《能源与利用复习》课件

能源与利用复习课件导入欢迎参加《能源与利用》复习课程本门课程旨在帮助同学们系统掌握能源科学的基础理论知识，深入理解各类能源的特性、开发利用技术及其环境影响通过本课程学习，同学们将能够分析全球能源格局变化趋势，把握中国能源发展战略，为未来在能源行业的工作或研究奠定坚实基础本复习课件共包含50个主题，涵盖能源基础知识、各类能源资源特性、能源转换技术、环境影响及未来发展趋势等方面，同时提供备考指导与答题技巧能源的定义能量与能源的区别能源的基本特性能量是物理学概念，表示物体做功的能力，可以有多种形式存在，能源具有稀缺性和不可再生性（对于化石能源），同时也有便携如势能、动能、热能等能量可以进行转换，但总量守恒性、可转换性和多样性等特征能源则是能够提供能量的物质资源或自然现象，是人类利用的能量能源在转换过程中遵循热力学定律，存在转换效率问题能源的开来源能源是一种特殊商品，具有经济属性，可以开发、交易和消发利用与环境、经济和社会发展密切相关，是国家战略资源费能源的分类可再生能源在人类时间尺度内可以再生的能源不可再生能源形成需要百万年以上的能源一次能源自然界中直接获取的能源形式二次能源经过转换和加工的能源形式可再生能源包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能等，这些能源可以通过自然过程不断补充不可再生能源主要指化石能源和核能，一旦消耗就不可恢复一次能源是指直接从自然界获取的能源形式，如煤炭、石油、天然气、水力等；二次能源是由一次能源转换而来，如电力、氢能、汽油等世界能源格局简介中国能源消费与生产现状

61.1%煤炭占比中国能源消费中煤炭占主导

18.4%石油占比主要依赖进口

8.9%天然气占比增长最快的化石能源

11.6%非化石能源包括水电、核能、风电、光伏等2023年中国能源消费结构仍以煤炭为主，但煤炭占比持续下降中国能源自给能力较强，煤炭基本实现自给自足，石油对外依存度约73%，天然气对外依存度约45%中国是世界最大的能源消费国，也是最大的可再生能源投资国近年来，中国积极推进能源结构调整，风电、光伏等清洁能源增长迅速，预计到2025年非化石能源占比将提高到20%以上不可再生能源简介煤炭世界上分布最广、储量最大的化石能源，是电力生产的主要来源，中国煤炭资源丰富，是能源结构的主体石油液态化石燃料，是交通运输业的主要能源，也是重要的化工原料，全球分布不均，中东地区占全球储量约一半天然气最清洁的化石燃料，主要成分为甲烷，广泛用于工业、发电和民用，是煤炭的重要替代能源核能利用铀等重元素核裂变释放的能量，能源密度极高，发电过程中不产生温室气体排放，但有核安全隐患不可再生能源形成需要漫长的地质年代，一旦消耗不可再生尽管面临环境挑战，但由于其能源密度高、供应稳定，在可预见的未来仍将在全球能源系统中占据重要地位煤炭资源与利用中国煤炭资源丰富发电主力煤化工产业中国煤炭探明储量约

1.4万亿吨，位居世界第2023年中国煤电装机容量超过11亿千瓦，发中国积极发展现代煤化工产业，通过煤制三，仅次于美国和俄罗斯主要分布在山电量占全国总发电量的

56.2%煤电作为基气、煤制油、煤制烯烃等技术，提高煤炭综西、陕西、内蒙古、新疆等地区，形成了以础电源，保障了电网安全稳定运行，特别是合利用水平这些技术有助于减少石油进口晋陕蒙为核心的能源基地在电力需求高峰期和可再生能源发电不稳定依赖，扩大煤炭的附加值时期煤炭虽然是高碳排放能源，但通过超临界、超超临界等清洁燃煤发电技术，以及碳捕获与封存技术的应用，其环境影响正在逐步降低在能源转型期间，煤炭仍将发挥重要作用石油的基本知识石油形成石油形成于海洋环境中的有机物质在高温高压条件下，经过数百万年的演化而成需要适当的源岩、储集岩、盖层和圈闭条件，形成石油藏全球分布全球石油资源分布极不均匀，主要集中在中东（约占全球储量的48%）、委内瑞拉、加拿大、俄罗斯和美国等国家和地区中国石油资源相对不足，主要分布在松辽盆地、渤海湾盆地、塔里木盆地等地区世界石油生产国目前世界石油产量前五位的国家依次是美国（1775万桶/日）、沙特阿拉伯（1021万桶/日）、俄罗斯（945万桶/日）、加拿大（549万桶/日）和伊拉克（408万桶/日）中国产量约为405万桶/日，排名第六石油特性石油是复杂的烃类混合物，主要由碳氢化合物组成，还含有少量硫、氮、氧和金属元素按照密度和组成可分为轻质油、中质油和重质油石油热值高，便于储存运输，是理想的运输燃料石油的利用方式原油提炼交通燃料原油通过蒸馏、催化裂化等工艺加工成各种石汽油、柴油、航空煤油是交通运输的主要燃料油产品石化原料燃料与发电乙烯、丙烯等基础化工原料生产塑料、橡胶、用于工业锅炉、居民取暖和火力发电纤维等石油精炼是将原油转化为有用产品的工艺过程，主要包括物理分离和化学转化两大类通过常压蒸馏将原油分离成轻质馏分（如汽油）、中质馏分（如煤油、柴油）和重质馏分（如重油）催化裂化和加氢裂化等工艺可以提高轻质油品的产量石油不仅是能源，更是重要的化工原料石化产业链从原油到基础化工品，再到合成材料和精细化工产品，几乎覆盖了现代生活的方方面面中国已建成了完整的石化产业体系，年产值超过12万亿元天然气简介全球储量中国资源状况世界天然气探明储量约为188万亿立方米探明储量约

8.4万亿立方米•俄罗斯占全球储量24%成分特性•塔里木盆地、四川盆地、鄂尔•伊朗占17%多斯盆地为主要气区进出口现状主要成分为甲烷CH₄，含少量乙•卡塔尔占12%•页岩气储量丰富，位居世界前列烷、丙烷等中国天然气进口依存度约45%•热值约为9500千卡/立方米•LNG进口量全球第一•燃烧清洁，二氧化碳排放量比•已建成中俄、中亚、中缅等多煤少约40%条国际管道天然气分布与利用利用趋势主要进口国天然气作为清洁能源，在双碳目标下发挥着输送方式中国天然气进口来源多元化，主要进口国包括煤炭替代和能源转型的桥梁作用在发电、工天然气主要通过管道运输和LNG（液化天然澳大利亚、卡塔尔、马来西亚、俄罗斯和土库业、建筑和交通等领域应用广泛预计到2025气）船运两种方式进行长距离输送中国已建曼斯坦等其中，澳大利亚是中国最大的LNG年，中国天然气消费量将达到4500亿立方米成西气东输、陕京线、川气东送等多条国内大供应国，而俄罗斯和土库曼斯坦则是重要的管左右，占一次能源消费比重提高到12%左右型管道，形成了覆盖全国的天然气管网LNG道气来源国中俄东线天然气管道的建成使分布式能源和天然气发电将成为重要的增长接收站主要分布在沿海地区，如广东、江苏、俄罗斯成为中国重要的天然气战略合作伙伴点浙江等省份核能基础核裂变反应核聚变反应全球核电发展核裂变是重原子核（如铀-235）被中子轰核聚变是指轻原子核（如氘、氚）在高温截至2024年，全球共有32个国家拥有核击后分裂为两个或多个较轻原子核的过高压下结合形成较重原子核的过程，释放电站，总装机容量约为392吉瓦美国、程，同时释放大量能量和中子这些释放巨大能量太阳能量就来源于核聚变法国、中国、俄罗斯和韩国是全球核电装的中子可以引发更多的裂变反应，形成链机容量最大的五个国家核聚变理论上比核裂变更安全、更清洁，式反应燃料储量更丰富，但技术尚未实现商业法国核电占比最高，约为70%，其次是乌1克铀-235完全裂变释放的能量相当于燃化国际热核聚变实验堆（ITER）是目前克兰和斯洛伐克全球核电发电量约占总烧

2.7吨煤炭核裂变是目前商业核电站的最大的聚变研究项目发电量的10%左右福岛事故后，德国等能量来源国家逐步退出核电，而中国、俄罗斯等国仍在积极发展中国核能发展现状中国核电装机容量已达到5831万千瓦，居全球第三位，仅次于美国和法国目前在建机组容量居世界第一核电发电量占全国总发电量的

5.2%左右，未来还有较大提升空间中国已掌握压水堆、快堆等多种堆型技术，并自主研发了华龙一号三代核电技术华龙一号已在福清核电站、巴基斯坦卡拉奇核电站成功投运，成为中国核电走出去的名片重大核电工程包括秦山核电站（中国第一座核电站）、大亚湾核电站、台山核电站（全球首座投入商业运行的EPR机组）等中国正在积极推进沿海核电建设，同时开展内陆核电前期工作和小型模块化反应堆研发可再生能源概述定义与特点技术优势可再生能源是指自然界中可以持续再生的能源形式，包括太阳能、风能、可再生能源技术已经日益成熟，成本持续下降以光伏发电为例，过去十水能、生物质能、地热能和海洋能等这类能源具有可持续性、清洁低碳年成本下降约90%风电、光伏等技术已在多个国家和地区实现平价上和分布广泛等特点网，不再需要补贴支持挑战与制约发展趋势可再生能源面临的主要挑战包括间歇性和波动性、电网消纳能力限制、储全球能源转型加速推进，可再生能源装机容量快速增长2023年全球可能技术不足以及初始投资较高等这些因素在一定程度上限制了可再生能再生能源新增装机达到510吉瓦，其中光伏350吉瓦、风电约100吉瓦源的大规模应用预计到2030年，全球可再生能源发电量将超过煤电水能及其开发水能原理利用水位差和流量产生的势能转化为机械能和电能资源分布中国水能资源技术可开发量约

6.7亿千瓦，居世界首位开发现状已开发

3.9亿千瓦，开发率约58%，发电量占全国总发电量的16%水电是中国最重要的可再生能源，具有技术成熟、运行稳定、调峰能力强等优势中国水能资源主要分布在西南地区，如长江上游、雅鲁藏布江、怒江、澜沧江等河流三峡工程是世界最大的水电站，总装机容量2250万千瓦，年发电量约1000亿千瓦时除了发电，三峡工程还具有防洪、航运改善、水资源调节等综合效益白鹤滩水电站是中国第二大、世界第三大水电站，装机容量1600万千瓦，采用了世界最大单机容量的水轮发电机组太阳能种类与利用光伏发电利用光电效应将太阳光直接转换为电能光热发电聚焦太阳光产生高温蒸汽驱动汽轮机发电太阳能热利用利用太阳能提供热水、供暖和工业热能建筑一体化将太阳能系统与建筑结合设计应用太阳能是最丰富的可再生能源，理论上地球表面每小时接收的太阳能相当于人类一年的能源消耗量中国太阳能资源丰富，尤其在西北、青藏高原等地区，年辐射量达到1600-2000千瓦时/平方米中国光伏装机量连续多年保持全球第一，截至2023年底累计装机达到520吉瓦光伏电池技术路线多样，包括晶硅电池、薄膜电池、钙钛矿电池等光热发电在我国处于商业化初期，已建成多个示范项目，如青海德令哈、甘肃敦煌等地的塔式和槽式光热电站太阳能发展现状风能概述陆上风电海上风电技术发展陆上风电技术成熟，成本低，是目前主要的海上风电具有风速高、稳定性好、不占用土风电技术持续创新，单机容量不断增大，从风电形式中国陆上风能资源技术可开发量地等优势，但投资成本和技术难度较高中最初的几百千瓦发展到目前的10兆瓦以上约23亿千瓦，主要分布在三北（西北、华国海上风能资源丰富，技术可开发量约5亿千叶片长度已超过100米，风轮直径超过200北、东北）地区陆上风电已实现平价上瓦，主要分布在江苏、浙江、广东等沿海省米浮式海上风电、高海拔风电、低风速风网，不再依赖补贴份电等新技术不断涌现全球风能发展迅速，截至2023年底全球累计风电装机容量达到906吉瓦，其中中国占比超过40%海上风电是未来风电发展的重要方向，全球海上风电市场年增长率超过25%，中国已成为全球最大的海上风电市场风电在中国的现状资源分布装机规模华北地区（内蒙古、河北）和东北地区截至2024年6月，中国风电累计装机容（黑龙江、吉林、辽宁）风能资源丰量已突破4亿千瓦，居世界首位其中富，风速高、风能密度大西北地区陆上风电约

3.6亿千瓦，海上风电约（新疆、甘肃、宁夏）风能资源也很丰4000万千瓦风电发电量占全国总发富，但电力消纳能力有限华东沿海地电量的

8.5%左右，成为继煤电、水电之区（江苏、浙江、福建）海上风能资源后的第三大电源丰富，已成为海上风电开发重点区域产业创新中国已形成完整的风电产业链，风电设备制造技术达到国际领先水平金风科技、明阳智能、远景能源等企业跻身全球前十大风机制造商中国已掌握10兆瓦级海上风电机组设计制造技术，并正在开发16兆瓦级机组中国风电发展面临弃风问题，主要由于风电资源与负荷中心的地理不匹配，以及电网调节能力不足为解决这一问题，中国正在加快建设特高压输电工程，推进风电等新能源友好并网政策，并加快开发风电制氢等灵活消纳方式十四五期间，中国风电装机将继续快速增长生物质能与地热能生物质能地热能生物质能是指利用各种生物质（如农林废弃物、能源作物、城市垃地热能是地球内部的热能，可以持续稳定地提供能源根据温度和圾等）转化为热能、电能或燃料的能源形式中国生物质资源丰开发深度不同，可分为高温地热（＞150℃）、中低温地热（25-富，主要产生于农业和林业生产过程中150℃）和浅层地热能（＜25℃）典型利用方式包括直接燃烧发电、气化发电、生物液体燃料制备高温地热主要用于发电，中低温地热可用于供暖和工业用热，浅层（如生物柴油、燃料乙醇）、生物质热解和沼气利用等生物质能地热能则多用于建筑供暖制冷（通过地源热泵系统）中国地热资具有可再生、低碳和分布广泛等特点，也是实现农村能源转型的重源丰富，理论资源量相当于37000亿吨标准煤，但目前开发利用要选择率不足1%生物质能和地热能面临的主要挑战包括收集成本高、技术较为分散、投资回收期长等但随着技术进步和政策支持，这两种能源有望在能源转型中发挥更大作用特别是地热能作为基荷能源，可以24小时稳定供应，是理想的化石能源替代选择能源转换基本原理一次能源自然界中直接获取的能源形式，如煤炭、石油、天然气、太阳能、风能等能源转换过程通过物理、化学或生物过程将一次能源转换为更便于利用的能源形式二次能源经过转换的能源形式，如电力、汽油、氢气、热力等转换效率输出能源与输入能源的比值，受热力学第二定律限制能源转换是能源系统的核心环节，遵循能量守恒定律和热力学第二定律在转换过程中，能量总量保持不变，但能量质量（可用功）会降低，产生不可逆损失例如，燃煤发电的能量转换效率通常在40%左右，剩余60%的能量以热损失形式散失提高能源转换效率是能源技术发展的关键目标超超临界燃煤发电技术可将效率提高至47-50%，燃气-蒸汽联合循环发电效率可达60%以上能源梯级利用、余热回收等技术也是提高综合能源利用效率的重要手段火力发电原理燃料燃烧产生热能锅炉中煤、油或气体燃料燃烧，将水加热成高温高压蒸汽热能转化为机械能2高温高压蒸汽推动汽轮机旋转，产生机械能机械能转化为电能汽轮机带动发电机旋转，根据电磁感应原理产生电能余热处理蒸汽在冷凝器中冷凝为水，余热通过冷却塔散发到大气中火力发电是当前世界上最主要的发电方式，约占全球发电量的60%以上传统火电厂主要由锅炉、汽轮机、发电机和辅助系统组成随着技术发展，现代火电厂已经采用超临界、超超临界等先进技术，大大提高了能源利用效率和环保性能超超临界机组的蒸汽参数可达到600℃以上、30MPa以上，发电效率提高至47-50%燃气-蒸汽联合循环（GTCC）发电效率可达60%以上，是目前热效率最高的火力发电方式分布式能源系统通过热电联产可实现能源的梯级利用，综合能源利用效率可达80%以上火电常见污染控制技术脱硫技术燃煤电厂排放的二氧化硫是形成酸雨的主要污染物石灰石-石膏湿法脱硫是最常用的脱硫技术，脱硫效率可达95%以上此外还有氨法脱硫、海水脱硫等多种技术中国火电厂脱硫设施安装率已达100%，是世界上脱硫装机规模最大的国家脱硝技术氮氧化物是形成光化学烟雾和PM

2.5的重要前体物选择性催化还原法（SCR）是主流脱硝技术，脱硝效率可达80-90%低氮燃烧器等燃烧优化技术也可减少氮氧化物的生成目前中国火电厂脱硝设施安装率已超过95%除尘技术电除尘器和袋式除尘器是火电厂常用的除尘设备，除尘效率可达

99.9%以上湿式电除尘技术可同时去除细粉尘和部分SO

3、汞等污染物超低排放技术的应用使火电厂粉尘排放浓度可控制在5mg/m³以下碳捕获与封存碳捕获与封存（CCS）技术是应对气候变化的重要技术路径目前主要有燃烧后捕获、燃烧前捕获和富氧燃烧三种捕获技术路线中国已建成多个CCS示范项目，如胜利油田、华能上海石洞口电厂等中国火电行业近年来通过实施超低排放改造，实现了污染物排放指标优于天然气发电机组的环保目标截至2023年底，全国约90%的煤电机组完成超低排放改造，年减排二氧化硫约180万吨，氮氧化物约150万吨，粉尘约40万吨水力发电原理集水与蓄能水流导入水库收集并储存水资源，形成水位差通过压力钢管将水引入发电厂2发电机发电水轮机转换4水轮机带动发电机转子切割磁力线产生电流3水流冲击水轮机叶片产生旋转机械能水力发电是将水的势能转化为电能的过程，是最成熟的可再生能源发电技术之一水电站按开发方式可分为径流式、调节式和抽水蓄能电站；按水头高度可分为高水头（100米）、中水头（30-100米）和低水头（30米）电站世界主要水电站包括中国三峡水电站（

22.5GW）、巴西/巴拉圭伊泰普水电站（14GW）、中国白鹤滩水电站（16GW）、委内瑞拉古里水电站（

10.2GW）和中国溪洛渡水电站（

13.86GW）等中国是世界水电装机第一大国，截至2023年水电装机容量达到

4.1亿千瓦，约占全球水电装机的30%核电站基本结构核反应堆控制核裂变释放热能的核心装置蒸汽发生器传递堆芯热量产生蒸汽（压水堆设计）汽轮机组3将蒸汽热能转化为机械能发电机组4将机械能转化为电能安全系统多重保护措施确保安全运行核电站安全保护采用纵深防御原则，设置多层安全屏障包括燃料芯块陶瓷结构、燃料棒金属包壳、反应堆压力容器、安全壳和厂房等多重屏障，确保放射性物质不会泄漏到环境中三代核电技术如AP

1000、华龙一号和EPR采用了更多被动安全系统，大大提高了安全性例如，华龙一号采用能动与非能动相结合的安全系统，可以在没有外部电源和人工干预的情况下，依靠自然规律和内部能量实现堆芯冷却，防止堆芯熔化新能源发电技术比较发电技术资源稳定性发电成本（元优势劣势/kWh）光伏发电间歇性强

0.2-

0.3无污染、成本占地大、昼夜低波动陆上风电间歇性中

0.3-

0.4成本低、技术噪音、视觉影成熟响海上风电间歇性弱

0.6-

0.8风资源好、不造价高、维护占陆地难生物质发电连续稳定

0.5-

0.7可调度、碳中燃料收集难和新能源发电技术的融合发展是未来趋势光伏+风电互补可以提高系统发电稳定性；新能源+储能的结合可以解决间歇性问题；光伏、风电与抽水蓄能、电池储能结合形成源网荷储一体化系统，可以实现新能源高比例消纳微电网是融合多种新能源发电技术的典型应用微电网是一个可控的小型发配电系统，可以独立运行或并入大电网通过智能控制系统，可以实现源-网-荷-储的协调优化运行，提高系统的经济性和可靠性目前，微电网技术已在海岛、偏远地区、工业园区等场景得到应用智能电网概述智能感知双向通信自动控制智能决策通过广泛部署的传感器网建立覆盖发电、输电、配电采用先进的控制技术和设利用大数据、人工智能等技络，实时监测电网运行状和用电各环节的通信网络，备，实现电网故障自动隔术，对电力系统进行智能分态、电力设备条件和用电需实现电网与用户之间的信息离、自愈和恢复，大幅提高析和优化决策，提高电网运求变化，为电网调度和管理双向流动，支持用户侧参与电网可靠性和供电稳定性行效率和经济性提供全面数据支持电网互动智能电网是传统电网与现代信息通信技术深度融合的产物，具有自愈、互动、兼容、经济和集成等特点它能够适应高比例可再生能源接入，支持分布式发电和微电网发展，促进用户侧需求响应和节能减排中国正在推进坚强智能电网建设，已建成全球规模最大的特高压交直流电网面临的技术挑战包括海量数据处理、网络安全防护、新能源大规模接入下的电网稳定性控制等未来，随着双碳目标推进，智能电网将在能源转型和低碳发展中发挥更加重要的作用能源储存技术能源储存是解决可再生能源间歇性的关键技术，主要包括物理储能（抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能）、电化学储能（锂离子电池、铅酸电池、流电池）、电磁储能（超导储能、超级电容器）和化学储能（氢能储存、合成甲烷）等多种形式抽水蓄能是目前最成熟、规模最大的储能技术，全球装机容量约

1.8亿千瓦，中国已建成抽水蓄能电站装机约4400万千瓦，规划到2025年达到6200万千瓦以上电化学储能发展迅速，特别是锂离子电池储能，成本快速下降，全球装机规模年增长超过60%储能技术面临的主要瓶颈包括成本高、循环寿命有限、安全性问题和规模化应用难等随着技术进步和规模效应，储能成本持续下降，预计到2025年电化学储能成本将降至

0.5元/瓦时以下，届时将大幅提升储能经济性，加速推动应用普及氢能与燃料电池氢气制备氢气可通过多种方式制备，包括化石燃料重整（灰氢）、化石燃料重整+碳捕获（蓝氢）和可再生能源电解水（绿氢）等目前全球氢气产量约9000万吨/年，其中98%来自化石燃料中国已成为世界最大的氢气生产国，年产量约3500万吨，但主要用于工业过程而非能源领域氢能储运氢气储存可采用压缩氢气（35-70MPa）、液态氢（-253℃）和固态储氢材料等方式氢气运输则包括管道运输、高压气态运输、低温液态运输和有机液态载氢等方式由于氢气体积能量密度低，储运是氢能应用的关键挑战之一中国正在建设多个氢能基础设施示范项目，如张家口和佛山的氢能走廊燃料电池原理与应用燃料电池是一种将氢气和氧气电化学反应能直接转化为电能的装置，主要类型包括质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）等燃料电池具有高效率、零排放、快速加注等优势，特别适合商用车、分布式发电等应用场景目前中国燃料电池汽车保有量超过12000辆，主要集中在北京、上海、广东等地能源利用效率提升措施工业节能改造建筑节能工业是能源消费最大的部门，节能潜力巨大重点推进电机系统、锅炉窑建筑能耗占全国能耗的约30%，通过围护结构保温、高效设备更新、智能化炉、余热余压利用等重点领域节能改造例如，高效电机替代可节电15-系统控制等措施，可大幅降低建筑能耗北方地区建筑供暖系统改造，从以30%，工业锅炉改造可节能10-20%中国近年来已实施上万个工业节能改热定电向以电定热转变，可提高能源综合利用效率既有建筑节能改造可造项目，年节能能力超过5000万吨标准煤降低能耗30%以上，超低能耗建筑可比普通建筑节能80%以上交通能效提升终端行为优化推广新能源汽车、优化交通结构、发展智能交通系统等是交通部门节能的主通过激励措施和智能技术引导用户改变用能行为，如错峰用电、绿色出行要措施电动汽车能源利用效率比传统内燃机车高2-3倍，铁路运输能效是等研究表明，用户行为优化可实现5-15%的能源节约智能电表、智能家公路运输的3-4倍中国新能源汽车销量已连续8年全球第一，2023年销量居等技术可以提供实时能耗信息，帮助用户优化用能模式需求侧响应项目达到新车销量的25%以上可调节高峰用电负荷，提高电网运行效率能源消费与环境污染典型环境问题分析雾霾成因燃煤电厂、工业锅炉和机动车尾气排放是主要污染源碳排放大户2钢铁、水泥、电解铝、化工等高耗能行业碳强度高水体污染能源开采、加工和利用过程中的废水排放造成污染雾霾是中国面临的严重环境问题之一，特别是在京津冀、长三角和珠三角等人口密集区域研究表明，雾霾中的PM

2.5颗粒物主要来源于燃煤、机动车尾气、工业生产和扬尘等能源结构以煤为主是导致雾霾的重要原因，特别是冬季采暖期间，燃煤散烧排放增加，容易形成严重污染从碳排放角度看，我国高耗能行业是碳排放的主要来源钢铁行业年碳排放约20亿吨，占全国总排放的18%；水泥行业年碳排放约13亿吨，占比约12%；电解铝行业单位产品能耗是世界先进水平的

1.5倍以上，碳强度较高这些行业的低碳转型对实现碳达峰碳中和目标至关重要能源的低碳转型路径清洁替代用电力替代直接燃煤，用清洁能源替代化石能源，推动终端能源电气化节能提效工业、建筑、交通等领域实施节能技术改造，提高能源利用效率技术创新突破氢能、储能、智能电网等关键技术，支撑能源系统低碳转型碳达峰碳中和力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和清洁替代是能源低碳转型的核心路径电能替代是指用电力替代直接燃煤、燃油，如电锅炉替代燃煤锅炉、电动汽车替代传统汽车等在能源生产侧，通过大力发展非化石能源提高电力绿色属性，在能源消费侧通过提高电气化水平降低终端能源碳排放中国提出了双碳目标，即到2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和这一目标要求中国在未来40年内完成能源系统的深度脱碳转型根据研究，实现碳中和需要非化石能源占比提高到85%以上，电气化率提高到70%以上，单位GDP能耗和碳排放强度分别下降85%和90%以上这一转型过程既是挑战，也是促进能源技术创新和产业升级的重大机遇能源领域的碳交易机制碳交易基本原理中国碳市场建设碳排放权交易是基于市场机制的减排工具，通过为温室气体排放设中国碳市场经历了从区域试点到全国统一市场的发展过程2011定总量限制并允许排放配额交易，实现减排目标碳交易将碳排放年开始，北京、上海、天津、重庆、湖北、广东和深圳7个省市启权作为一种商品，高排放企业可从低排放企业购买配额，或通过减动碳交易试点2021年7月，全国碳排放权交易市场正式启动上线排项目获取抵消信用额度交易，成为全球规模最大的碳市场碳交易体系的核心要素包括覆盖范围（行业、气体类型）、配额目前，全国碳市场第一阶段仅覆盖电力行业，纳入约2200家发电分配方法（免费发放或拍卖）、市场稳定机制（价格上下限等）、企业，年覆盖碳排放量约45亿吨后续将逐步扩大至石化、化监测报告核查（MRV）系统和抵消机制等工、建材、钢铁、有色金属、造纸和航空等行业，最终覆盖约70%的国内碳排放中国碳市场面临的主要挑战包括价格偏低（约60元/吨，远低于欧盟200欧元/吨以上的水平）、市场流动性不足、配额分配方法有待优化、MRV体系需进一步完善等未来将通过引入拍卖机制、加强法律法规建设、提高市场透明度等措施，不断提升碳市场的有效性可再生能源对减排贡献亿吨

21.

436.7%年二氧化碳减排量可再生能源装机占比可再生能源替代燃煤发电的减排贡献占全国总装机容量的比例2023年

53.5%80%新增装机占比年占比目标20602023年可再生能源占新增装机比例实现碳中和情景下的比例可再生能源是实现双碳目标的核心支撑2023年，中国可再生能源发电量约

2.9万亿千瓦时，相当于替代标准煤约

8.9亿吨，减少二氧化碳排放约

21.4亿吨其中，水电减排

10.1亿吨，风电减排

5.6亿吨，光伏减排

5.2亿吨，生物质能减排

0.5亿吨绿色电力比例持续提升，2023年中国非化石能源发电量占总发电量的比重达到

36.5%，比2015年提高

12.2个百分点根据规划，到2025年，非化石能源消费比重将达到20%，非化石能源发电量占比达到45%以上到2060年碳中和情景下，可再生能源占一次能源消费比重将达到80%以上，电力行业将实现近零排放全球能源技术新趋势数字化智能化电气化人工智能、大数据、物联网智能电网、虚拟电厂、能源终端能源消费电气化趋势明等数字技术广泛应用于能源互联网等新型能源系统形态显，交通、建筑、工业等领系统全环节，实现能源生加速发展人工智能在能源域电能替代加速电动汽产、输送和消费的智能化管预测、调度优化、设备维护车、热泵、电炉等技术快速理数字孪生技术可为电网等方面应用广泛预测性维发展到2050年，全球电气提供虚拟镜像，优化运行决护可将设备故障率降低30%化率有望从目前的20%左右策区块链技术在能源交易以上，延长设备寿命15-提高到50%以上，电力在终和碳市场中的应用正在探30%端能源消费中的比重大幅提索升融合化电力、热力、燃气等多种能源系统深度融合，形成多能互补的综合能源系统氢能作为能量载体连接不同能源系统，促进可再生能源大规模利用能源与信息、交通等基础设施融合发展，提高整体系统效率近年来，全球能源技术研发取得多项重要成果高效钙钛矿电池转换效率突破25%；大容量海上风电机组单机容量达到16兆瓦；新型液流电池能量密度提高50%以上；ITER核聚变实验取得重要突破；新型高温超导材料在电力传输中应用前景广阔；碳捕集利用与封存技术成本大幅降低能源行业典型创新案例宁德时代钠离子电池集中式分布式协同特高压输电技术+2023年，宁德时代推出全球首款商业化钠离子国家电网在浙江建设的云网融合、源网荷储一中国自主研发的±1100千伏特高压直流输电技电池，能量密度达到160Wh/kg，循环寿命超过体化示范项目，将大型风电、光伏发电基地与术，单回输电容量达到1200万千瓦，输电距离3000次钠离子电池不使用锂、钴等稀缺金分布式能源资源相结合，通过智能调度系统实现可达3000公里以上，输电损耗低于5%该技术属，原材料成本低，储存成本较锂电池降低约协同优化该项目可再生能源并网容量提高为解决可再生能源大规模远距离输送问题提供了30%该技术特别适合能源储存市场，有望加速30%，系统可靠性提升15%，为高比例可再生能关键支撑，推动了西电东送等大型能源战略工可再生能源大规模应用源消纳提供了有效解决方案程实施此外，华为公司的智能光储充放一体化解决方案将光伏发电、储能系统和电动汽车充放电设施有机结合，实现能源的多向流动和灵活调配，大幅提高了能源利用效率青海省建设的世界最大水风光互补清洁能源基地，通过优化三种能源的互补特性，实现了高比例可再生能源稳定供电双碳背景下的能源政策能耗双控能耗双控是指对各地区能源消费总量和强度实行双重控制十四五期间，中国实施能源消费总量和强度双控向碳排放总量和强度双控转变的政策调整，更加突出碳减排目标根据规划，到2025年，全国单位GDP能耗比2020年下降

13.5%，单位GDP二氧化碳排放比2020年下降18%可再生能源配额制可再生能源电力配额制要求电力消费侧承担可再生能源消纳责任，促进可再生能源消费比重提高2021年起，中国全面实施可再生能源电力消纳责任权重制度，设定省级可再生能源电力消费责任权重，并将消纳责任落实情况纳入能源消费双控考核如某省份2023年的总量权重为25%，则该省电力消费中可再生能源电力应不少于25%碳达峰行动方案《2030年前碳达峰行动方案》提出了1+N政策体系，包括一个纲要性文件和能源、工业、建筑、交通等重点领域专项方案能源领域重点任务包括严控煤电装机规模，加快发展非化石能源，推动能源高效利用，加强产业链供应链安全韧性，统筹煤炭清洁高效利用与减量替代，加快建设新型电力系统等绿色金融支持中国正加快构建绿色金融体系，通过多种金融工具支持清洁能源发展包括绿色信贷、绿色债券、绿色保险、气候投融资等多种金融产品和服务截至2023年底，中国绿色贷款余额超过22万亿元，绿色债券存量超过2万亿元，成为全球第二大绿色债券市场绿色金融有力支持了风电、光伏等清洁能源项目建设能源安全问题战略储备进口多元化1建立石油、天然气等关键能源储备体系，增强能源拓展能源进口来源，避免过度依赖单一国家或地区供应保障能力安全技术与管理能源种类多样化加强能源基础设施安全防护，防范事故风险平衡发展各类能源，优化能源结构，提高系统韧性能源安全是国家安全的重要组成部分中国石油对外依存度约73%，天然气对外依存度约45%，能源安全面临挑战为保障能源安全，中国建设了国家战略石油储备基地，目前战略石油储备与商业储备合计可满足约100天的进口需求同时，积极推进能源进口渠道多元化，建成中俄东线、中亚、中缅等多条油气管道，减少海上运输风险重大能源安全事故具有警示意义2011年日本福岛核事故造成了严重的核泄漏，引发全球核安全重新评估；2021年美国德克萨斯州能源危机导致大规模停电，暴露了能源系统对极端天气的脆弱性；2010年墨西哥湾深水地平线钻井平台爆炸引发了严重的海洋石油泄漏事故这些事件都凸显了能源系统安全管理和韧性建设的重要性世界能源消费结构变化趋势能源互联网探索能源互联网能源与信息技术深度融合的新型能源系统多能融合电力、热力、天然气等多种能源形式协同优化能源物联网感知、连接和智能控制能源设备的技术基础能源交易平台实现点对点能源交易的市场机制创新能源互联网是以新型电力系统为核心，信息技术与能源技术深度融合的产物，其特点是两个平等（集中式与分布式能源平等接入、供给侧与需求侧平等参与）和两个友好（不同能源形式友好互动、能源系统与外部环境友好协调）能源互联网将传统的单向流动、集中控制的能源系统，转变为双向流动、分布式协同的新型系统能源物联网是能源互联网的技术基础，通过广泛部署的智能传感器和通信设备，实现能源设备的泛在连接和智能感知典型应用包括智能电表、智能配电网监控、工业能源管理系统等如青岛能源互联网综合示范区建设了覆盖发电、配电、用能全环节的感知网络和智能控制系统，实现了可再生能源消纳率提高25%，能源利用效率提升15%的成效基于区块链的能源点对点交易平台也在多地开展试点，为分布式能源参与市场提供了新途径电动汽车与能源结构万辆1500保有量中国电动汽车累计销量

59.6%年增长率2023年电动汽车销量增速

29.9%新车渗透率2023年电动汽车占新车销量

2.1%电力消费占比电动汽车充电电量占比电动汽车的快速发展对能源结构产生深远影响首先，电动汽车可以实现交通能源从石油向电力的转变，降低石油依赖据测算，每百万辆电动汽车可替代石油约45万吨/年其次，电动汽车充电需求增加了电力负荷，但目前影响有限，2023年中国电动汽车充电电量约1600亿千瓦时，仅占全社会用电量的

2.1%电动汽车与能源系统融合发展的潜力巨大通过智能充电控制，电动汽车可以成为电网调峰的重要资源，吸收弃风弃光电力，提高可再生能源消纳能力V2G（车辆到电网）技术允许电动汽车在必要时向电网反向供电，成为移动储能单元北京冬奥会期间，超过600辆电动汽车参与了V2G示范，成功削峰填谷约120万千瓦时随着电动汽车渗透率提高，智能充放电、虚拟电厂等创新模式将加速发展，深刻改变交通和能源系统的互动方式绿色建筑与节能绿色建筑是指在建筑全生命周期内，节约资源、保护环境、减少污染，为人们提供健康、舒适和高效的使用空间的建筑中国绿色建筑标准分为基础级、一星级、二星级和三星级，评价指标包括节地、节能、节水、节材和室内环境等方面到2023年底，中国累计绿色建筑面积超过80亿平方米，占城镇建筑面积的比例达25%以上上海中环中心是中国首个荣获美国LEED铂金认证和中国三星级绿色建筑双认证的超高层建筑该建筑采用了双层呼吸式幕墙系统、高效中央空调系统、雨水收集与中水回用系统等多项节能技术，能耗比普通办公建筑低42%其太阳能光伏系统年发电量约12万千瓦时，绿化率达30%以上，实现了经济效益和环境效益的双赢随着建筑能耗占全国能耗比重持续上升（目前约为33%），绿色建筑在节能减排中的作用将更加凸显中国能源行业的主要挑战结构转型技术升级煤炭消费比重过高，清洁能源比例虽在提升核心技术与装备依赖进口，创新能力需提升但仍有差距•高端能源装备关键零部件依赖进口•煤炭占一次能源消费约60%，远高于世•新型储能、智能电网等领域核心技术有待界平均水平突破•能源消费总量大，人均能源资源占有量低系统协调绿色发展4能源生产与消费空间错配，消纳能力制约发实现双碳目标面临体制机制和市场瓶颈展•化石能源补贴和低碳能源补贴退坡•西部可再生能源资源丰富但消纳能力不足•碳市场机制尚不完善•东部需求大但资源有限标志性能源项目回顾特高压输电工程西电东送工程三峡工程中国建成了世界上电压等级最高、输送容量最大、西电东送是中国能源战略的重要组成部分，旨在三峡工程是世界最大的水电站，总装机容量2250输送距离最远的特高压输电网络目前已建成14将西部丰富的能源资源输送到东部负荷中心目前万千瓦，年发电量近1000亿千瓦时除发电外，交17直31条特高压线路，输电能力超过

1.8亿千已形成西北、西南、东北三个送电通道，年输电量三峡工程还具有防洪、航运和生态环保等综合效瓦特高压输电技术使跨区输电损耗由常规交流线超过7000亿千瓦时该工程有效缓解了东部地区益三峡电站自投产以来已累计发电超过

1.8万亿路的5-6%降低到2-3%，大幅提高了能源利用效能源短缺问题，促进了西部资源开发和经济发展千瓦时，相当于节约标煤6亿吨，减少二氧化碳排率放16亿吨此外，新疆准东—皖南±1100千伏特高压直流工程创造了世界电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远三项世界纪录；青海海西多能互补集成优化示范工程是全球首个大型清洁能源示范基地，实现了水电、光伏、风电等多种清洁能源的协同发电；国家能源集团宁东煤化工基地是世界最大的煤化工产业基地，形成了完整的煤制油、煤制气、煤制烯烃等产业链未来能源技术展望人工光合作用模拟植物光合作用过程，将太阳能直接转化为化学能或燃料的技术中国科学院大连化学物理研究所在人工光合作用领域取得重要突破，将太阳能到燃料的转化效率提高到约5%，接近自然光合作用的10倍该技术有望在2035年前后实现初步商业化应用，为解决可再生能源存储问题提供新途径核聚变能源核聚变被称为人类的终极能源，燃料资源丰富（氘可从海水中提取），无长寿命放射性废料，安全性高中国的人造太阳——EAST装置已实现

1.2亿度等离子体运行101秒的世界纪录国际热核聚变实验堆（ITER）计划于2025年首次出等离子体，中国是该计划的重要参与国预计在本世纪中叶，核聚变有望实现商业化发电数字能源技术数字能源技术将信息技术与能源技术深度融合，包括能源大数据分析、数字孪生电网、基于人工智能的能源优化等这些技术可提高能源系统效率10-30%，降低运营成本15-25%华为、国家电网等企业正在推动数字能源产业发展，预计到2030年，中国数字能源市场规模将超过1万亿元区块链能源应用区块链技术可用于能源点对点交易、可再生能源证书追踪、碳信用管理等领域国网区块链科技公司已开发出基于区块链的绿色电力交易平台，支持分布式光伏等小微主体直接参与市场交易未来5-10年，区块链有望成为能源市场机制创新的重要技术支撑，促进能源民主化和市场化进程如何备考能源与利用复习夯实基础知识系统梳理教材重点章节构建知识框架绘制思维导图连接各知识点刷题强化做历年真题分析答题规律小组讨论组织学习小组交流解题思路关键知识点梳理方法建议先通读教材，标记重点内容；然后按照能源基础—各类能源特性—能源转换技术—能源与环境—能源政策与未来趋势的框架整理知识；利用表格对比不同能源的特点和应用场景；重点掌握定义、原理、数据和案例同时关注能源领域最新发展动态，如碳达峰碳中和、新型储能技术等热点话题历年真题解析建议收集近5年考题，分析题型分布和考查重点；总结判断题的陷阱和解题技巧；练习简答题的答题框架和要点提炼；对综合分析题进行专项训练，学会从多角度分析问题建议每周安排1-2次模拟测试，严格控制时间，培养考试节奏感利用错题本记录易错点，反复强化薄弱环节经典题型讲解题型分值比例解题要点易错分析判断题20%注意绝对化词语，如忽略题干中的限定条唯

一、最、必然件或特定情境等单选题30%排除法+关键词定位混淆相似概念，如一次能源与二次能源简答题30%按概念-原理-应用-答案不全面，重点不案例结构回答突出综合分析20%多角度分析，结合时分析流于表面，缺乏事热点深度思考判断题和单选题是基础得分点，要特别注意数据的准确性和概念的精确表述例如可再生能源一定是清洁能源这类命题需要仔细判断，生物质能虽然是可再生能源，但直接燃烧会产生污染物，不完全符合清洁能源特征简答题和综合分析题是拉开分数差距的关键回答简答题时，先给出准确定义，再阐述基本原理，然后分析应用场景，最后举例说明综合分析题要多角度思考，如分析能源问题时，可从资源、技术、经济、环境和政策等多个维度展开注意答题规范，使用专业术语，避免口语化表达图表分析题要抓住关键数据和变化趋势，不要简单罗列数字能源与利用复习重点总结能源基础知识掌握能源的定义、分类、特性和转换规律各类能源特点2对比不同能源的优缺点、应用场景和发展趋势能源转换技术理解发电、储能等关键技术原理和创新发展能源环境影响分析能源生产消费与生态环境的互动关系易混淆知识归纳一次能源与二次能源的区别（一次能源是自然界中直接获取的能源形式，二次能源是经过转换的能源）；可再生能源与新能源的关系（新能源包括部分可再生能源和核能等）；能量与能源的区别（能量是物理概念，能源是资源概念）；能源效率与能源强度的区别（前者是输出与输入的比值，后者是单位GDP能源消耗量）核心考点回顾各类能源资源特点和分布；中国能源格局和政策；能源转换基本原理；火电、水电、核电等发电技术；新能源与可再生能源技术；能源与环境的关系；能源互联网和智能电网；双碳目标与能源转型；能源安全与国际能源合作；未来能源技术发展方向这些考点既考查基础知识，也关注热点问题，应重点掌握课件结语与互动答疑复习要点提示学习方法建议同学们在备考过程中，要注重基础知识的系统性掌握，同时关注能推荐采用知识点串联法复习，将相关概念串联成知识线，如能源源领域的最新发展动态建议多做题、多讨论，将理论知识与实际分类——各类能源特性——应用技术——环境影响——政策措施，问题相结合，培养综合分析能力形成完整知识体系能源领域发展迅速，时刻关注能源政策变化、技术突破和市场动在理解基础上记忆，善用思维导图、表格等工具辅助记忆结合案态，将这些最新信息融入到复习中，有助于提高答题的时效性和深例学习理论知识，增强理解和记忆建立学习小组，通过讲解、讨度论加深理解感谢同学们的积极参与！希望本次复习课程能够帮助大家系统梳理《能源与利用》的核心知识点，建立清晰的知识框架，为后续学习和考试奠定坚实基础能源领域是当前国家战略发展的重点方向，掌握这些知识不仅有助于应对考试，也对未来的职业发展具有重要意义本次课程告一段落，欢迎同学们提出问题，我们可以进行互动讨论，解答疑惑也欢迎大家在课后继续通过邮件或学习平台与我交流，共同探讨能源科学的奥秘祝愿大家学习进步，考试顺利！。