本書以碳循環(huán)規(guī)律為切入點(diǎn)，論述了碳減排對保持生態(tài)平衡、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的重要意義。本書重點(diǎn)介紹風(fēng)能和太陽能等可再生能源的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，同時討論電化學(xué)能源存儲和轉(zhuǎn)化技術(shù)在清潔能源利用、電動車輛發(fā)展、智能電網(wǎng)搭建等方面的重要價值。此外，從無機(jī)礦化、光電催化、微生物轉(zhuǎn)化三個方面對CO2 捕集、封存及再利用進(jìn)行介紹。全書力求從技術(shù)角度介紹綠色、低碳、可循環(huán)的能源生產(chǎn)和消費(fèi)模式，為實(shí)現(xiàn)CO2 減排、零排、負(fù)排提供行之有效的技術(shù)方案。
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目錄
序言
前言
第1章地球碳循環(huán)簡介 1
1.1地球碳存儲——碳庫 1
1.1.1 大氣碳庫與碳循環(huán) 2
1.1.2 海洋碳庫與碳循環(huán) 3
1.1.3 巖石碳庫與碳循環(huán) 7
1.1.4 陸地碳庫與碳循環(huán) 8
1.2全球碳循環(huán) 9
1.2.1 碳循環(huán)與全球氣候 10
1.2.2 碳循環(huán)與溫室效應(yīng) 12
1.3人類活動對全球碳循環(huán)的影響 14
1.3.1 化石燃料的燃燒 14
1.3.2 土地利用方式的改變 16
參考文獻(xiàn) 18
第2章風(fēng)能技術(shù)與碳中和 21
2.1風(fēng)能技術(shù)與碳中和概述 21
2.1.1 風(fēng)能利用與碳中和的關(guān)系 21
2.1.2 世界和我國的能源形勢 26
2.2風(fēng)能的開發(fā)利用與減少碳排放 29
2.2.1風(fēng)能開發(fā)利用的必要性 29
2.2.2 世界風(fēng)能開發(fā)概況 31
2.2.3 我國風(fēng)能開發(fā)概況 36
2.2.4 風(fēng)力發(fā)電與減少碳排放 41
2.3風(fēng)能的開發(fā)與利用 44
2.3.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 44
2.3.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基本理論 46
2.3.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理 48
2.4風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)與減排計算 54
2.4.1 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)的影響 54
2.4.2 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)的技術(shù)要求與規(guī)范 57
2.4.3 風(fēng)力發(fā)電的并網(wǎng)與控制技術(shù) 60
2.4.4 風(fēng)力發(fā)電的減排計算 65
2.5中國風(fēng)電節(jié)能減排潛力分析 69
參考文獻(xiàn) 69
第3章太陽能光伏發(fā)電技術(shù) 71
3.1太陽能發(fā)電概述 71
3.2晶體硅太陽能電池發(fā)電原理 73
3.2.1 硅的晶體結(jié)構(gòu)及摻雜原理 73
3.2.2 p-n結(jié)的形成及特性 74
3.2.3 硅基太陽能電池的結(jié)構(gòu) 76
3.2.4 太陽能電池的技術(shù)參數(shù) 76
3.3多晶硅原料的制備 77
3.3.1 冶金級硅的制備 77
3.3.2 太陽能級多晶硅的制備 78
3.4晶體生長 83
3.4.1 鑄造多晶硅方法 83
3.4.2 鑄造單晶 86
3.4.3 提拉單晶 88
3.5晶體硅太陽能電池 91
3.5.1 晶體硅太陽能電池種類 91
3.5.2 晶體硅太陽能電池技術(shù) 94
3.6薄膜太陽能電池 101
3.6.1 薄膜太陽能電池的主要特征 101
3.6.2 薄膜太陽能電池的種類 103
3.7光伏的應(yīng)用 111
3.7.1 常見的光伏應(yīng)用 111
3.7.2 未來光伏應(yīng)用場景 113
3.7.3 光伏電站的管理方案 117
參考文獻(xiàn) 118
第4章低碳建筑簡介 119
4.1低碳建筑概述 119
4.2綠色低碳建筑 119
4.2.1 綠色低碳建筑的概念與發(fā)展 119
4.2.2 綠色低碳建筑的內(nèi)涵與特征 122
4.3綠色低碳建筑類型與標(biāo)準(zhǔn) 124
4.3.1 綠色低碳建筑類型 124
4.3.2 綠色低碳建筑評價體系 125
4.3.3 綠色低碳建筑評價體系設(shè)計原則 127
4.4常規(guī)建筑低碳化改造 127
4.4.1 常規(guī)建筑低碳改造的主要方向 128
4.4.2 我國低碳建筑推廣的困境 132
4.4.3 走出低碳建筑發(fā)展困境 133
4.5新材料在低碳建筑中的應(yīng)用 134
4.5.1 綠色低碳建材定義 134
4.5.2 發(fā)展綠色低碳材料的意義 135
4.5.3 綠色低碳建材評價 135
4.5.4 幾種綠色低碳建材簡介 136
4.6新能源在低碳建筑中的應(yīng)用 139
4.6.1 太陽能建筑一體化 139
4.6.2 太陽能建筑一體化的實(shí)際應(yīng)用 140
4.6.3 地源熱泵建筑節(jié)能空調(diào)技術(shù) 142
4.6.4 低碳建筑與新能源的關(guān)系 143
4.7建筑裝修低碳發(fā)展 144
4.7.1 裝修精簡 144
4.7.2 裝修低耗能 145
4.7.3 低碳環(huán)保裝修材料 146
4.7.4 低碳節(jié)能裝修材料 146
4.8智能低碳建筑發(fā)展 148
4.8.1 智能建筑與低碳建筑協(xié)調(diào)發(fā)展 148
4.8.2 智能建筑介紹 148
4.8.3 智能建筑與低碳建筑融合 150
4.8.4 低碳智能建筑與數(shù)字化時代 150
參考文獻(xiàn) 153
第5章電化學(xué)新能源技術(shù) 154
5.1電化學(xué)能量存儲 154
5.1.1 電化學(xué)儲能器件的基本組成 154
5.1.2 鋰離子電池 156
5.1.3 金屬空氣電池 168
5.1.4 鈉離子電池 171
5.1.5 鋰硫電池 172
5.1.6 液流電池 175
5.2電化學(xué)能量轉(zhuǎn)化 ——燃料電池 177
5.2.1 燃料電池的工作原理 177
5.2.2 燃料電池元件 185
5.2.3 水熱管理 186
5.3燃料電池新能源的應(yīng)用 187
5.3.1 燃料電池汽車 187
5.3.2 燃料電池巴士 188
5.3.3 燃料電池在航空航天中的應(yīng)用 188
5.3.4 燃料電池在軍事中的應(yīng)用 189
5.3.5 便攜式燃料電池 190
5.3.6 發(fā)展期望 191
參考文獻(xiàn) 192
第6章 CO2捕集、利用與封存(CCUS)技術(shù)195
6.1 CCUS技術(shù)簡介195
6.1.1 CCUS的意義和重要性 195
6.1.2 燃燒后碳捕集和封存 196
6.2 CO2礦化與利用工藝205
6.2.1 CO2礦化熱力學(xué)原理 205
6.2.2 CO2碳酸鹽礦化過程 208
6.2.3 CO2礦化的化學(xué)原理 214
6.3 CO2礦化與原料利用230
6.3.1 天然硅酸鹽與碳酸鹽礦物 230
6.3.2 鋼鐵工業(yè)爐渣 236
6.3.3 飛灰、底灰和粉塵 246
6.3.4 造紙、建筑、采礦過程中的固廢 251
6.4 CO2礦化與利用進(jìn)展256
6.4.1 礦化利用示范試驗項目 257
6.4.2 示范項目對比 266
6.5 CO2礦化與利用潛力 267
6.5.1 全球廢棄物礦化固碳潛力 267
6.5.2 江蘇省 CO2礦化利用潛力272
參考文獻(xiàn) 276
第7章 CO2的光、電催化轉(zhuǎn)化 285
7.1 CO2的電化學(xué)還原轉(zhuǎn)化285
7.1.1 CO2電化學(xué)還原的意義 285
7.1.2 CO2電催化轉(zhuǎn)化技術(shù)基本原理 287
7.1.3 電催化 CO2還原的研究現(xiàn)狀289
7.1.4 CO2電化學(xué)還原催化劑種類及特點(diǎn) 289
7.2 Cu基催化劑 290
7.2.1 Cu的表面價態(tài)290
7.2.2 Cu的晶面效應(yīng)295
7.2.3 Cu的尺寸效應(yīng)296
7.2.4 Cu的形貌效應(yīng)297
7.2.5 Cu基合金催化劑 299
7.2.6 非金屬修飾 Cu催化劑 299
7.2.7 其他金屬催化劑 299
7.3非金屬催化劑 300
7.3.1 氮摻雜碳納米材料 301
7.3.2 硼摻雜碳納米材料 303
7.3.3 硫摻雜碳納米材料 304
7.3.4 碳納米材料形貌結(jié)構(gòu) 304
7.4電催化 CO2還原的實(shí)驗裝置、評價方法及影響因素306
7.4.1 反應(yīng)裝置的影響 306
7.4.2 氣體擴(kuò)散層的影響 309
7.4.3 電解裝置隔膜的影響 309
7.4.4 電解液類型的影響 311
7.5電催化 CO2還原的前景及存在問題 314
7.6 CO2光化學(xué)轉(zhuǎn)化315
7.6.1 CO2光化學(xué)轉(zhuǎn)化的意義 315
7.6.2 CO2光化學(xué)轉(zhuǎn)化基本原理 315
7.6.3 CO2光化學(xué)轉(zhuǎn)化的研究現(xiàn)狀 316
7.6.4 CO2光化學(xué)轉(zhuǎn)化催化劑種類及特點(diǎn) 317
7.7 CO2光化學(xué)轉(zhuǎn)化實(shí)驗裝置及評價方法321
7.8 CO2光化學(xué)轉(zhuǎn)化的前景及存在的問題322
參考文獻(xiàn) 323
第8章微生物在實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)中的作用 331
8.1微生物在碳素循環(huán)中的地位和作用 331
8.2生物固碳與生物儲碳 332
8.2.1 生物固碳與生物儲碳的背景 332
8.2.2 藍(lán)藻微生物與大氣中CO2的關(guān)系337
8.3藻類生物質(zhì)用于替代燃料 344
8.3.1 以CO2為碳源的光驅(qū)動合成生物技術(shù) 344
8.3.2 微生物固碳可能的發(fā)展前景 346
8.4微生物對生活垃圾產(chǎn)生 CO2的轉(zhuǎn)化利用348
8.4.1 厭氧發(fā)酵處理技術(shù) 350
8.4.2 好氧發(fā)酵(堆肥)處理技術(shù) 351
8.4.3 厭氧和好氧聯(lián)合處理技術(shù)(MBT技術(shù))352
8.5微藻固碳及生物資源利用研究進(jìn)展 353
參考文獻(xiàn) 355
第9章水伏發(fā)電技術(shù) 359
9.1水伏發(fā)電概述 359
9.2水-固相互作用基礎(chǔ) 360
9.2.1 水分子的吸附機(jī)制 360
9.2.2 接觸帶電和雙電層 363
9.2.3 吸水膨脹效應(yīng) 366
9.3水伏發(fā)電機(jī)及發(fā)電機(jī)制 367
9.3.1 由水蒸發(fā)驅(qū)動的發(fā)電機(jī)(EEG) 367
9.3.2 由水分吸附驅(qū)動的發(fā)電機(jī)(MEG) 371
9.3.3 由水滴驅(qū)動的發(fā)電機(jī)(DEG) 376
9.3.4 由氣泡驅(qū)動的發(fā)電機(jī)(BEG) 381
9.3.5 由水分響應(yīng)致動器驅(qū)動的發(fā)電機(jī)(MDG) 385
9.4水伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用和面臨的挑戰(zhàn) 392
9.4.1 水伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用 392
9.4.2 水伏發(fā)電技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn) 393
參考文獻(xiàn) 395
第10章能源發(fā)展政策規(guī)劃與導(dǎo)向399
10.1 概述 399
10.2 我國能源發(fā)展指導(dǎo)方針 399
10.2.1 能源發(fā)展基本原則399
10.2.2 能源發(fā)展目標(biāo)400
10.3 加快推動能源綠色低碳轉(zhuǎn)型400
10.3.1 大力發(fā)展非化石能源400
10.3.2 推動構(gòu)建新型電力系統(tǒng)401
10.3.3 減少能源產(chǎn)業(yè)碳足跡402
10.3.4 更大力度強(qiáng)化節(jié)能降碳403
10.4 江蘇省能源發(fā)展形勢404
10.5 江蘇省能源發(fā)展基本原則405
10.6 江蘇省能源發(fā)展重點(diǎn)任務(wù)405
10.6.1 構(gòu)建自主可控、多輪驅(qū)動的能源安全體系 405
10.6.2 構(gòu)建全域覆蓋、全民共享的能源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 406
10.6.3 構(gòu)建布局合理、發(fā)展可續(xù)的低碳能源體系 408
10.6.4 構(gòu)建自主可控、科學(xué)先進(jìn)的能源創(chuàng)新體系 409
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