基本介紹
- 中文名：21世紀化學叢書:能源化學
- 作者：陳軍、陶占良
- 語言：簡體中文
- 出版時間：2004年5月1日
- 出版社：化學工業出版社
- 頁數：606 頁
- ISBN：9787122190185
- 類別：科技
- 定價：198.00 元
- 開本：16 開
- 裝幀：平裝
圖書目錄,內容簡介,作者簡介,序言,
圖書目錄
第1章能源簡介
1.1能源的定義及分類
1.2能源利用史
1.3能源化學
1.3.1能量轉化
1.3.2能量儲存
1.4能源與經濟
1.5能源與環境
1.5.1大氣污染和溫室效應
1.5.2碳排放和減排
1.5.3中國的能源環境
1.6能源與材料
1.7能源儲量及消費
1.7.1計量單位及換算
1.7.2儲量
1.7.3消費
1.7.4結構變化趨勢
1.8中國的能源發展
1.8.1中國能源資源的特點
1.8.2中國能源資源開發面臨的挑戰
1.8.3中國提高能源供應能力的措施
1.9能源發展趨勢
第2章煤炭
2.1煤的形成
2.2煤的基本分析指標及分類
2.2.1基本分析指標
2.2.2煤的分類
2.3煤的結構模型
2.4煤的開採與運輸
2.5我國煤炭資源和消費特點
2.5.1煤炭資源特點
2.5.2煤炭消費特點
2.6煤的綜合利用與潔淨煤技術
2.6.1煤炭綜合利用
2.6.2潔淨煤技術
2.7煤的淨化技術
2.7.1煤炭分選
2.7.2型煤和水煤漿技術
2.7.3煤矸石的綜合利用
2.8煤的先進燃燒技術
2.8.1燃燒反應
2.8.2常規燃煤的低氮氧化物燃燒技術
2.8.3循環流化床燃燒技術
2.8.4水煤漿燃燒技術
2.9煤的燃後淨化技術
2.9.1煙氣除塵技術
2.9.2煙氣脫硫技術
2.9.3煙氣脫硝技術
2.10煤的現代化利用技術
2.10.1煤的液化
2.10.2煤的氣化
2.10.3潔淨煤發電技術
2.11CO2的捕集與封存技術
2.12結語
第3章石油
3.1石油的重要性
3.2石油的生成和聚集
3.3石油的開採
3.4石油的組成
3.5石油的煉製
3.5.1石油的蒸餾
3.5.2重油的裂化
3.5.3催化加氫
3.5.4催化重整
3.6石油化工――國民經濟的支柱
3.7工業的血液――流動的烏金
3.7.1汽油的使用牌號和優質汽油的製備
3.7.2航空煤油
3.7.3柴油
3.7.4燃料油和潤滑油
3.8我國的石油發展
3.9能源安全
3.10結束語
第4章天然氣
4.1天然氣的組成和分類
4.2天然氣的開採和儲運
4.3天然氣化工
4.4天然氣實用技術
4.5非常規天然氣
4.5.1煤層氣及其利用
4.5.2頁岩氣
4.5.3天然氣水合物
4.6中國的天然氣發展及市場
4.7結語
第5章核能
5.1核能發現史話
5.2核能的利用
5.3核裂變和核聚變
5.3.1核裂變
5.3.2核聚變
5.4核反應堆
5.4.1裂變裝置
5.4.2聚變裝置
5.4.3核能發電原理
5.4.4不同形式反應堆
5.4.5核能技術發展趨勢
5.5核燃料循環
5.5.1核燃料循環過程
5.5.2核燃料循環體系
5.5.3核燃料循環方式
5.6核能利用與環境
5.7迅速發展的核電事業
5.7.1簡史
5.7.2我國的核電發展
第6章太陽能
6.1太陽能簡介
6.2太陽能的光熱利用
6.2.1太陽能熱水系統
6.2.2太陽能熱發電
6.2.3太陽能製冷與空調技術
6.2.4太陽房
6.2.5其他太陽能熱利用技術
6.3太陽能的光電利用――太陽能電池
6.3.1太陽能電池簡介
6.3.2太陽能光譜
6.3.3太陽能電池發電原理
6.3.4太陽能電池效率和評價參數
6.3.5幾類太陽能電池
6.3.6光伏電池新技術
6.4太陽能光化學利用
6.4.1光合作用
6.4.2光化學作用――光解水制氫
6.4.3光電—熱解制氫
6.5空間太陽能電站
6.6太陽能的儲存與輸送
6.7太陽能在我國的套用
6.7.1我國太陽能利用發展歷程
6.7.2我國的太陽能資源及市場
6.7.3我國太陽能發電的成果及前景
第7章風能
7.1風的形成及特點
7.2我國風能資源
7.3風能利用
7.3.1風力發電概況
7.3.2風力發電系統的種類
7.4風力發電場的選擇和風力發電機
7.4.1風電場選擇
7.4.2風力機
7.5大規模風電發展面臨的主要問題
第8章地熱能
8.1地熱能簡介
8.2地熱流體的性質
8.3地熱開採技術
8.4地熱能的利用
8.4.1地熱的直接利用
8.4.2地熱發電
8.5我國地熱能利用技術展望
第9章生物質能
9.1生物質――最古老的能源
9.2生物質能資源
9.3國內外生物質能發展現狀
9.4生物質的利用
9.4.1生物質直接燃燒
9.4.2生物質氣化技術
9.4.3生物質液化技術
9.4.4生物質固化技術
9.5“綠色燃油”作物
9.6生物質發電
9.7我國生物質能源發展戰略
第10章海洋能
10.1海洋能概況
10.2潮汐能
10.2.1概述
10.2.2潮汐電站的分類
10.2.3潮汐電站的選址
10.2.4我國潮汐能的開發
10.3海流能
10.3.1概述
10.3.2海流的渦輪發電機類型
10.3.3海流能發電現狀
10.4波浪能
10.4.1概述
10.4.2波浪能發電裝置的分類
10.4.3國外波浪能的研究現狀
10.4.4我國波浪能的研究現狀
10.5溫差能
10.5.1概述
10.5.2溫差能發電裝置分類
10.5.3溫差能發電裝置的結構
10.5.4溫差能發電站的選址
10.5.5國外溫差能發電研究現狀
10.5.6我國溫差能發電研究現狀
10.6鹽差能
10.6.1概述
10.6.2鹽差能發電方式分類
10.6.3鹽差能發電的研究現狀
10.7我國海洋發展戰略
第11章儲能技術
11.1發展儲能技術的必要性
11.2儲能技術發展
11.3儲能技術分類
11.4物理儲能
11.4.1抽水蓄能
11.4.2壓縮空氣儲能
11.4.3飛輪儲能
11.4.4超導磁儲能
11.5化學儲能
11.5.1電化學電容器
11.5.2蓄電池
11.5.3鉛酸蓄電池
11.5.4超級電池
11.5.5鎳氫電池
11.5.6鈉硫和鈉—金屬鹵化物電池
11.5.7液流電池
11.5.8鋰離子電池
11.5.9金屬—空氣電池
11.6儲能逆變器
11.7電池管理系統
第12章氫能和燃料電池
12.1氫能特點
12.2氫的製取
12.2.1實驗室中製備氫氣
12.2.2氫氣的工業生產
12.3氫的存儲與運輸
12.3.1壓縮氣體儲氫
12.3.2低溫液氫儲存
12.3.3金屬氫化物儲氫
12.3.4複合氫化物儲氫
12.3.5有機液體儲氫
12.3.6物理吸附為主的儲氫材料
12.3.7氫氣輸送體系
12.4氫的利用
12.4.1液氫的使用
12.4.2化學工業用氫
12.4.3鎳/氫電池的負極儲氫材料
12.4.4氫能汽車
12.4.5家庭用氫
12.4.6燃料電池
12.5燃料電池概述
12.6燃料電池的特性
12.7燃料電池類型
12.8燃料電池發展簡史
12.9鹼性燃料電池
12.9.1原理
12.9.2AFC關鍵部件
12.9.3阿波羅系統
12.9.4其他AFC系統
12.10磷酸燃料電池
12.10.1簡介
12.10.2關鍵部件
12.10.3套用
12.11熔融碳酸鹽燃料電池
12.11.1簡介
12.11.2關鍵部件
12.11.3重整
12.11.4套用
12.12固體氧化物燃料電池
12.12.1簡介
12.12.2關鍵部件
12.12.3類型
12.12.4套用
12.13質子交換膜燃料電池
12.13.1簡介
12.13.2關鍵部件
12.13.3套用
12.14直接甲醇燃料電池
12.14.1簡介
12.14.2關鍵部件
12.14.3結構
12.14.4套用
12.15其他燃料電池
12.15.1再生型燃料電池
12.15.2生物燃料電池
結束語
參考文獻
內容簡介
《21世紀化學叢書:能源化學(第2版)》圖文並茂、深入淺出，可以作為從事能源、化學、化工、材料、電力、石油、環境等學科研究生和本科生的教學用書，也可供廣大科技工作者和政府管理人員參考，還可作為科學愛好者的科普讀物。
本書主要介紹能源化學的反應原理、技術類型、套用特徵及功能作用，重點介紹了能源領域國內外研究工作進展及發展前景，體現理論與實驗、基礎與套用、前沿與主流的結合。全書共12章，包括能源簡介、煤炭、石油、天然氣、核能、太陽能、風能、地熱能、生物質能、海洋能、儲能技術、氫能和燃料電池。
作者簡介
陳軍，南開大學化學學院先進能源材料化學教育部重點實驗室，先進能源材料化學教育部重點實驗室主任，主要教學經歷
《材料物理與化學》（2002年至今，每年36學時）
《能源化學》（2002年至今，每年16學時）
主要教學、科學研究、實踐經歷
一直從事新能源材料與高能電池的套用基礎研究工作，針對氫、鋰、鎂等無機材料的化學能/電能儲存與轉化所存在的反應活性低、動力學緩慢、離子遷移與電荷傳遞及能量轉化受限等科學與技術難題，開展能量高效儲存與轉化探索研究。通過化學、納米和能源的交叉學科研究，探索使用新材料，來提升能量轉化效率與能量儲存密度，不斷最佳化電池效能，為高能電池的套用提供基礎。在Nat. Chem., Chem. Soc. Rev., Acc. Chem. Res.等期刊上發表SCI收錄論文150餘篇，目前他引6000餘次，單篇最高他引4370次，獲中、美、歐發明專利授權23項，編寫《能源化學》、《化學電源：原理、技術與套用》等著作6本，推動了新型儲能材料與高能電池的發展。
入選 “973”納米重大科學計畫研究項目首席科學家、“新世紀百千萬人才工程”國家級人選，享受國務院政府特殊津貼。獲國家傑出青年科學基金（2003）、通用汽車中國高校汽車領域創新人才一等獎（2009）、國家自然科學二等獎（2011，幾類無機材料的氫、鋰、鎂儲存與電池性能研究，第一完成人）。
序言
《能源化學》（第1版）於2004年3月出版至今已經十年了，在這期間能源化學作為重要科技，與清潔能源、節能環保、新興產業等緊密融合，在推動科技進步，改善產業結構，促進經濟發展，提高人民生活質量和滿足社會重大需求方面都擔當重任，能源化學也因此得到發展並不斷充實和提高。
能源是人類生存和發展的重要物質基礎，包括煤炭、石油、天然氣等不可再生的化石能源，以及核能（核裂變和核聚變）、太陽能、風能、地熱能、海洋能、生物質能和氫能等新能源和可再生能源。限於篇幅，已經成稿的風能和海洋能部分未在第1版收錄。隨著我國能源結構的調整，這一部分所占比重有增加的趨勢。
在2009年底哥本哈根世界氣候大會前夕，我國提出到2020年單位GDP二氧化碳排放量將比2005年下降40%~45%，通過大力發展可再生能源、積極推進核電建設等行動，爭取到2020年非化石能源占一次性能源消費比重達到15%左右等自主減排行動目標，這是我國統籌國內可持續發展和應對氣候變化所作的戰略選擇。要實現這兩個剛性指標，一是從總量上合理控制能源消費，提高能源效率，促進節能；二是改善能源結構，大力發展新能源和可再生能源，促進GDP能源強度和CO2強度較大幅度的下降，努力建設以低碳排放為特徵的產業體系和消費方式，實現綠色、低碳發展。
為此，在吸收能源化學的新進展和科研成果的基礎上，此次再版，增補、修訂和完善了有關內容。例如，考慮到大力發展的風能、太陽能等可再生能源在未來能源中的重要地位，以及實施海洋戰略、建設海洋強國的發展戰略，特地新增了風能（第7章）、海洋能（第10章）；針對可再生能源發展面臨電力品質差和併網難、建設堅強智慧型電網和微電網等電網新技術的瓶頸問題，新增儲能技術（第11章）。同時，對於低碳技術的研究和套用，在其他章節的研究內容也做了相關修改補充，如在第1章的能源與經濟、碳排放與減排，第2章的潔淨煤技術、CO2的捕集與封存技術，第3章的能源安全，第4章的非常規天然氣、頁岩氣，第5章的核燃料循環等都是新增的內容；原來的第6章氫能與第10章燃料電池合併為現在的第12章氫能與燃料電池。這樣全書共12章，對人類社會所使用的能源及對通過化學反應、化工製備材料技術直接或間接地實現能量轉換與儲存的能源化學進行較為全面系統的介紹。
本書自2004年面世以來，得到很多同行及讀者的關心與支持，已被一些高校與研究所選為學生的教材或主要參考書，許多讀者對再版提出了不少寶貴意見；在再版修訂過程中，化學工業出版社的編輯提出了寶貴的意見和建議，在此向他們表示最真摯的謝意。
本書雖經努力修訂，但仍難免有不當之處，敬請廣大讀者批評指正。
陳軍
2014年2月於南開大學
天津化學化工協同創新中心
第一版前言
能源是人類生存和發展的重要物質基礎，是人類從事各種經濟活動的原動力，也是人類社會經濟發展水平的重要標誌。能源、材料與信息被稱為現代社會繁榮和發展的三大支柱，已成為人類文明進步的先決條件。從人類利用能源的歷史中可以清楚地看到，每一種能源的發現和利用都把人類支配自然的能力提高到一個新的水平。能源科學技術的每一次重大突破也都帶來世界性的產業革命和經濟飛躍，從而極大地推動著社會的進步。國家的經濟發展中能源先行，而能源供應水平(包含能源的人均占有量、能源構成、能源使用率和能源對環境的影響因素等)也標誌著一個國家的發達程度。
能源的分類方法有很多種，按其形成方式不同可分為一次能源和二次能源，按其可否再生可分為可再生能源和非再生能源，按其使用成熟程度不同可分為新能源和常規能源，按其使用性質不同可分為含能體能源和過程性能源，按其是否作為商品流通可分為商品能源和非商品能源，按其是否清潔可分為清潔(綠色)能源和非清潔能源。以可再生能源和非再生能源為例，前者包括太陽能、生物質能、水能、氫能、風能、地熱能、海洋能等，而後者包括煤炭、石油、天然氣等化石能源。
化學作為一門中心科學與化學工業作為一門關鍵技術已在20世紀為人類的科學發展和社會進步做出了重大貢獻。能源化學作為化學的一門重要分支學科，是利用化學與化工的理論與技術來解決能量轉換、能量儲存及能量傳輸問題，以更好地為人類生活服務。“物質不滅，能量永恆”。但物質可以從一種形式轉化為另一種形式，而能量也可以從一種能量轉化為另一種能量。在這些轉化、轉換過程中，能源化學因其化學反應直接或通過化學製備材料技術間接實現能量的轉換與儲存。
化學變化都伴隨著能量的變化。而能源的使用實質就是能量形式的轉化過程。能量轉化包括同種能量轉化和不同種能量轉化，又包括能量的直接轉化和間接轉化。化學反應是能量轉化的重要技術。能量的化學轉化主要利用熱化學反應、光化學反應、電化學反應和生物化學反應等。例如，化學電源中的燃料電池是一種避開卡諾循環的發電裝置，可通過電化學反應將化學能直接、高效、清潔地轉化為電能，因而燃料電池被認為是今後首選的潔淨高效發電技術。
中國現代能源工業的出現至今雖已有百年的歷史，但是在鴉片戰爭之後，舊中國在相當長的時期內一直處於半封建半殖民地的社會狀態，工業化進程非常緩慢，經濟和社會發展水平低下，商品能源的開發利用水平也很低。
新中國成立以來，中國能源工業在許多領域已接近或趕上世界先進水平。中國自然資源總量排世界第七位，能源資源總量居世界第三位，水力的可開發裝機容量居世界首位。新能源與可再生能源資源豐富，而太陽能、生物質能、海洋能等儲量更是屬於世界領先地位。目前中國能源工業已經形成了以煤炭為主、多能互補的能源生產體系。中國的一次能源消費已排在世界第二位。但因我國人口眾多，能源資源相對匱乏，且分布極不均衡，人均能源資源占有量不到世界平均水平的一半，石油僅為1/10。因此，為保持可持續發展戰略，一方面要充分利用已有的能源供應體系，另一方面又要積極開發新能源與可再生能源。
能源的高效、清潔利用將是21世紀化學科學與工程的前沿性課題，這也正是能源化學面臨的光榮而又艱巨的任務。
化石能源要高效與清潔生產，材料需不斷改進；核能要得到不斷發展，材料是關鍵之一；可再生能源(特別是太陽能、氫能、生物質能)的利用雖然誘人，材料是瓶頸。能源生產與節能的先進技術無一不建立在新材料不斷發展的基礎之上。新能源的發展一方面靠利用新的原理(如核聚變反應、光伏效應、酶催化等)發展新的能源系統，另一方面還必須靠新材料的開發與套用，才能使新的系統得以實現，並進一步提高效率，降低成本。因此，新能源材料已成為材料、化學、物理、生物、能源、環境等諸多學科相互交叉滲透的熱點研究領域。新能源材料的最大特點是在提供能量的高效轉化與儲存時實現清潔生產，即充分利用參與反應的原料原子實現“零排放”，以獲得最佳原子經濟性，因而新能源材料對解決能源危機及其所造成的環境污染起著關鍵作用。而新能源材料的組成與結構、合成與加工、性質與現象、使用性能等都是以能源化學為基礎出發點。因此，能源化學不論是在常規能源的綜合利用還是在新能源的研究開發中均擔當重任。
應該指出，我國廣大的科技工作者在能源化學領域開展了比較深入、系統的研究，並取得了許多新成果，從而為國家發展及科技進步做出了重要貢獻。為適應未來能源發展的需求，很有必要對現有的能源知識進行總結。作者在總結國內外最新能源科學研究成果的基礎上，結合自己的科研成果與積累，探索性地編寫了這本《能源化學》。本書包含10章，分別介紹能源、煤炭、石油、天然氣、太陽能、氫能、核能、生物質能、地熱能及燃料電池。本書較全面地反映了國內外能源及能源化學領域的基本概念、基本理論等基本知識，概括了其研究、開發、套用及前景。希望本書有助於讀者較好地了解能源化學所起的關鍵作用及進行新能源開發的必要性。
作者對南京大學化學化工學院陳洪淵院士之推薦及化學工業出版社之約深表感謝，對課題組李鎖龍、徐麗娜等同志在資料整理及編寫過程中的大力幫助也要說謝謝，同時對教育部、國家自然科學基金委員會、南開大學給予的支持深表謝意，最後對給予本書以啟示及參考的有關文獻作者及多功能化信息網路予以致謝。
科技發展日新月異，文獻浩如煙海，難以全面收集與一一註明，再由於編著者水平有限，書中難免有疏漏與不妥之處，敬請專家與讀者予以批評指正。
編著者
2004年1月於天津
