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第1章 绪论1

1.1 写作本书的目的1

1.2 能源对社会为何如此重要？1

1.3 什么是能量？2

1.4 是否还有某些未知的新的能量形式？3

1.5 能量的单位是什么？4

1.6 热力学定律5

1.7 什么是能源？7

1.8 世界能源问题究竟是什么？7

1.9 如何定义绿色或可再生能源？10

1.10 为何可再生能源和资源的保护长期以来被忽视？11

1.11 能效真的重要吗？12

1.12 哪一种可再生能源最有前景？13

1.13 谁处于可再生能源的世界领先地位？14

1.14 能源的未来可能是什么状况？15

1.15 为未来指明最佳方案的复杂性17

1.16 小结19

问题19

参考文献20

第2章 化石燃料21

2.1 概述21

2.2 煤炭23

2.3 石油和天然气34

2.4 小结43

问题43

参考文献44

第3章 核能基础46

3.1 早期概况46

3.2 原子核的发现48

3.3 卢瑟福散射实验的数学运算49

3.4 原子及其核的组成和结构52

3.5 核半径53

3.6 核力53

3.7 电离辐射和核转变54

3.8 核的质量和能量55

3.9 核结合能56

3.10 核聚变的能量释放57

3.11 核裂变的机制57

3.12 核聚变的机制58

3.13 放射性衰变定律60

3.14 保健物理学60

3.15 辐射探测器60

3.16 辐射源61

3.17 辐射对人类的影响62

3.18 小结64

问题64

参考文献65

第4章 核能技术67

4.1 概述67

4.2 早期历史68

4.3 临界质量69

4.4 核武器和核扩散72

4.5 世界首个核反应堆74

4.6 第Ⅰ代和第Ⅱ代核反应堆75

4.7 已有反应堆类型76

4.8 反应堆事故80

4.9 燃料循环前端：获得原矿石83

4.10 燃料循环后端：核废料处理84

4.11 大规模核电力的经济效益86

4.12 小型模块化核反应堆88

4.13 核聚变反应90

4.14 小结92

问题92

参考文献93

第5章 生物燃料95

5.1 概述95

5.2 光合作用96

5.3 生物燃料分类99

5.4 生物燃料其他用途及社会环境影响105

5.5 人造光合作用108

5.6 总结108

问题108

参考文献110

第6章 地热能111

6.1 概述111

6.2 地球内部的地球物理特征113

6.3 地温梯度113

6.4 资源特征和相对富集程度115

6.5 地热发电厂118

6.6 地热民用和商业用途119

6.7 地热可持续性121

6.8 环境影响123

6.9 地热发电经济效益124

6.10 小结127

问题127

参考文献128

第7章 风能130

7.1 概述130

7.2 风能特征和资源132

7.3 传给涡轮机的能量138

7.4 涡轮类型和相关术语139

7.5 可控的和最优的风速涡轮机性能144

7.6 供电及输电网集成147

7.7 微风150

7.8 近岸风力151

7.9 环境影响151

7.10 不同寻常的设计和应用153

问题155

参考文献156

第8章 水动力能157

8.1 概述157

8.2 波浪、潮汐和海洋热能资源167

8.3 潮汐能及成因170

8.4 海洋热能转化175

8.5 水力发电对社会和环境影响175

8.6 小结176

问题176

参考文献177

第9章 太阳辐射与地球气候178

9.1 概述178

9.2 电磁辐射179

9.3 光谱类型179

9.4 太阳在天空中的视运动182

9.5 太阳辐射的利用184

9.6 太阳能集热器的最优方位及倾向185

9.7 温室效应186

9.8 小结196

问题196

参考文献198

第10章 太阳辐射热能199

10.1 概述199

10.2 太阳能热水系统200

10.3 平板集热器200

10.4 真空管集热器202

10.5 集热器和系统效率203

10.6 管道热损耗206

10.7 水箱和热容207

10.8 被动式太阳能热水系统208

10.9 游泳池加热210

10.10 空间加热和制冷210

10.11 非常适合发展中国家的三个应用211

10.12 发电213

10.13 小结219

附录 四种热量传递机制219

问题222

参考文献223

第11章 太阳能光伏224

11.1 概述224

11.2 导体、绝缘体和半导体226

11.3 半导体通过掺杂电导率增加228

11.4 pn结231

11.5 通用光伏电池232

11.6 太阳能的电学性能233

11.7 太阳能电池及太阳能系统的效率234

11.8 太阳能系统的效率236

11.9 电网连接和逆变器237

11.10 其他类型的太阳能电池238

11.11 环境问题239

11.12 小结239

附录 基本量子力学和能带的形成239

问题242

参考文献243

第12章 节能和能源效率244

12.1 概述244

12.2 除了效率之外影响能源相关选择的因素246

12.3 最低的低挂果实248

12.4 效率和节能的障碍259

12.5 能源效率和节能最终会徒劳吗？260

12.6 小结261

问题261

参考文献262

第13章 能源储存与运输264

13.1 能源储存264

13.2 能量传输285

13.3 小结293

问题293

参考文献294

第14章 气候和能源：政策、政治和公众舆论296

14.1 国际条约的重要性296

14.2 三大温室气体排放国在干什么？298

14.3 世界摆脱化石燃料需要多长时间？300

14.4 公众舆论如何发展301

14.5 最好的出路303

14.6 小结305

14.7 一些结论性的思考305

问题307

参考文献307

附录 问题答案308