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跟科學傢一起認識可再生能源
	定價	11.80
	齣版社	科學齣版社
	版次	1
	齣版時間	2010年05月
	開本	大32
	作者	凱瑟琳 剋羅恩
	裝幀	平裝
	頁數	64
	字數	5
	ISBN編碼	9787508822952

目錄
能源來自何處 能源怎樣纔能再生 大師的可再生能源 可再生能源新途徑 關於細胞的更多知識和科學傢麥剋斯的更多內容 術語匯編 索引
內容介紹
一套集知識性、趣味性於一體的青少年動漫科普圖書。跟隨小讀者們喜愛的超酷並具有超能力的科學傢，在科學的殿堂遨遊，使讀者們感到愜意愉快，但又不失嚴謹。視角及其獨特，創意新穎時尚、生動、鮮活、有趣。
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《能源新紀元：探索未來的動力源》 第一章：曆史的迴響與能源的演進 人類文明的發展史，在很大程度上就是一部能源利用的曆史。從遠古時代的薪柴，到蒸汽機的轟鳴，再到現代社會對化石燃料的依賴，能源的每一次飛躍都重塑瞭我們的生活方式和社會結構。然而，這種高速發展也帶來瞭深刻的隱憂。 本章將帶領讀者迴顧能源利用的漫長曆程，深入剖析煤炭、石油和天然氣等傳統能源在工業革命中的關鍵作用，以及它們在推動全球經濟繁榮的同時，對環境造成的不可逆轉的影響。我們將考察能源轉型早期的嘗試，理解為什麼尋找更清潔、更可持續的替代方案成為瞭二十世紀末至今的全球性議題。 1.1 從火堆到電網：能源的初始形態 早期人類對能量的初步認知與利用。 農業革命與生物質能的普及。 工業革命的驅動力：煤炭的崛起及其對社會結構的衝擊。 1.2 石油時代的光輝與陰影 20世紀初，石油如何超越煤炭成為主要的交通和工業能源。 全球地緣政治與石油資源的緊密聯係。 化石燃料的局限性：儲量枯竭的必然性與環境成本的顯現。 1.3 能源結構轉型的呼喚 氣候變化的科學共識與國際社會的應對。 對能源安全性的重新定義：不再僅僅是供應的穩定，更是來源的多樣性與環境友好性。 預示未來能源格局的早期探索。 第二章：太陽的饋贈：光伏技術的深度解析 太陽，這顆距離地球最近的恒星，每天嚮地球傾瀉著巨量的能量。光伏（Photovoltaic, PV）技術，正是直接捕捉並轉化這種能量的尖端科技。本章將摒棄那些過於基礎的原理介紹，聚焦於光伏産業的深度技術挑戰、市場動態及未來潛力。 2.1 晶矽電池的極限與突破 晶體矽仍然是光伏市場的主流，但其效率的提升正麵臨物理和化學的瓶頸。本節將探討： PERC、TOPCon與HJT技術路綫的競爭：這些後PERC時代的先進結構如何通過優化鈍化層和錶麵接觸，將效率推嚮新的高度。我們將詳細分析其結構差異、製造成本的權衡以及在不同氣候條件下的錶現。 N型矽片與P型矽片的迭代：從載流子壽命到溫度係數的全麵對比，理解為何行業正加速嚮N型技術遷移。 2.2 薄膜技術的復興與差異化應用 雖然晶矽占據主導，但薄膜電池以其柔性、輕質和特定光譜吸收優勢，在特定領域保持著不可替代的地位。 碲化鎘（CdTe）的成本優勢：探討其供應鏈的獨特之處以及對特定市場（如大型地麵電站）的影響力。 銅銦鎵硒（CIGS）的柔性潛力：分析其在建築集成光伏（BIPV）和移動設備中的應用前景，及其麵臨的元素配比穩定性挑戰。 2.3 疊層電池：邁嚮效率的天花闆 為瞭超越單結電池的肖剋利-奎伊瑟極限，疊層（Tandem）電池成為研究熱點。 鈣鈦礦/晶矽疊層：這是當前最具潛力的組閤，重點分析界麵工程、穩定性問題（特彆是對濕氣和光照的敏感性）以及如何實現高效、穩定的電荷傳輸。 第三章：風能的智慧捕獲：從葉片到電網的工程學 風力發電是實現大規模零碳電力的核心支柱之一。本章將深入探討現代風力發電機的設計哲學、選址策略和電網集成方麵的復雜工程挑戰。 3.1 超大型風機的設計與製造前沿 現代海上風機尺寸已達驚人的水平，其工程難度呈指數級增長。 葉片設計：空氣動力學與結構強度：解析超長葉片如何應對極端載荷（如颱風），以及復閤材料（碳縴維、玻璃縴維）在減輕重量和增強剛性方麵的最新進展。 齒輪箱與直驅係統的權衡：對比傳統多級齒輪箱的高維護需求與直驅係統在重量和體積上的妥協，以及永磁同步發電機（PMSG）技術的應用。 3.2 海上風電：浮動基礎的革命 固定式基礎在水深受限，而浮動式風電（Floating Offshore Wind, FOW）正開啓廣闊的深遠海域資源。 浮體平颱類型比較：半潛式（Semi-submersible）、張力腿式（Tension Leg Platform, TLP）和重力基礎（Gravity-Based Structure）的優劣勢分析，以及它們在不同海況下的動態響應模型。 動態電纜鋪設與係泊係統：如何在波濤洶湧的海況下，保證電力傳輸的可靠性和係泊係統的長期耐久性。 3.3 風電並網的挑戰與智能調度 風能的間歇性和隨機性對電網的穩定性構成瞭嚴峻考驗。 慣量和電壓支撐：分析在缺乏傳統同步發電機提供慣量時，風電場如何通過先進的電力電子技術（變流器）來模擬慣量響應。 預測模型與削峰填榖：如何利用高精度氣象模型，結閤機器學習算法，優化風電場的齣力預測，減少不必要的棄風。 第四章：地熱與水能的穩定基石 在追求間歇性可再生能源的同時，我們不能忽視那些提供穩定、基荷電力的“常青”能源：地熱能和水力發電。本章著重於它們的現代化改造和潛力挖掘。 4.1 地熱能：從傳統到增強型係統（EGS） 地熱能的優勢在於其極高的容量係數，但其資源分布不均。 增強型地熱係統（EGS）的原理與風險：探討如何通過水力壓裂技術在非滲透性岩體中創造人工儲層，並嚴格評估其可能引發的微小地震風險及監測手段。 超臨界流體地熱的潛力：分析在更深層開采超臨界二氧化碳或水，以獲取遠超傳統係統的能量密度。 4.2 水電的優化與生態考量 傳統水電站麵臨著氣候變化（降雨模式改變）和生態保護的雙重壓力。 抽水蓄能（Pumped Hydro Storage）的二次開發：作為目前最成熟的大規模儲能方式，分析其在未來能源係統中的關鍵作用。 小型水電的生態友好性設計：探討如何設計最小化對河流生態係統影響的微小徑流式水電站。 第五章：儲能技術的百花齊放與集成戰略 電能的儲存是可再生能源大規模應用的關鍵瓶頸。本章將對電池技術之外的多種儲能方案進行深入的技術對比和商業化前景評估。 5.1 電化學儲能的下一波浪潮 鋰離子電池仍然是主流，但其安全性和資源依賴性催生瞭替代方案的研發。 固態電池與鈉離子電池：分析固態電解質在提升能量密度和本質安全性方麵的進展，以及鈉離子電池如何利用豐富的原材料優勢，在固定式儲能市場中占據一席之地。 液流電池的規模化潛力：探討釩基和鋅溴液流電池在大規模、長時儲能應用中，如何通過獨立的可擴展能量和功率組件來降低單位成本。 5.2 機械與熱能的宏觀存儲 對於數小時乃至數天尺度的能量儲存，機械和熱力學方案展現齣獨特優勢。 壓縮空氣儲能（CAES）與液化空氣儲能（LAES）：分析先進CAES係統如何利用地下鹽穴提高效率，以及LAES在城市環境中的適用性。 飛輪儲能與重力儲能：在需要極快速響應的電網應用中，飛輪係統的優勢，以及重力儲能（如使用起重機提升重塊）在特定地形地質條件下的可行性。 第六章：氫能：穿越能源的“瑞士軍刀” 氫氣作為零碳燃料載體，其潛力在於其在交通、工業脫碳和季節性儲能方麵的多功能性。本章將聚焦於“綠氫”的製備、運輸與應用的高級工程問題。 6.1 高效製氫的電解槽技術 “綠氫”的質量取決於電解水技術的效率和成本。 質子交換膜（PEM）與堿性電解槽的性能對比：分析它們在電流密度、動態響應和催化劑依賴性上的差異，以及未來嚮高溫固體氧化物電解槽（SOEC）發展的趨勢。 電解槽的集成與優化：如何將波動性強的風光電力與電解槽緊密耦閤，實現最優的運行效率。 6.2 氫氣的儲存與基礎設施建設 氫氣的低體積密度是其商業化麵臨的最大障礙之一。 物理儲存的挑戰：高壓氣態儲存（700 bar）的材料科學要求，以及液態儲存（-253°C）所需的高昂冷卻能耗。 化學載體與管道運輸：探討氨（NH3）和有機液態儲氫（LOHCs）作為長距離運輸介質的優劣，以及現有天然氣管道摻氫的技術限製與安全標準。 6.3 氫能在工業和交通領域的脫碳路徑 煉鋼與化工脫碳：氫氣如何替代焦炭作為還原劑，實現鋼鐵和化肥生産的零排放。 重型運輸與航空燃料閤成：分析“電力到液體燃料”（PtL）技術，利用捕獲的二氧化碳和綠氫閤成閤成甲烷或甲醇，替代重卡和航運燃料。 第七章：電網的智能化重塑：迎接分布式能源的未來 當能源生産點從少數幾個大型電站分散到韆傢萬戶的屋頂時，傳統的單嚮電網架構必須徹底重構為靈活、雙嚮互動的智能電網。 7.1 虛擬電廠（VPP）與需求側響應（DSR） VPP是整閤分布式發電、儲能和可控負荷的軟件平颱。 聚閤與優化：探討VPP如何利用復雜的優化算法，將數萬個小型資源（如傢用電動汽車的電池、智能溫控係統）作為一個整體參與電力市場競價。 動態定價與消費者行為：分析實時電價信號如何引導消費者在非高峰時段使用電力，從而實現需求的平滑化。 7.2 分布式能源的並網與保護 隨著大量逆變器接入配電網，傳統保護機製麵臨失效風險。 故障穿越與孤島檢測：分析智能逆變器如何滿足電網的“零電壓穿越”要求，以及如何快速準確地隔離故障單元，防止大麵積停電。 電能質量管理：探討分布式發電帶來的諧波和電壓波動問題，以及無功功率補償技術（SVC、STATCOM）在配電網中的應用。 結語：通往淨零排放的係統集成 能源轉型不是單一技術的勝利，而是無數技術和工程解決方案的協同作戰。最終實現淨零排放，要求我們在政策製定、技術創新和基礎設施建設方麵進行前所未有的係統性集成。本書的旅程揭示瞭每一項綠色技術背後的復雜性、挑戰與巨大潛力。未來的能源圖景，將是一個由高效、智能、相互連接的係統所構築的全新紀元。