可再生能源系统设计

可再生能源系统设计 Renewable Energy System Design [美]齐亚德·萨拉梅赫（Ziyad Salameh）著杨勇译 本书的目的是为读者全面提供可再生能源领域的基础知识，使读者对该领域的现状和未来发展趋势有所了解。 本书共分为5章。第1章介绍了可再生能源的重要性以及影响可再生能源发展的因素。第2章和第3章介绍了光伏发电和风力发电系统这两种目前应用最为广泛的可再生能源系统，并以较为详细的篇幅介绍了各自系统的设计与分析。第4章主要介绍了在可再生能源系统中占有重要地位的储能系统，对蓄电池、燃料电池、飞轮储能、超级电容器、超导储能、抽水储能和压缩空气储能进行了讨论。第5章主要介绍了新型的可再生能源，包括海水温差发电、潮汐能发电、波浪能发电、生物质能发电、地热能发电、太阳热能发电和卫星发电等内容。 本书适合从事可再生能源系统设计和应用的工程师阅读，也适合作为电气或机械工程专业高年级本科生或低年级研究生的课程教材或参考书。 长久以来，可再生能源都被认为仅能作为化石或核电等能源的补充。但是近年来，随着化石能源的日益减少，环境污染的日益严重，以及日本福岛核电站事故之后人们对于核能安全利用的反思，可再生能源获得了前所未有的发展机遇，越来越多的国家采取鼓励可再生能源的政策和措施，可再生能源的生产规模和使用范围正在不断扩大。 在这一大背景下，出版一本全面覆盖可再生能源系统的图书，帮助学生和相关从业人员了解可再生能源开发中的基本系统组成，建立全面的设计概念，掌握必要的基础知识，也就成为一个迫切需求。为了帮助教师更好的教授、学生更好的学习这一领域的基础知识，我翻译了这本英文著作。本书主要适用于理工科高校相关专业的本科生、研究生作为教材或参考书使用。同时对希望掌握可再生能源系统设计基础理论的工程技术人员也是很好的工具书。 本书是一本覆盖了各主要可再生能源系统、资源及相关主题的图书，其主要特点包括：①用图表和示例来说明和演示太阳能、风能、风光混合动力和新兴可再生能源系统的设计和运行原理；②利用案例研究帮助工程师预见并克服常见的设计挑战；③探讨了可再生能源储存方式，特别是蓄电池、燃料电池和新兴可再生能源储能技术。本书内容丰富，读者可根据具体从事的专业对部分章节予以取舍。 本书的翻译工作主要由华中科技大学的杨勇教授完成。在本书的出版过程中，得到机械工业出版社刘星宁编辑的大力支持，在此一并表示感谢。由于译者水平有限，书中不妥和错误之处在所难免，敬请读者批评指正。 杨勇2017年10月于华中科技大学 近年来，世界对于能源的需求总量不断增长，但地球上的化石燃料储量是有限的，终有一天将难以为继。能源对于工业发展和人类生活都至关重要。对化石燃料枯竭的忧虑促使科学家和工程师们不断寻找可满足未来需求的替代能源。人们逐渐意识到，这种能源必须是可持续供应的，可再生的，而且是无污染的。本书的主要内容就是对这些新型能源进行介绍。 本书是以电气或机械工程专业高年级本科生或低年级研究生为对象的课程教材。此外，本书还可为从事可再生能源系统设计和应用的工程师提供参考。本书要求的先修课程包括基本电路、物理、化学和数学等工程类本科生必修的课程。本书内容可供一个学期的课堂讲授。 本书的目的是为读者全面提供可再生能源领域的知识，并使其对该领域的现状和未来发展趋势有所了解。本着实用的原则，可再生能源相关的概念在本书中都有相应深度的介绍。读者一旦学习了本书内容，即可考虑将所学应用至实际生活中。 本书共分为5章。第1章介绍了可再生能源的重要性。第2章和第3章介绍了光伏发电和风力发电这两种目前应用最为广泛的可再生能源发电技术，并以较为详细的篇幅介绍了其设计与分析。 第4章主要介绍了在可再生能源系统中占有重要地位的储能系统，对蓄电池、燃料电池、飞轮储能、超级电容器、超导储能、抽水储能和压缩空气储能进行了讨论。第5章主要介绍了新型的可再生能源，包括海水温差发电、潮汐能发电、波浪能发电、生物质能发电、地热能发电、太阳热能发电和卫星发电。 译者序原书前言 第1章促进可再生能源发展的因素1…………………………………………………… 1. 1引言1……………………………………………………………………………………………1. 2美国和全球发电耗能2…………………………………………………………………………1. 3影响可再生能源使用的因素4…………………………………………………………………1. 3. 1高油价的影响4……………………………………………………………………………1. 3. 2化石燃料对可再生能源的影响10…………………………………………………………1. 4全球变暖和可再生能源使用17…………………………………………………………………1. 4. 1全球变暖概览20……………………………………………………………………………1. 4. 2全球变暖和海平面上升21…………………………………………………………………1. 4. 3其他关于全球变暖的忧虑22………………………………………………………………1. 4. 4遏制全球变暖的措施23……………………………………………………………………1. 5结论24……………………………………………………………………………………………参考文献24…………………………………………………………………………………………… 第2章光伏发电26………………………………………………………………………… 2. 1引言26……………………………………………………………………………………………2. 2太阳辐射特征27…………………………………………………………………………………2. 2. 1太阳常数27…………………………………………………………………………………2. 2. 2太阳辐射的日变化和季节变化27…………………………………………………………2. 2. 3阳光直射和漫射27…………………………………………………………………………2. 2. 4大气质量27…………………………………………………………………………………2. 2. 5峰值日照时数29……………………………………………………………………………2. 3光伏转换31………………………………………………………………………………………2. 3. 1原子数31……………………………………………………………………………………2. 3. 2光伏电池的性质和特征： p - n结33……………………………………………………2. 4光伏电池、模块、面板和阵列的性能评估35…………………………………………………2. 4. 1伏安特性35………………………………………………………………………………… 2. 4. 2功率-电压特性36…………………………………………………………………………2. 4. 3光伏模块的最大功率点36…………………………………………………………………2. 4. 4电阻负载对工作点的影响37………………………………………………………………2. 4. 5光伏电池的等效电路39……………………………………………………………………2. 4. 6开路电压和短路电流41……………………………………………………………………2. 4. 7喷气推进实验室模型41……………………………………………………………………2. 5光伏器件的连接43………………………………………………………………………………2. 5. 1光伏器件的串联43…………………………………………………………………………2. 5. 2光伏器件的并联44…………………………………………………………………………2. 5. 3阻流二极管45………………………………………………………………………………2. 5. 4旁路二极管46………………………………………………………………………………2. 5. 5光伏电池面板朝向46………………………………………………………………………2. 6光伏阵列的优化47………………………………………………………………………………2. 6. 1简介47………………………………………………………………………………………2. 6. 2阻抗匹配方法48……………………………………………………………………………2. 6. 3电池储能方法49……………………………………………………………………………2. 6. 4太阳能聚光方法49…………………………………………………………………………2. 6. 5太阳跟踪控制方法51………………………………………………………………………2. 6. 6电动光伏阵列重构方法52…………………………………………………………………2. 6. 7最大功率点跟踪方法54……………………………………………………………………2. 7光伏系统58………………………………………………………………………………………2. 7. 1光伏系统的分类58…………………………………………………………………………2. 7. 2光伏系统的组成60…………………………………………………………………………2. 7. 3带电池储能的独立光伏系统设计64………………………………………………………2. 8光伏技术的应用69………………………………………………………………………………2. 8. 1太阳能发电的演变历史69…………………………………………………………………2. 8. 2便携式面板和发电装置73…………………………………………………………………2. 8. 3使用光伏发电的家庭和偏远村庄74………………………………………………………2. 8. 4集中式光伏电站77…………………………………………………………………………2. 8. 5前景展望77…………………………………………………………………………………2. 9并网光伏发电系统的问题和需求78……………………………………………………………2. 9. 1简介78………………………………………………………………………………………2. 9. 2电力公司和可再生能源客户的交互79……………………………………………………习题82…………………………………………………………………………………………………参考文献84…………………………………………………………………………………………… 第3章风力发电系统86…………………………………………………………………… 3. 1引言86…………………………………………………………………………………………… 3. 2风的特性90………………………………………………………………………………………3. 2. 1平均风速90…………………………………………………………………………………3. 2. 2风速-持续时间曲线及其随高度的变化90………………………………………………3. 2. 3风速随时间和方向的变化92………………………………………………………………3. 2. 4风玫瑰图92…………………………………………………………………………………3. 2. 5风切变和阵风93……………………………………………………………………………3. 2. 6风速分布及其概率函数94…………………………………………………………………3. 3风力发电机的空气动力学理论96………………………………………………………………3. 4风力功率曲线97…………………………………………………………………………………3. 5风力发电系统的基本组成101…………………………………………………………………3. 5. 1风力发电机的类型104……………………………………………………………………3. 5. 2水平轴和垂直轴风力发电机的对比109…………………………………………………3. 5. 3逆风型和顺风型风力发电机110……………………………………………………