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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1994-06

价格:USD 106.50

装帧:Hardcover

isbn号码:9780138248062

丛书系列:

图书标签:

• 太阳能
• 空间太阳能
• 卫星
• 能源
• 可再生能源
• 航天工程
• 电力传输
• 无线电力传输
• 未来能源
• 空间技术

《地表能源革命：下一代可持续电网的构想与实践》 摘要 在全球能源需求持续攀升与气候变化挑战日益严峻的背景下，传统的化石燃料能源体系正面临前所未有的结构性转型压力。本书深入探讨了实现全球能源可持续性所需的关键技术飞跃和系统性变革，聚焦于如何在地球表面构建一个更清洁、更具韧性、更广泛可及的电网。本书摒弃了对太空能源的探讨，转而将全部视野聚焦于地球大气层以内，从材料科学的微观层面到全球电网的宏观架构，系统梳理了当前地表可再生能源（尤其是太阳能和风能）的最新进展、面临的瓶颈，以及实现“零碳”电力系统的可行路径。 第一章：能源转型的迫切性与地表约束 本章首先确立了当前全球能源格局的脆弱性，分析了地缘政治不稳定、燃料价格波动以及环境影响对现代社会稳定运行构成的威胁。我们重点剖析了能源转型并非仅仅是技术选择，而是一场深刻的社会经济重构。 1.1 气候临界点与能源需求预测： 基于IPCC的最新模型，量化了在不同温控目标下，化石能源必须被替代的速率。重点分析了发展中国家能源基建的庞大缺口。 1.2 地表资源评估的局限性： 详细对比了陆上和近海可再生能源的实际装机潜力、环境足迹（土地占用、生态影响）与经济可行性，强调了对现有地理和社会资源的尊重与优化利用。 1.3 能源基础设施的代际更迭： 探讨了如何从集中式发电转向分布式、去中心化的能源生产模式，并分析了这一转变对传统电力公司和监管机构的挑战。 第二章：光伏技术的深层突破——超越硅的界限 太阳能光伏（PV）被视为地表能源转型的基石。本章将避开对现有晶体硅技术的重复叙述，深入挖掘下一代光伏材料和器件的革命性潜力，旨在大幅提高转换效率、降低全生命周期成本，并拓宽应用场景。 2.1 钙钛矿太阳能电池的工程化挑战： 详尽分析了钙钛矿电池在稳定性（湿气、热应力）、大规模制造工艺（卷对卷印刷）以及铅的替代或封装方案上的前沿研究。探讨了如何将实验室效率转化为可靠的商业产品。 2.2 叠层电池结构与光谱利用最大化： 深入解析了三结、四结甚至更多结电池的设计原理，重点讨论了如何通过精确匹配不同半导体材料吸收不同波长的光，突破传统单结电池的肖克利-奎伊瑟极限。 2.3 集成光伏（BIPV）与建筑能源共生： 研究了光电转换材料在建筑立面、窗户、乃至柔性屋顶中的应用，探讨了如何将建筑从能源消费者转变为主动的能源生产者，实现“零能耗建筑”的普及。 第三章：风能的拓扑优化与全天候捕获 风能的潜力巨大，但其间歇性是核心痛点。本章侧重于优化风能捕获的物理边界，尤其关注深远海域的潜力开发。 3.1 漂浮式海上风电（FOWT）的结构动力学： 详细分析了半潜式、张力腿式和驳船式浮动基础平台的系泊系统设计、动态响应模拟与成本控制策略，这是解锁全球90%海上风能资源的关键。 3.2 高空风能（AWE）的空气动力学探索： 探讨了利用大型翼型或牵引式系统在数百米高空捕获稳定高速气流的理论模型，包括自动驾驶和能量传输的工程难题。 3.3 叶片材料与制造的革新： 研究了超轻量、高强度复合材料（如碳纳米管增强树脂）在超大型风机叶片上的应用，以及模块化、可回收叶片的设计趋势，以解决当前叶片报废带来的环境压力。 第四章：电网的智能化与柔性化重构 能源的生产侧已向分布式和间歇性发展，这要求传输和分配系统必须进行根本性的“智能化”升级。本章的核心是构建一个能够实时平衡波动性电源的数字电网。 4.1 广域同步与超高压直流输电（UHVDC）： 分析了如何利用UHVDC技术实现跨大陆、跨区域的电力调配，有效平滑日间和季节性的可再生能源波动，增强电网的整体韧性。 4.2 分布式能源管理系统（DERMS）： 深入探讨了利用边缘计算、物联网（IoT）和区块链技术，对数百万个家庭、商业建筑和小型发电单元进行实时调度和交易的管理框架。 4.3 电力系统中的预测算法与数字孪生： 讨论了深度学习在短期（分钟级）天气预测、负荷需求预测中的应用，以及构建电网“数字孪生体”以进行故障模拟和优化运行的实践。 第五章：长期储能的化学与物理极限 解决光伏和风能的间歇性，储能是不可或缺的环节。本书聚焦于超越传统锂离子电池的范畴，探讨实现数天乃至数月级季节性储能的宏大方案。 5.1 液流电池（Flow Batteries）的大规模应用潜力： 比较了钒基、锌溴等不同化学体系的液流电池，分析其在长寿命、高安全性以及容量与功率解耦方面的优势，适用于电网级调频和容量补偿。 5.2 压缩空气储能（CAES）与重力储能的场地优化： 考察了地下洞穴CAES和模块化重力储能（例如利用起重机提升重块）在不同地质条件下的可行性评估模型，强调其环境友好性和长效性。 5.3 绿色氢能的合成、储存与回输（Power-to-Gas-to-Power）： 详尽分析了电解水制氢（P2G）技术的高效化路径，重点关注固体氧化物电解槽（SOEC）的性能提升，以及液态有机载体（LOHC）和氨作为氢气载体在高密度、长距离运输中的工程化进展。 结论：迈向一个完全耦合的地球能源生态系统 本书最后总结，地表能源转型并非单一技术的胜利，而是材料科学、信息技术、先进制造与政策激励共同作用的结果。实现一个以地表可再生能源为主体的、零碳的、全球互联的能源系统，需要跨越当前的工程、经济和监管障碍。本书为政策制定者、工程师和投资者提供了一份全面、务实的蓝图，聚焦于如何立足地球，构建人类文明可持续的能源未来。

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坦白说，这本书的文笔有一种古典的史诗感，尽管主题是关于极其前沿的科技，但其叙事结构却带着一种仿佛在阅读古老史诗般的厚重感。它不急不躁，用细腻的笔触勾勒出数十年间人类在太空竞赛中的心路历程。作者似乎对空间物理和轨道力学有着非常扎实的研究，即使是那些高度复杂的理论，也被作者用极为生动的比喻和日常的场景描述了出来，使得即便是对科学不甚了解的读者也能抓住核心概念。最让我印象深刻的是其中关于“地球之光”的描写——那些漂浮在地球上空，无声地将能量汇聚成束的光塔，它们不仅是工程奇迹，更是新时代的灯塔，象征着人类不屈的探索精神。文字的韵律感非常强，尤其是在描写关键的对接操作和首次并网成功时的段落，仿佛能听见心跳加速的节奏。它不是那种快餐式的娱乐读物，而是一部需要细细品味的力作，每一次重读，都能发现新的语言上的精妙之处和隐藏的伏笔。

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我是一个偏爱悬疑和阴谋论的读者，这本书虽然核心是科技，但其中埋藏的“黑暗森林”式的张力却完全满足了我对紧张情节的胃口。故事中后期的转折点，让我几乎要合上书本确认一下我读的是一本硬科幻，而不是间谍小说。那种感觉就像是，当你以为所有人都为了一个崇高的目标而努力时，却发现幕后有一只看不见的手在操控一切，试图将这项伟大的能源革命变成实现个人野心的工具。角色间的信任危机，在太空中这种极端环境下被无限放大，一个眼神、一次私下的通讯，都可能预示着一场灾难。书中关于安全协议和反入侵措施的描写，细致到了令人发指的地步，这反而更增添了一种“纸糊的窗户”般的脆弱感。我很欣赏作者没有将反派脸谱化，他们的动机往往建立在合理的——尽管是扭曲的——逻辑之上，这使得对抗充满了张力和不确定性。读完后，我久久不能平静，想象着那些隐藏在光鲜的卫星背后的权力博弈。

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这本书绝对是科幻迷的福音，尤其是那些对太空探索和未来能源抱有无限憧憬的读者。它的叙事节奏紧凑得让人喘不过气来，作者构建了一个栩栩如生的近未来世界，在那里，地球的能源危机已经迫在眉睫，而太空太阳能卫星的部署不仅仅是一个工程项目，更是一场关乎人类存亡的豪赌。我尤其欣赏作者在描绘技术细节时的那种严谨和浪漫的结合。你能在字里行间感受到那种紧张的倒计时氛围，每一次卫星发射窗口的开启都像是一次世界级的庆典，充满了技术人员的汗水、政治家的角力以及普通民众寄予的厚望。书中的角色塑造也非常立体，那位首席工程师的内心挣扎——如何在理想主义的能源革命和残酷的商业现实之间找到平衡点——简直让人拍案叫绝。他不仅仅是一个技术天才，更是一个被时代洪流推着走的悲剧英雄。情节的转折点设置得极其巧妙，当一个看似无法克服的技术难题被抛出来时，读者会跟着主角一起绞尽脑汁，直到那个“啊哈”的瞬间。整本书读下来，留下的不仅仅是对未来科技的惊叹，更是一种对人类集体智慧和韧性的深刻敬畏。它成功地将硬核的科学概念包裹在一个引人入胜的冒险故事之中，让人欲罢不能。

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这是一部让人深思的作品，它探讨的议题远超出了简单的太空工程范畴。作者将地缘政治的暗流、跨国企业的权力斗争，以及能源贫困带来的社会动荡，巧妙地编织进了宏大的卫星发电构想中。阅读过程中，我一直在思考，当掌握了近乎无限的清洁能源时，人类社会结构会发生怎样的颠覆？书中对“能源霸权”的描绘尤其深刻，那些试图控制和垄断轨道资源的国家和集团之间的博弈，充满了冷峻的现实主义色彩。与那些一味歌颂科技进步的乐观主义作品不同，这本书直面了技术进步可能带来的新形式的剥削和不平等。它并没有提供简单的答案，而是提出了尖锐的问题：谁有权使用这些来自太空的阳光？它对伦理困境的探讨非常深入，例如，当卫星系统出现故障可能导致特定地区大面积停电时，决策者如何权衡利弊？这种对人性复杂性的刻画，使得整部作品的层次感极强。我特别喜欢其中几章关于轨道碎片和太空垃圾的描述，那种对人造环境的敬畏与恐惧并存的情感，非常到位。

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这本书最让我感到震撼的，是它对“宏大叙事”与“个体体验”之间平衡的把握。一方面，它描绘了覆盖全球的能源网络构建，其尺度之宏大，令人类在宇宙中的渺小感油然而生；另一方面，作者花费了大量的篇幅来描绘地面控制中心工作人员的日常生活——他们的家庭琐事、他们对亲人的思念、以及他们在巨大工程压力下的精神崩溃与重建。这种对比极为有力。我仿佛能闻到控制室内咖啡的苦涩，感受到那些日夜颠倒的工程师们身上散发出的疲惫。书中对“等待”的描绘尤其精妙，太空任务的本质是漫长而枯燥的等待，而真正的危机往往在短暂的爆发期内决定成败。这种对时间感和环境压力的细致捕捉，让冰冷的科技叙事充满了人性的温度。它成功地将一场可能发生在数百万公里外的工程壮举，拉回到我们日常生活的层面，让我们感受到，即便是最伟大的进步，也是由无数个普通人完成的。这使得整本书读起来，既有对未来的向往，又有对“人”的尊重。

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