为了改善生态环境，更加合理高效地利用常规能源，开发和利用新能源并使其逐步替代化石能源，同时使所有用能人员都具备能源开发与高效利用的相关知识，本书系统地阐述了能源的类型和特点，能量的形式，能源资源的概况及发展趋势，常规能源的转换、储存和高效利用技术，新能源的开发利用技术，以及能源工程中的节能环保技术，并介绍了能源管理方法与节能新机制。本书兼顾专业性与通俗性，既可作为高校能源动力类专业本科生的专业必修课教材，也可作为各工科专业学生了解能源工程和能源管理知识的选修课教材，还适用于相关行业的技术及管理人员培训等。
能源是人类社会赖以生存和发展的资源, 包括煤炭、 石油、 天然气、 水能、 核能、 风能、 太阳能、 地热能、 生物质能等一次能源和电力、 热力、 成品油等二次能源, 以及其他新
能源和可再生能源。 随着世界经济的快速发展, 对能源的需求量逐年增加, 而地球内部常规化石能源 (即矿物能源) 总量有限并日渐枯竭, 能源已成为制约世界各国经济发展的瓶颈。同时, 化石能源的使用会产生大量 CO2 、 SO2、 NOx 等有害气体, 造成生态环境恶化、 地球变暖、 局部地区酸雨和雾霾天气等环境问题, 使农作物减产、 生态遭到破坏, 人类健康受到
严重威胁。 因此, 开发能源管理新机制并提高能源管理手段、 更加高效合理地利用常规能源、 改善生态环境的呼声越来越高。 开发和利用新能源尤其是可再生能源, 已在全球范围内得到强烈关注, 各国纷纷加大资金投入, 以促进新能源技术的发展和规模化利用, 并使新能源逐步取代常规能源。
掌握常规能源的高效利用技术和新能源开发技术的基础知识, 不但对于能源动力类专业技术人员来说是必需的, 而且对于所有工科专业技术人员来说都是必需的, 对于工业企业管理人才的培养和未来发展也是不可缺少的。 尤其在 21 世纪建设 “ 资源节约型、 环境友好
型” 社会的形势下, 对于培养和造就创新型的复合人才, 全面提高各类人才的科学素质,特别是培养节能降耗的科学意识, 都是十分必要的。
本书系统地阐述了能源的分类和特点, 能量的形式, 国内外能源资源的概况及发展形势, 常规能源的转换、 储存技术和高效利用方法, 新能源和可再生能源的开发利用方法, 以及能源工程中的节能环保技术等; 阐述了能源管理方法与节能新机制, 如固定资产投资项目
节能审查、 企业能源审计、 清洁生产审核、 合同能源管理、 节能产品认证和能效标识制度等。
本书可作为高等院校能源动力类专业本科生的专业必修课教材, 也可作为各工科专业学生了解能源工程和能源管理知识的选修课教材, 同时可作为工程热物理学科的教师和研究生、 各级能源管理部门及企事业单位的节能管理人员、 工程技术人员实施能源管理的参考书。
本书在第 1 版的基础上进行了全面修订, 尤其是对各种能源的开发、 生产和消耗数据进行了更新。
全书由郑州大学节能技术研究中心主任吴金星教授担任主编并统稿, 山东大学赖艳华教授、 北京信息科技大学刘泉教授担任副主编, 由河南省节能监察局孙晓林教授级高工担任主审。 参与本书编写和修订的还有: 郑州大学刘利平副教授, 郑州大学研究生刘少林、王蕾、 孙雪振、 赵进元、 田倩卉等。 另外, 郑州大学詹自力教授、 赵金辉博士、 王军雷博Ⅳ士, 以及河南机电高等专科学校王任远讲师参与了资料收集和书稿整理、 绘图等工作; 编写
过程中, 郑州大学魏新利教授、 王定标教授等提出了很好的修改意见和建议, 在此一并表示感谢。 在编写过程中还参阅了大量的国内外专著、 教材和期刊论文, 在此谨向这些文献的著者和相关单位表示诚挚的谢意。 本书的修订和出版得到了郑州大学的支持, 同时, 机械工业出版社对本书的出版也给予了大力帮助, 特此致谢。
由于作者水平和经验有限, 书中难免出现疏漏和不足之处, 敬请读者批评指正。
编 者
前 言
第 1 章 能源资源概述 … … … … … … … … … 1
1. 1 能源与能量 … … … … … … … … … … … 1
1. 1. 1 能源的分类 … … … … … … … … … … 1
1. 1. 2 能源可持续利用的评价指标 … … … 4
1. 1. 3 能量的基本形式 … … … … … … … … 8
1. 1. 4 能量的性质 … … … … … … … … … … 11
1. 1. 5 能量传递的相关因素 … … … … … … 12
1. 2 能源利用与可持续发展 … … … … … … … 13
1. 2. 1 能源与国民经济发展 … … … … … … 13
1. 2. 2 能源与经济可持续发展 … … … … … 15
1. 3 我国的能源结构与发展战略 … … … … … 17
1. 3. 1 我国能源生产和消费结构 … … … … 18
1. 3. 2 我国能源形势与发展战略 … … … … 25
思考题 … … … … … … … … … … … … … … … … 30
第 2 章 能量的转换与储存 … … … … … … 31
2. 1 能量转换的原理与效率 … … … … … … … 31
2. 1. 1 能量转换的方式 … … … … … … … … 31
2. 1. 2 能量转换的基本原理 … … … … … … 33
2. 1. 3 能量转换的效率 … … … … … … … … 34
2. 2 能量转换的形式与设备 … … … … … … … 36
2. 2. 1 化学能转换为热能 … … … … … … … 36
2. 2. 2 热能转换为机械能 … … … … … … … 40
2. 2. 3 机械能转换为电能 … … … … … … … 54
2. 3 能量的高效储存技术 … … … … … … … … 55
2. 3. 1 电能高效储存技术 … … … … … … … 56
2. 3. 2 热能储存技术及其应用 … … … … … 59
2. 3. 3 机械能储存技术 … … … … … … … … 65
思考题 … … … … … … … … … … … … … … … … 66
第 3 章 常规能源的高效利用 … … … … … 67
3. 1 概述 … … … … … … … … … … … … … … … 67
3. 2 煤炭 … … … … … … … … … … … … … … … 69
3. 2. 1 煤炭的高效清洁利用技术 … … … … 70
3. 2. 2 先进煤炭燃烧发电技术 … … … … … 78
3. 2. 3 煤炭利用节能环保技术 … … … … … 84
3. 3 石油 … … … … … … … … … … … … … … … 88
3. 3. 1 石油概述 … … … … … … … … … … … 88
3. 3. 2 炼油工业的发展历程及前景 … … … 89
3. 3. 3 原油炼制方法及节能技术 … … … … 92
3. 4 天然气 … … … … … … … … … … … … … … 97
3. 4. 1 天然气概述 … … … … … … … … … … 97
3. 4. 2 天然气高效利用技术 … … … … … … 98
3. 5 水能 … … … … … … … … … … … … … … 102
3. 5. 1 水能概述 … … … … … … … … … … 102
3. 5. 2 水力发电技术 … … … … … … … … 103
3. 6 电能 … … … … … … … … … … … … … … 107
3. 6. 1 电能概述 … … … … … … … … … … 107
3. 6. 2 电能的开发与输送技术 … … … … 109
思考题 … … … … … … … … … … … … … … … … 112
第 4 章 新能源的开发利用 … … … … … … 113
4. 1 新能源开发利用的意义 … … … … … … 113
4. 2 太阳能 … … … … … … … … … … … … … 115
4. 2. 1 太阳能及其利用原理 … … … … … 115
4. 2. 2 太阳能利用设备及系统 … … … … 117
4. 2. 3 太阳能的应用前景 … … … … … … 123
4. 3 风能 … … … … … … … … … … … … … … 124
4. 3. 1 认识风能 … … … … … … … … … … 124
4. 3. 2 风能的利用技术 … … … … … … … 125
4. 3. 3 风电技术的发展趋势 … … … … … 128
4. 4 生物质能 … … … … … … … … … … … … 129
4. 4. 1 生物质能概述 … … … … … … … … 129
4. 4. 2 生物质能利用技术 … … … … … … 131
4. 4. 3 生物质能开发利用进展 … … … … 1324. Ⅵ
5 核能 … … … … … … … … … … … … … … 134
4. 5. 1 核能概述 … … … … … … … … … … 134
4. 5. 2 核能利用技术 … … … … … … … … 135
4. 5. 3 核能的和平利用前景 … … … … … 138
4. 6 地热能 … … … … … … … … … … … … … 140
4. 6. 1 地热能的来源 … … … … … … … … 140
4. 6. 2 地热资源的分类及特征 … … … … 141
4. 6. 3 地热资源的开发利用
技术 … … … … … … … … … … … … 143
4. 7 海洋能 … … … … … … … … … … … … … 145
4. 7. 1 认识海洋能 … … … … … … … … … 145
4. 7. 2 海洋能开发利用技术 … … … … … 147
4. 8 氢能 … … … … … … … … … … … … … … 148
4. 8. 1 氢能的特性及制备方法 … … … … 148
4. 8. 2 氢能的储存与输送 … … … … … … 151
4. 8. 3 氢能的应用前景 … … … … … … … 151
4. 9 天然气水合物 … … … … … … … … … … 153
4. 9. 1 天然气水合物简介 … … … … … … 153
4. 9. 2 世界上天然气水合物的分布 … … 153
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