《高效可再生分布式發(fā)電系統(tǒng)》是為高效可再生分布式發(fā)電系統(tǒng)課程而準備的教材。內(nèi)容主要包含電力系統(tǒng)和高效可再生分布式新能源蔭大塊。前三章主要闡述了有關電力系統(tǒng)的基本知識；為了便于非電力專業(yè)學生的自學，該部分內(nèi)容從電路的基本原理出發(fā)，由淺人深地給出了比如功率因數(shù)、三相電力系統(tǒng)、電能質量等基本專業(yè)知識點，也特別回顧了現(xiàn)代電力工業(yè)的發(fā)展歷程和相關政策法規(guī)的演化史；使讀者能盡快地掌握和熟悉電力系統(tǒng)的基本概念和發(fā)展歷史。
第二部分內(nèi)容主要涉及可再生高效分布式發(fā)電技術，包含第4-9章。從大型中央發(fā)電站到小型分布式發(fā)電系統(tǒng)的轉變主要在第4章中分析，重點是熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，也簡單介紹了大量的小型高效發(fā)電技術，像微型燃氣輪機、光伏發(fā)電、微型水力發(fā)電、生物質發(fā)電、燃料電池等。第5章重點介紹了實現(xiàn)最高效利用分布式能源的技術經(jīng)濟性分析，介紹了需求側的能量供給曲線以及供電側的發(fā)電經(jīng)濟性分析。第6章主要介紹了風能和風力發(fā)電的相關技術。第7章主要涉及地球上可利用太陽能的評估技術。第8章和第9章主要介紹了將太陽能轉換為電能的光伏發(fā)電技術。附錄給出了大量的英制／國際單位轉換、日照強度分布等實際數(shù)據(jù)，便于讀者有針對性地分析其所在地的分布式發(fā)電系統(tǒng)特性。
可持續(xù)發(fā)展工程是21世紀的新興研究方向，發(fā)展環(huán)境友好的電力系統(tǒng)是其重要的一部分。可再生能源系統(tǒng)由于原材料不會耗盡，也不會像現(xiàn)代電力工業(yè)那樣受燃料價格和供給性的嚴重影響。在美國和歐洲，風力發(fā)電是成長性最快的發(fā)電模式，光伏發(fā)電技術已經(jīng)開始市場化應用，無污染的燃料電池發(fā)電也啟動在即。最新的化石燃料發(fā)電技術效率已經(jīng)達到了傳統(tǒng)鍋爐燃燒煤發(fā)電技術的兩倍，而且污染排放也非常低。
有充分的理由相信：大型集中式發(fā)電站采用成百上千英里的輸電線路與用戶相連而構成的傳統(tǒng)供電系統(tǒng)，必將會逐漸補充直至最后完全被潔凈的、小型就地發(fā)電廠而替代。分布式發(fā)電系統(tǒng)不僅降低了輸電線路的損耗和建設成本，而且可以就地利用發(fā)電過程中的廢熱，從而增加整個系統(tǒng)的效率和供電經(jīng)濟性。還有，分布式發(fā)電提高了供電的可靠性，降低了如同2003年夏季北美大停電等類似的大面積嚴重供電故障的危險性。
這對于全球的發(fā)電工業(yè)而言是令人振奮的時刻。供電和用戶兩側的新技術也使得供、用電兩側都發(fā)生了結構性的變化。發(fā)展中國家中尚有20億人口無電可用，蘊含著極大的用電需求；而且已經(jīng)得到了越來越多關注的發(fā)電導致的環(huán)境問題都迫切地需要相關的新教材、新課程以及在新近變化的能源工業(yè)中職位需求較多、令人滿意的新一代工程師。
本書最初是為可再生高效電力系統(tǒng)新課程而準備的教材。為了便于自學，書中針對每一個主題都給出了大量的完整實用舉例，并進行了相應的量化分析。每一章的末尾都帶有習題，為學生提供了練習的機會，也便于指導教師布置家庭作業(yè)。
盡管本書主要是面向高年級學生而寫的，但在實際教學中可根據(jù)需要方便地調整內(nèi)容以適應不同的授課對象。由于其他涉及本書內(nèi)容的課程主要是介紹課程本身的內(nèi)容，因此本書寫作中盡量地保證知識體系的完備性，即書中包含了相關的發(fā)展歷史、政策法規(guī)、電力工業(yè)文檔以及電力、熱動力、工程經(jīng)濟學等大量的背景知識，以便于理解這些新的發(fā)電技術。
工程類學生一般都愿意使用學到的技能，動手設計東西。因此，本書不僅介紹相關能源技術的工作原理，而且也提供了充足的技術背景來初步評估所設計系統(tǒng)的實際運行特性。
馬斯特斯（Gilbert M.Masters），于斯坦福大學電氣工程專業(yè)獲得博士學位，在過去的25年中主要從事能源與環(huán)境，特別是高效可再生能源方向的相關教學工作。目前他是斯坦福大學土木與環(huán)境工程專業(yè)的名譽教授，已經(jīng)出版了多部關于環(huán)境工程的著作。
譯者的話
前言
第1章 電路和磁路基礎
1.1 電路簡介
1.2 重要電氣量的定義
1.2.1 電荷
1.2.2 電流
1.2.3 基爾霍夫電流定律
1.2.4 電壓
1.2.5 基爾霍夫電壓定律
1.2.6 功率
1.2.7 功（能量）
1.2.8 小結
1.3 理想電壓源和電流源
1.3.1 理想電壓源
1.3.2 理想電流源
1.4 電阻
1.4.1 歐姆定律
1.4.2 電阻串聯(lián)
1.4.3 電阻并聯(lián)
1.4.4 分壓器
1.4.5 線路電阻
1.5 電容
1.6 電磁學和磁路
1.6.1 電磁學
1.6.2 磁路
1.7 電感
1.7.1 電感的物理特性
1.7.2 電感的電氣特性
1.8 變壓器
1.8.1 理想變壓器
1.8.2 勵磁損耗
習題
第2章 電力系統(tǒng)基礎
2.1 電壓、電流的有效值
2.2 理想正弦元件
2.2.1 理想電阻
2.2.2 理想電容
2.2.3 理想電感
2.3 功率因數(shù)
2.4 功率三角形及功率因數(shù)校正
2.5 單相三線居民用電
2.6 三相電力系統(tǒng)
2.6.1 對稱Y聯(lián)結電力系統(tǒng)
2.6.2 △聯(lián)結三相電力系統(tǒng)
2.7 電源
2.7.1 線性電源
2.7.2 開關電源
2.8 電能質量
2.8.1 諧波簡介
2.8.2 總諧波畸變率
2.8.3 諧波與電壓切痕
2.8.4 諧波與中線過載
2.8.5 變壓器內(nèi)部諧波
參考文獻
習題
第3章 電力工業(yè)
3.1 發(fā)電研究的先驅：愛迪生、西屋和英薩爾
3.2 電力工業(yè)現(xiàn)狀
3.2.1 公用發(fā)電與非公用發(fā)電
3.2.2 電力工業(yè)統(tǒng)計
3.3 單相同步發(fā)電機
3.3.1 發(fā)電機簡例
3.3.2 單相同步發(fā)電機
3.3.3 三相同步發(fā)電機
3.4 熱機的卡諾效率
3.4.1 熱機
3.4.2 熵和卡諾熱機
3.5 蒸汽循環(huán)發(fā)電廠
3.5.1 基荷蒸汽發(fā)電廠
3.5.2 燃煤蒸汽發(fā)電廠
3.6 燃氣輪機
3.6.1 簡單燃氣輪機
3.6.2 注汽燃氣輪機
3.7 聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠
3.8 燃氣輪機與聯(lián)合循環(huán)聯(lián)產(chǎn)
3.9 基荷發(fā)電廠、中間發(fā)電廠和調峰發(fā)電廠
3.9.1 篩選曲線
3.9.2 負荷-持續(xù)時間曲線
3.10 輸電與配電
3.10.1 國家輸電網(wǎng)
3.10.2 輸電線路
3.11 發(fā)電廠側的規(guī)章制度
3.11.1 1935年公用事業(yè)控股公司法案（PUHCA）
3.11.2 1978年公用事業(yè)管制政策法案（PURPA）
3.11.3 1992年能源政策法案（EPAct）
3.11.4 聯(lián)邦能源管制委員會（FERC）888號和2000號法令
3.11.5 公用發(fā)電機組和非公用發(fā)電機組
3.12電力市場競爭的出現(xiàn)
3.12.1 電網(wǎng)結構重構的技術推動
3.12.2 加利福尼亞州電網(wǎng)開始重構
3.12.3 加利福尼亞州電網(wǎng)放松管制的潰敗
參考文獻
習題
第4章 分布式發(fā)電
4.1 發(fā)電方式的轉變
4.2 使用化石燃料的分布式發(fā)電技術
4.2.1 高熱值與低熱值
4.2.2 微型燃氣輪機
4.2.3 活塞式內(nèi)燃機
4.2.4 斯特林內(nèi)燃機
4.3 聚焦式太陽能發(fā)電（CSP）技術
4.3.1 拋物柱面聚光器
4.3.2 槽式太陽能采集系統(tǒng)
4.3.3 塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)
4.3.4 聚焦式太陽能發(fā)電技術的一些比較
4.4 生物質能發(fā)電
4.5 微型水電系統(tǒng)
4.5.1 微型水電站的電能輸出
4.5.2 管道損耗
4.5.3 流量測量
4.5.4 水輪機
4.5.5 微型水輪機的電氣特性
4.6 燃料電池
4.6.1 發(fā)展歷史
4.6.2 燃料電池的基本原理
4.6.3 燃料電池熱力學：焓
4.6.4 燃料電池的熵和理論效率
4.6.5 吉布斯自由能和燃料電池的效率
4.6.6 電池的理想電氣特性
4.6.7 實際燃料電池的電氣特性
4.6.8 燃料電池的種類
4.6.9 氫氣生產(chǎn)
參考文獻
習題
第5章 分布式資源經(jīng)濟性分析
5.1 分布式資源
5.2 電費標準
5.2.1 標準民用電費
5.2.2 民用分時電價（TOU）
5.2.3 基本容量電費
5.2.4 帶棘輪調整的基本容量電費
5.2.5 負荷系數(shù)
5.2.6 實時電價（RTP）
5.3 能源經(jīng)濟性
5.3.1 靜態(tài)投資回收期
5.3.2 靜態(tài)投資回報率
……
第6章 風力發(fā)電系統(tǒng)
第7章 太陽能
第8章 光伏材料及電氣特性
第9章 光伏發(fā)電系統(tǒng)
附錄
第1章 電路和磁路基礎
1.1 電路簡介
你應當在物理基礎課上已經(jīng)了解了電學的基本概念，也知道如何采用實際元器件來構成一個電路。比如圖1-1所示，可以使用一個電池、開關、白熾燈和一些導線構成一個最簡單的電路。電池提供能量驅動電子在電路中移動，加熱燈絲，從而使燈泡發(fā)光、發(fā)熱。在這個過程中，能量從源（電池）傳遞給了負載（燈泡）。你可能也知道了電池兩端的電壓以及燈泡的阻值決定了電路中電流值的大小。根據(jù)實際經(jīng)驗，你可能也知道只有開關閉合之后，電路中才有電流流動；也就是說，只有電路形成一個完整的閉合回路，才能保證電子從電池流向燈泡，然后再流回電池。最后你可能也意識到了，連接電池和燈泡的導線長1m還是2m無關緊要，但是如果導線長1km，則會產(chǎn)生不同的影響。
圖1-1也給出了采用理想元件構建的電路模型。電池建模為理想恒壓源，輸出電壓為VB，不受輸出電流i大小的影響。導線視為理想導體，忽略其電阻值。開關動作視為理想狀態(tài)，即開關打開時，觸頭之間不考慮電弧影響；開關閉合時，也不考慮任何開關抖動。燈泡視為一個簡單電阻，無論其流過多少電流或者工作溫度多少，阻值R均保持不變。
一般情況下，圖1-1b給出的理想模型足以完備地表達電路特性，即當開關閉合后，模型中流過燈泡的電流值足以精確地模擬實際電路中的電流。但在某些特殊情況下，該模型將不夠精確。比如，隨著輸出電流的增多或電池的老化，電池端電壓將下降。燈泡發(fā)熱后，其阻值也將變化；而且燈絲不僅有電阻值，也存在一定的電感和電容值，因此當開關閉合時，電流無法從零瞬間階躍至最終的穩(wěn)態(tài)值。導線的尺寸也可能被低估，因此電流在導線上也會產(chǎn)生部分功率損耗。這些細微的影響重要與否，取決于建�？疾斓膶ο笠约皩δＰ途鹊囊�。如果必須考慮這些影響，可以根據(jù)需要修正模型，再進行仿真分析。
本書的主旨是力求問題簡單化。
……
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