3晶體矽光伏電池

4.4其他電池技術

4.5轉換損失

4.6I�睻麯綫中的變化

4.7光伏電池和組件

4.8光伏電站的種類

4.9錶麵接收的輻射

4.10工作點的選擇

參考文獻

第5章風能

5.1簡介

5.2風的數學描述

5.3風的等級劃分

5.4風力發電機的數學模型

5.5功率控製及其係統設計

5.6風力發電機的級彆劃分

5.7發電機

5.8計算實例

5.9環境影響

參考文獻

第6章其他能用於製氫的可再生能源

6.1太陽熱能

6.2水力發電

6.3潮汐能、波浪能和海洋溫差能

6.4生物質能

參考文獻

第7章儲氫

7.1儲氫過程中的問題

7.2物理存儲

7.2.1壓縮存儲

7.2.2液化存儲

7.2.3玻璃或塑料容器存儲

7.3物理化學存儲

7.3.1物理吸附

7.3.2分子間相互作用的經驗模型

7.3.3吸附和脫附速率

7.3.4吸附和脫附的實驗測試

7.3.5等溫吸附綫

7.3.6吸附熱動力學

7.3.7其他的吸附等溫綫

7.3.8吸附等溫綫的分類

7.3.9碳材料在物理吸附氫氣中的應用

7.3.10替代碳的物理吸附

7.3.11沸石材料

7.3.12金屬氫化物

7.4化學存儲

7.4.1化學氫化

參考文獻

第8章其他電力儲能技術

8.1引言

8.2電化學儲能

8.2.1閥控式鉛酸電池

8.2.2鋰離子電池

8.2.3釩電池

8.3超級電容器儲能

8.4壓縮空氣儲能

8.5地下抽水蓄能

8.6抽熱蓄能

8.7天然氣生産儲能

8.8飛輪儲能

8.9超導磁儲能

參考文獻

第9章太陽能製氫的能量轉換、儲存及利用係統的仿真研究

9.1太陽能製氫的能量轉換、儲存及利用係統

9.2邏輯控製

9.3性能分析

9.3.1收集係統效率

9.3.2整體效率

9.4光伏轉換和壓縮存儲的仿真

9.5光伏轉換和活性炭存儲的仿真

9.6風能轉換、壓縮和活性炭存儲的仿真

9.7有關火用分析的說明

9.8太陽能製氫的能量轉換、儲存及利用係統仿真的評論

參考文獻

第10章太陽能製氫的能量轉換、儲存及利用係統的實際應用

10.1簡介

10.2FIRST項目

10.3Schatz太陽能製氫項目

10.4ENEA項目

10.5Zollbruck小鎮的村鎮發電係統

10.6GlasHusEtt項目

10.7Trois�睷ivière（三河）發電站

10.8SWB工業電站

10.9HaRI項目

10.10從實際應用中得齣的結論

參考文獻

第11章結語

前言/序言

　　原書序

　　可再生能源在未來的能源中將發揮非常重要的作用。這是我在法國國傢太陽能研究所（INES）下屬的太陽能係統實驗室開展工作的驅動力，這也是Gabriele Zini選擇在同一個團隊中研究光伏係統的原因。隨著光伏組件和係統的價格降低，歐洲南部的一些地區已經開始達成市電平價，這意味著太陽能發電銷售價格已經可以與傳統電力競爭。在未來十年，太陽能光伏發電甚至能夠與許多地區的傳統電力競爭。風力發電的應用也有類似的發展趨勢。

　　然而，可再生能源與傳統能源之間的巨大差異會成為市場障礙。太陽能係統隻能在陽光燦爛時産生能源。風能隨風速的變化而變化。因為沒有工具來控製它們，所以傳統電力運營商，特彆是在法國，往往把可再生能源稱為“緻命的”能源來源。

　　在可再生能源的市場滲透性很低的時候，這些波動是無關緊要的。然而，一旦可再生能源入網，需要創新性的解決方案以確保給客戶提供可靠的電力供應。這對於島嶼上的能源供應非常重要；對於我們今天可以看到像德國這樣可再生能源滲透性高的大陸電網也是至關重要的。

　　第一個解決方案可能是提供大規模的太陽能發電與電力需求來匹配。然而，這對於整體電力需求是無法完成的。而且實現匹配快速波動的需求是更加睏難的。這就是為什麼我們要準備解決問題的第二套方案——儲能一體化。氫能便於能源存儲和運輸，是一種很有前途的存儲選擇。這是本書正在探索和作者多年來一直在研究的內容。我確信讀者可以在這裏找到關於氫能可再生能源係統的有趣簡介。我也相信讀者會發現氫能是能提高可再生能源市場滲透率的一個有趣工具。

　　Jens Merten

　　國傢太陽能研究所（INES）太陽能係統實驗室主任

　　前言

　　化石能源完全枯竭或者成本過高難以開采，隻是時間問題。如果延續這種趨勢，化石能源時代終將要畫上句號。人類麵臨的問題除瞭化石能源日益減少之外，還有燃料在開采、運輸、加工和使用過程中所引起的環境汙染問題，這就是我們為什麼必須盡快找尋到解決當前現狀的措施，從而盡快進入新能源時代的原因。

　　氫能被視為在這個曆史過渡期間最可能充當領導角色的候選者之一。毋庸置疑，不能通過化石能源來提供製備氫氣所需要的能量。因此，有必要求助於取之不盡、用之不竭、環境影響盡可能小的可再生能源。在可再生能源當中，作者認為太陽能是最佳的選擇之一，其原因將在本書中進行闡述。

　　本書共分為11章來給讀者展示太陽能製氫的能量轉換、儲存及利用

　　係統的運行和實施的最新知識。該係統結閤不同的技術，有效、協調地將可再生能源轉換為化學能並以氫的形式儲存起來，然後轉化為更容易利用的能源形式——電能。

　　本書第1章介紹瞭以氫為基礎的新能源係統相關的宏觀經濟、技術和曆史。第2章介紹瞭氫的理化性質、生産、應用以及用於氫儲存和運輸材料的失效現象和相容性。第3章詳細探討瞭電解槽和燃料電池的性能和建模。第4章和第5章分彆描述瞭光伏和風能的技術基礎。第6章討論瞭其他潛在可用於製氫的可再生能源。第7章闡述瞭另一個重要問題的全過程：氫存儲。第8章提供瞭許多關於在標準電池和其他更先進電池替代品中化學存儲的相關信息。第9章詳細討論瞭實際實現氫氣的完整係統和利用數學模型模擬係統的性能。第10章列舉瞭現實生活中一些很有趣的應用實例。第11章給齣瞭最終結論。在每章的末尾為進一步探討該主題的讀者列齣瞭相關參考文獻。

　　本書的目標是與大傢分享太陽能製氫的能量轉換、儲存及利用

　　係統的科學和技術，並幫助建立一個新的可持續能源經濟。我們希望我們將會成功。

　　非常感謝西濛娜·佩得拉茨（Simone Pedrazzi）為本書部分模型和模擬提供的幫助，感謝意大利維基董事會秘書安德列·贊尼（Andrea Zanni）幫助正確使用來自維基媒體數據庫知識共享（Creative Commons）授權圖片。

　　作者還要感謝Pei�睸hu Wu的翻譯和編輯，大大提高瞭本書定稿的質量。最後，我們還要感謝施普林格意大利公司的Francesca Bonadei、Maria Cristina Acocella和Pierpaolo Riva在本書最終齣版階段給予的幫助！

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