《能量轉(zhuǎn)換與存儲原理》一書主要內(nèi)容為能量轉(zhuǎn)化與存儲的共性原理，從電子、離子、分子、能級、界面等過程來闡述。教材主要介紹能源的分類與特征、能量的物理基礎(chǔ)、光能轉(zhuǎn)換原理與過程、光能與熱能轉(zhuǎn)換、熱能轉(zhuǎn)換原理與過程、學能轉(zhuǎn)換原理與過程、化學能轉(zhuǎn)換原理與過程、化學儲能原理、物理儲能原理、其它能量轉(zhuǎn)換及存儲原理、能源系統(tǒng)能量管理原理與技術(shù)、新型能量轉(zhuǎn)換與存儲技術(shù)。
李美成，華北電力大學教授，教育部長江特聘教授、國家科技部創(chuàng)新領(lǐng)軍人才，教育部教指委委員，教育部科技委委員、享受國務院政府特殊津貼。新能源學院院長，國家重大科技基礎(chǔ)設施辦公室常務副主任，新能源材料與器件技術(shù)研究中心主任，國家一*流專業(yè)“雙萬專業(yè)”負責人。曾于2004-2006年期間在英國劍橋大學進行訪問研究。入選教育部“新世紀優(yōu)秀人才”、北京市“百名科技領(lǐng)軍”人才、科技部創(chuàng)新人才推進計劃“科技創(chuàng)新人才”。
主要從事新能源與儲能工程的教學科研工作。主持國家自然科學基金重大研究計劃、重點項目、“863”計劃、國家重點研發(fā)計劃課題等項目，以獨立通訊作者在Nature Energy、Joule、Progress in Materials Science、Advanced Materials等期刊發(fā)表論文300余篇；獲中國和美國專利授權(quán)60項，中英文編著8本。第*一完成人獲黑龍江省自然科學一等獎、教育部自然科學二等獎、國家教學成果二等獎、北京市教學成果一等獎等科研和教學獎勵10余項，獲“電力科技創(chuàng)新獎”特等獎、中國可再生能源學會技術(shù)發(fā)明一等獎。入選美國斯坦福大學發(fā)布的全球前2%頂*尖科學家榜單，獲國際先進材料協(xié)會2021年獎章（IAAM Medal）。
擔任國家科技獎會評專家、基金委會評專家、科技部重點研發(fā)計劃會評專家等。多次作為大會主席、副主席組織國內(nèi)外學術(shù)會議等。擔任IEEE PES儲能材料與器件技術(shù)分委會主席，中國可再生能源學會常務理事、光伏專委會副主任，中國能源研究會智慧能源與零碳化專委會副主任，中國高科技產(chǎn)業(yè)化研究會新能源與碳中和專委會主任等�！禝ET Renewable Power Generation》、《CSEE Journal of Power and Energy Systems》、《Carbon Energy》、《Energy Materials》、《Journal of Materiomics》、《中國電力》、《儲能科學與技術(shù)》、《新能源進展》期刊編委。
第1章緒論
1.1能源的分類與特征 001
1.1.1光能 002
1.1.2機械能 003
1.1.3熱能 005
1.1.4生物質(zhì)能 005
1.1.5核能 007
1.2新能源利用發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 007
1.2.1光能利用發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 008
1.2.2機械能利用發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 010
1.2.3熱能利用發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 012
1.2.4化學能-電能轉(zhuǎn)化與存儲技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 013
1.2.5生物質(zhì)能利用發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 014
1.2.6核能利用發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 015
思考題 016
參考文獻 016
第2章能量轉(zhuǎn)化的物理基礎(chǔ)
2.1能量的分類 018
2.1.1能量的性質(zhì)分類 018
2.1.2能量的形式分類 022
2.1.3能量的品位 039
2.2能量轉(zhuǎn)化的基本定律 040
2.3能量轉(zhuǎn)化的固體基礎(chǔ) 041
2.3.1固體中的能量概念 041
2.3.2能帶理論和半導體 043
2.3.3半導體電子論 046
2.4能量轉(zhuǎn)化的熱電基礎(chǔ) 059
2.4.1熱電效應 059
2.4.2湯姆遜效應 061
2.4.3熱能-電能的相互轉(zhuǎn)化過程 061
2.5能量轉(zhuǎn)化的熱力學基礎(chǔ) 062
2.5.1工質(zhì)及其狀態(tài)參數(shù) 062
2.5.2系統(tǒng)與環(huán)境 063
2.5.3熱力學狀態(tài) 063
2.5.4過程與途徑 064
2.5.5熱量與功 065
2.5.6熱力學定律 066
2.5.7傳熱學 069
2.6能量轉(zhuǎn)化的物化基礎(chǔ) 071
2.6.1熱力學勢 072
2.6.2化學能-熱能轉(zhuǎn)化的熱化學 073
2.6.3化學能-電能轉(zhuǎn)化的電化學 077
2.7能量轉(zhuǎn)化的電磁基礎(chǔ) 079
2.7.1麥克斯韋方程組 080
2.7.2庫侖定律和洛倫茲定律 081
2.7.3電能的傳輸 081
思考題 088
參考文獻 088
第3章光能轉(zhuǎn)化原理與過程
3.1光能與電能轉(zhuǎn)化 090
3.1.1光伏效應與效率極限 090
3.1.2半導體結(jié)和p-n結(jié) 096
3.1.3太陽電池工作過程 100
3.1.4半導體輸運方程組 106
3.1.5半導體輸運方程組的求解 108
3.1.6太陽電池的主要參數(shù) 121
3.1.7影響太陽電池伏安特性的因素 124
3.1.8太陽電池標準測試條件 126
3.1.9太陽電池材料與技術(shù)簡介 127
3.2光能與熱能轉(zhuǎn)化 134
3.2.1光熱轉(zhuǎn)化過程 134
3.2.2光熱轉(zhuǎn)化材料 136
3.2.3光熱轉(zhuǎn)化利用技術(shù) 138
3.3光能與生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化 146
3.3.1自然光合作用的基本原理 146
3.3.2自然光合作用的主要方式 148
3.3.3生物質(zhì)光合作用制氫 150
3.4光能與化學能轉(zhuǎn)化 151
3.4.1人工光合作用的基本原理 151
3.4.2人工光合作用的主要反應途徑 152
3.4.3人工光合作用的評價方法 155
3.4.4聚光太陽能化學轉(zhuǎn)化利用 156
思考題 159
課后習題 159
參考文獻 160
第4章熱能轉(zhuǎn)化原理與過程
4.1動力循環(huán)理論 162
4.1.1循環(huán)的概念 162
4.1.2卡諾循環(huán)與卡諾定理 163
4.2熱能與電能轉(zhuǎn)化 166
4.2.1蒸汽動力循環(huán) 166
4.2.2燃氣動力循環(huán) 175
4.2.3發(fā)電廠概述 177
4.2.4新型熱工過程熱電轉(zhuǎn)化 181
4.2.5非熱工過程熱電轉(zhuǎn)化 186
4.2.6熱能與電能轉(zhuǎn)化的效率與應用 193
4.3熱能的梯級利用 194
4.3.1梯級利用理論概述 194
4.3.2梯級利用的主要應用 195
4.3.3低溫熱能的品位提升 200
思考題 201
課后習題 201
參考文獻 202
第5章化學能轉(zhuǎn)化原理與過程
5.1化學能與電能轉(zhuǎn)化 204
5.1.1氫能簡介 204
5.1.2氫能轉(zhuǎn)化為電能的方式 205
5.1.3燃料電池 205
5.2化學能與熱能轉(zhuǎn)化 213
5.2.1燃燒反應 213
5.2.2鋁熱反應 218
5.3生物質(zhì)能與電能轉(zhuǎn)化 218
5.3.1生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電 219
5.3.2生物質(zhì)氣化發(fā)電 221
5.3.3沼氣發(fā)電 222
5.3.4生活垃圾焚燒發(fā)電 224
5.3.5混合燃燒發(fā)電 225
5.4生物質(zhì)燃料轉(zhuǎn)化 226
5.4.1生物質(zhì)氣化技術(shù) 226
5.4.2生物質(zhì)熱解技術(shù) 228
5.4.3生物質(zhì)固化技術(shù) 232
思考題 234
課后習題 235
參考文獻 235
第6章化學儲能原理
6.1傳統(tǒng)蓄電池工作原理 238
6.1.1鉛酸電池 238
6.1.2鎳鎘電池 240
6.1.3鎳氫電池 242
6.1.4鎳鐵電池 245
6.1.5鎳鋅電池 246
6.2鋰離子電池工作原理 247
6.2.1鋰元素的基本理化特性 247
6.2.2鋰離子電池發(fā)展歷史 248
6.2.3鋰離子電池結(jié)構(gòu)及基本原理 248
6.2.4鋰離子電池主要性能參數(shù) 252
6.2.5鋰離子電池材料 253
6.2.6鋰離子電池應用與展望 258
6.3金屬-空氣電池工作原理 258
6.3.1空氣電極 258
6.3.2空氣電極催化劑 259
6.3.3鋅空氣電池 260
6.3.4鋁空氣電池 261
6.3.5鐵空氣電池 263
6.3.6鎂空氣電池 264
6.3.7鋰空氣電池 265
6.3.8充電的金屬空氣電池 265
6.4其他化學電池工作原理 269
6.4.1液流電池 269
6.4.2鈉硫電池 271
6.4.3金屬鈉-氯化物電池 273
6.5超級電容器儲能原理 275
6.5.1超級電容器概述 275
6.5.2超級電容器與電池的比較 276
6.5.3贗電容模型及其原理 277
6.5.4制備與評價方法 277
6.6氫能儲能 279
6.6.1金屬儲氫材料 280
6.6.2碳質(zhì)儲氫材料 282
6.6.3無機化合物儲氫材料 283
6.6.4有機液體儲氫材料 284
思考題 285
課后習題 285
參考文獻 286
第7章物理儲能原理
7.1電磁能存儲原理 287
7.1.1電磁能概述 287
7.1.2磁能和磁共能 288
7.1.3超導電磁儲能 290
7.1.4電容儲能 305
7.2熱能存儲原理 305
7.2.1儲熱原理與技術(shù) 305
7.2.2典型儲熱技術(shù) 310
7.3抽水蓄能 319
7.3.1抽水蓄能概述 319
7.3.2抽水蓄能系統(tǒng)基本原理 320
7.3.3抽水蓄能系統(tǒng)的性能指標 320
7.3.4抽水蓄能技術(shù) 322
7.4壓縮空氣儲能 323
7.4.1壓縮空氣儲能概述 323
7.4.2壓縮空氣儲能基本原理 324
7.4.3壓縮空氣儲能系統(tǒng)的性能指標 325
7.4.4壓縮空氣儲能技術(shù) 326
7.5飛輪儲能 328
7.5.1飛輪儲能概述 328
7.5.2飛輪儲能基本原理 328
7.5.3飛輪儲能系統(tǒng)的性能指標 330
7.5.4飛輪儲能技術(shù) 331
思考題 334
課后習題 334
參考文獻 335
第8章其他能量轉(zhuǎn)化及存儲原理
8.1機械能與電能轉(zhuǎn)化 337
8.1.1壓電能量轉(zhuǎn)化原理 337
8.1.2壓電材料 341
8.1.3壓電能量轉(zhuǎn)化進展 343
8.2電磁能與機械能轉(zhuǎn)化 345
8.2.1磁能與機械能轉(zhuǎn)化 345
8.2.2電磁能與機械能轉(zhuǎn)化概述 347
8.2.3單邊激勵機電裝置 348
8.3核能與電能轉(zhuǎn)化 352
8.3.1核能與電能轉(zhuǎn)化原理 352
8.3.2核電站原理 356
8.4其他能量間接轉(zhuǎn)化過程 360
8.4.1風能與電能的轉(zhuǎn)化 360
8.4.2海洋能與電能的轉(zhuǎn)化 362
8.5混合能量存儲原理 365
8.5.1混合儲能的提出 365
8.5.2混合儲能系統(tǒng) 367
思考題 369
課后習題 370
參考文獻 370
第9章能源系統(tǒng)能量管理原理與技術(shù)
9.1能源系統(tǒng)能量管理原理 372
9.1.1能源系統(tǒng)與能量管理 372
9.1.2能源系統(tǒng)能量管理方式 374
9.1.3能源系統(tǒng)的能量信息管控 380
9.2電力系統(tǒng)能量管理的原理與技術(shù) 384
9.2.1電力系統(tǒng)與能量管理 384
9.2.2新型電力系統(tǒng)能量管理技術(shù) 388
9.2.3電力系統(tǒng)能量管理安全 394
9.3綜合能源系統(tǒng)中的能量控制技術(shù) 400
9.3.1綜合能源系統(tǒng)概述 401
9.3.2綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃與評估方法 404
9.3.3綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化運行技術(shù) 413
9.3.4智慧能源的能量控制 417
思考題 421
課后習題 422
參考文獻 422
第10章新型能量轉(zhuǎn)化與存儲技術(shù)
10.1新型能量轉(zhuǎn)化技術(shù) 425
10.1.1鈣鈦礦太陽電池技術(shù) 425
10.1.2納米體系的能量轉(zhuǎn)化技術(shù) 432
10.1.3光帆技術(shù) 440
10.1.4基于石墨烯等碳基材料的水力生電材料與器件 441
10.2新型能量存儲技術(shù) 443
10.2.1各種新型電池 444
10.2.2光儲一體 449
思考題 452
參考文獻 453
思考題及課后習題答案（二維碼）
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