新能源技术基础与应用

能源是人类生存及发展的物质基础。就我国而言，新能源的开发与利用具有重要的意义：一方面，常规能源日益枯竭；另一方面，以化石能源为主的能源利用方式带来的环境问题越来越严重。开发新能源技术可以改变传统能源消费结构，提高国家能源安全，减少温室气体排放，保护生态环境，促进经济和社会发展。因此，新能源技术开发和利用是实现我国资源、能源和环境可持续发展的必然选择。
本书的编写旨在促进新能源技术与工程研究和相关学科的发展，力求通俗易懂，简明扼要，在侧重介绍新能源技术涉及领域的基础上，对生物质能、电池能、氢能、核能、可燃冰以及其他形式的新能源（太阳能、海洋能、地热能、风能、水能）的概念及原理进行了较为系统的阐述。此外，对新能源技术特点、应用现状和未来的发展趋势等也进行了介绍。需要说明的是，生物质能作为绿色能源之一，预计将成为未来可持续新能源系统的重要组成部分，因此作者结合自己多年科研成果，重点对生物质能，特别是生物质灰熔融特性进行了较为详细的介绍和论述。本书可为从事新能源、化学、化工、新材料和环境工程等相关学科的工程技术人员、研究人员提供参考，也可作为高等学校、高职高专院校热能动力设备及应用、能源工程、环境工程等专业的教学参考书或教材。
本书撰写的部分内容得到了中国科学院创新性项目 （KGCX2-YW-397）、煤炭转化国家重点实验室开放基金（J12-13-102）、中国科学院战略性先导科技专项（XDA07050103）、山东省自然科学基金（ZR2014BM014和ZR2018MB037）和国家自然科学基金（21875059）的资助。研究生肖慧霞、马修卫、李萌、于冰、李洋、赵超越等参与了项目的研究工作。本书的出版得到了山东省普通本科院校应用型人才培养专业发展支持计划项目和山东省高水平应用型立项建设化学工程与工艺专业（群）项目的支持。
本书由李风海和张传祥编著。第1章、第2章、第5章和第7章由菏泽学院李风海编写，第3章、第4章和第6章由河南理工大学张传祥编写。研究生董秀莲、司兴刚、刘永斌、程学利、骆俊杉、吕随明、董永昌参与了本书的校核工作,并提出了一些良好的建议，河南理工大学马名杰教授和刘宝忠教授对全书进行了审核。
由于新能源技术涉及范围广、发展迅速，加之作者水平和时间有限，疏漏之处在所难免,恳请广大读者批评指正。

编著者
2022年3月

新能源的开发和利用受到了人们的广泛关注。本书结合当今国内外新能源领域的发展现状，对生物质能、电池能、氢能、核能、可燃冰以及其他形式的新能源（太阳能、海洋能、地热能、风能、水能）的概念、原理、技术和发展趋势等进行了较为系统的阐述，对新能源技术基础及应用等进行了重点介绍，内容丰富，覆盖面广。
本书力求简明扼要，体现针对性、实用性和先进性。本书可供从事新能源、化学、化工、新材料和环境工程等相关学科的工程技术人员、研究人员参考，也可作为高等学校、高职高专院校热能动力设备及应用、能源工程、环境工程等专业的教学参考书或教材。

第1章新能源概述 001
1.1能源及我国能源现状001
1.1.1能源的分类001
1.1.2我国能源资源的分布特点002
1.1.3我国能源发展的现状003
1.2新能源005
1.2.1新能源的特点005
1.2.2新能源的种类006
1.2.3新能源产业007
1.2.4我国新能源产业发展趋势009
本章小结011

第2章生物质能 012
2.1生物质能概述012
2.1.1生物质能及其特点012
2.1.2我国生物质能发展013
2.2生物质能转化技术016
2.2.1直接燃烧技术016
2.2.2生物质气化技术018
2.2.3生物质制液态燃料技术040
2.2.4生物质发酵和沼气技术041
2.2.5生物质热解液化技术042
2.3生物质压缩成型和炭化技术043
2.3.1生物质压缩成型燃料043
2.3.2生物质炭化燃料044
2.4低品质生物质能转化技术046
2.4.1低品质生物质概述046
2.4.2畜禽类粪便的利用技术046
2.4.3城市生活垃圾的利用技术046
2.4.4工业污泥的利用技术046
本章小结047

第3章电池能 048
3.1电池能概述048
3.1.1电池概述048
3.1.2电池的发展趋势049
3.2锂离子电池050
3.2.1锂离子电池概述050
3.2.2锂离子电池的原理051
3.2.3锂离子电池的应用057
3.3燃料电池059
3.3.1燃料电池概述059
3.3.2燃料电池的原理061
3.3.3燃料电池的应用062
3.4铅酸电池065
3.4.1铅酸电池概述065
3.4.2铅酸电池的原理066
3.4.3铅酸电池的应用067
本章小结070

第4章氢能 071
4.1氢能概述071
4.1.1氢能及其特点071
4.1.2氢能的研发历程072
4.2氢能的制备储运技术073
4.2.1氢能的制备073
4.2.2氢气的储存077
4.2.3氢气的输送081
4.3氢能利用技术082
4.3.1氢能的利用082
4.3.2我国氢能发展中的挑战083
本章小结084

第5章核能 085
5.1核能概述085
5.1.1核能的特点085
5.1.2核能的发展历程087
5.1.3核能的应用前景087
5.2核能的开发利用088
5.2.1核反应堆088
5.2.2核能应用技术089
5.2.3核辐射及其预防092
5.3核废料处理技术093
5.3.1核废料093
5.3.2核废料处理技术简介093
本章小结096

第6章可燃冰 097
6.1可燃冰概述097
6.1.1可燃冰及资源分布097
6.1.2可燃冰的构型及相关理论基础099
6.1.3寻找可燃冰的方法101
6.2可燃冰的开采102
6.2.1可燃冰的开采方法102
6.2.2可燃冰开采的风险分析105
6.3可燃冰利用技术106
6.3.1可燃冰的研究现状106
6.3.2可燃冰的应用方法108
6.3.3我国可燃冰应用前景109
6.3.4可燃冰应用的挑战与建议109
本章小结110

第7章其他形式的新能源 111
7.1太阳能111
7.1.1太阳能概述111
7.1.2太阳能利用技术112
7.2海洋能117
7.2.1海洋能概述117
7.2.2海洋能利用技术118
7.3地热能123
7.3.1地热能概述123
7.3.2地热能的利用126
7.3.3地源热泵技术与应用128
7.4风能131
7.4.1风能概述131
7.4.2风能利用技术134
7.5水能137
7.5.1水能概述137
7.5.2水能利用技术140
本章小结143

参考文献 144