《高中课件能源与可持续发展》

能源与可持续发展欢迎来到能源与可持续发展高中课程！本课程将带领我们探索能源的过去、现在与未来，理解可持续发展对人类社会的重要性在这个充满挑战与机遇的时代，能源问题已成为全球关注的焦点我们将共同学习能源的基本概念、传统与可再生能源的特点、能源与环境的密切关系，以及中国乃至全球的能源转型战略通过本课程，希望同学们不仅能掌握相关知识，更能培养可持续发展意识，为建设美丽中国、构建人类命运共同体贡献力量课程概述能源基础知识了解能源的定义、分类、计量单位及转换原理传统能源与可再生能源探索煤炭、石油、天然气等传统能源及太阳能、风能等可再生能源能源与环境的关系分析能源利用对环境的影响及可持续发展策略中国能源转型研究中国能源结构调整与清洁能源发展路径本课程将通过理论讲解、案例分析和互动讨论相结合的方式，全面介绍能源与可持续发展的相关内容我们将从基础概念入手，逐步深入探讨能源利用的环境影响、能源技术的创新发展以及全球能源治理体系等议题第一部分能源基础知识能源的定义与分类探讨能源的科学定义，了解一次能源与二次能源的区别，掌握能源的多种分类方法及其特点能源转换与能量守恒学习能量守恒定律的应用，理解能源转换过程中的效率损失，掌握常见能源转换形式及其计算方法能源在自然与社会中的重要性分析能源与经济发展、社会进步的关系，了解能源获取不平等现象及其影响，认识能源安全的战略意义全球能源消费现状掌握全球能源消费的总量与结构，了解各国人均能源消费的差异，分析中国能源消费的特点与趋势能源基础知识是我们学习后续内容的前提和基础通过本部分的学习，我们将建立起能源科学的基本认知框架，为深入理解能源问题和可持续发展战略打下坚实基础能源的定义与性质能源的科学定义一次能源与二次能源能源是做功的能力，是推动自然界和人类社会发展的基本动力一次能源是指自然界中天然存在的、未经加工转换的能源形式，从物理学角度看，能源是物质系统中所蕴含的、可以转化为机械如原煤、原油、天然气、水能、风能等功的各种能量形式的总称二次能源是由一次能源加工转换而成的能源产品，如电力、汽能源的本质是能量的载体，能量则是物质运动的一种属性，两者油、煤气等二次能源便于运输和使用，但在转换过程中不可避密不可分但又有所区别免地存在能量损失能源的计量单位多样，国际通用的有焦耳、千瓦时等，在统计分析中常用标准煤或标准油作为换算单位能源密J kWhtce toe度和转换效率是评价能源价值的重要指标，直接影响能源的实际利用效果能源的分类按可再生性分类按用途分类可再生能源在自然界中可以再生或永电力能源用于发电的能源续利用的能源热能用于加热的能源不可再生能源在可预见的时间内不可按来源分类再生的能源动力能源用于提供机械动力的能源按形态分类自然能源直接来源于自然界，如太阳固态能源如煤炭能、风能等液态能源如石油人工能源经人工转换生产的能源，如电力、氢能等气态能源如天然气能源分类方法多样，不同的分类角度反映了能源的不同特性和用途理解这些分类体系，有助于我们系统把握能源资源的特点，为合理开发利用能源提供科学依据在实际应用中，往往需要综合考虑多种分类标准，全面评估能源的价值和适用性能源转换与能量守恒能量守恒定律能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一种形式转变为另一种形式能源转换过程所有能源利用都涉及能量形式的转换，如化学能→热能→机械能→电能能源效率损失每次转换都伴随着能量以热形式损失，最终转化为环境中的无序热能热力学第二定律热量不能自发地从低温物体传递到高温物体，限制了能源转换效率能源转换是能源利用的核心过程，其效率直接影响能源系统的性能卡诺效率给出了热机效率的理论上限，表明即使在理想条件下，能源转换也存在效率限制这一原理促使我们不断探索提高能源利用效率的新技术，如联合循环发电、热电联产等，以最大限度地减少能源在转换过程中的损失能源在社会发展中的作用能源与经济发展能源与生活质量能源是经济发展的动力源泉，各国增长与能源消费呈现高能源使用水平直接影响人类生活质量充足可靠的能源供应支撑GDP度正相关工业化进程需要大量能源投入，能源短缺会严重制约着现代生活方式，从照明、取暖到交通、通信，处处离不开能经济增长能源强度（单位能耗）是衡量经济发展质量的源人类发展指数（）与人均能源消费量存在明显相关性，GDP HDI重要指标，发达国家普遍呈现能源强度下降趋势但达到一定水平后，这种相关性趋于平缓全球能源获取不平等现象严重，约亿人口无法获得可靠电力供应，其中集中在撒哈拉以南非洲和南亚地区能源贫困导致这些1790%地区依赖传统生物质能源（如薪柴），不仅效率低下，还造成严重的健康和环境问题能源公平已成为可持续发展的重要议题，联合国将确保人人获得负担得起的、可靠和可持续的现代能源列为可持续发展目标之一全球能源消费现状第二部分传统能源资源化石能源概述全面了解化石能源的形成过程、全球分布特点和储量评估分析化石能源在全球能源消费中的主导地位及其历史原因，探讨化石能源使用面临的资源枯竭和环境污染等挑战煤炭、石油与天然气详细学习三大化石能源的资源特点、开采技术和利用方式比较分析它们在能源密度、利用效率和环境影响方面的差异，了解中国在这些资源上的禀赋状况和开发利用策略核能资源探索核能作为准清洁能源的原理和应用掌握核电站的工作过程和安全措施，认识核能发展面临的技术、安全和废料处理等问题，了解全球和中国核能发展的现状和前景传统能源资源是当今世界能源体系的主体，深入理解它们的特性和面临的挑战，对于把握全球能源转型的必要性和可行路径具有重要意义本部分内容将帮助我们全面认识传统能源的价值和局限，为探索更可持续的能源未来奠定基础化石能源概述漫长的形成过程分布不均衡有限的储量化石能源形成于数百万年前，是远古植全球化石能源分布极不均衡，中东地区按照当前开采速度和已探明储量计算，物和生物遗体在特定地质条件下，经过拥有世界上的石油储量和的石油可开采约年、天然气约年、40%43%5070漫长时间的高温高压作用而形成的能源天然气储量；煤炭主要集中在美国、俄煤炭约年虽然新技术不断扩大可114物质这一过程极其缓慢，使得化石能罗斯、中国和澳大利亚等国这种不均采储量，但化石能源的有限性是不争的源实质上是不可再生的能源资源衡分布导致能源地缘政治复杂化，成为事实，人类必须未雨绸缪，寻找替代能国际关系的重要变量源尽管面临资源枯竭和环境污染等挑战，化石能源仍占全球能源消费的以上这主要得益于化石能源的高能量密度、便于储存和运输、利用技术80%成熟等优势然而，化石能源的主导地位正逐步被动摇，能源转型已成为全球共识煤炭资源万亿

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113.5%全球煤炭储量吨中国煤炭占全球比例主要分布在美国、俄罗斯、中国和澳大利亚储量虽大但人均占有量低于世界平均水平亿83全球年消费量吨2023年数据，中国消费占全球总量的53%煤炭是中国最重要的能源资源，但其开采和利用面临诸多挑战从开采角度看，中国煤矿安全事故频发，每百万吨死亡率远高于发达国家；从利用角度看，煤炭燃烧效率低、污染严重，是大气污染和碳排放的主要来源根据煤化程度不同，煤炭可分为无烟煤、烟煤和褐煤三大类无烟煤碳含量高、热值大，但资源量少；褐煤热值低但价格便宜；烟煤介于两者之间，是最主要的商品煤种洁净煤技术如煤炭气化、液化等正在改变传统煤炭利用方式，使这一古老能源焕发新生石油资源全球石油分布中国石油现状全球已探明石油储量约万亿桶，主要集中在中东地区（沙特中国石油资源相对贫乏，已探明储量仅占全球的，且多为

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71.5%阿拉伯、伊朗、伊拉克等），占全球储量的委内瑞拉拥难采储量随着经济发展和能源需求增长，中国石油对外依存度48%有世界最大的已探明储量，约亿桶，主要为重油北美页持续攀升，年达到，能源安全压力巨大中国积极实3000202373%岩油革命显著增加了美国石油产量，改变了全球石油供应格局施走出去战略，通过海外投资和国际合作保障石油供应石油开采经历了陆上浅层开采到海上深水开采的技术演进现代石油勘探利用三维地震技术和计算机模拟，大幅提高了勘探成功率石油炼制过程复杂，可生产汽油、柴油、煤油、沥青等数十种产品，广泛应用于交通、化工、医药等领域石油价格受到（石油输出国组织）产量政策、地缘政治冲突、全球经济周期等多重因素影响，波动剧烈随着新能源汽车的普OPEC及和碳中和目标的推进，全球石油需求增速可能在年前后达到峰值2030天然气资源全球已探明天然气储量约万亿立方米，主要分布在俄罗斯（）、伊朗（）和卡塔尔（）中国天然气资源总量可18724%17%12%观，但地质条件复杂，开采难度大液化天然气（）技术突破了天然气运输的地域限制，使天然气成为真正的全球性能源LNG天然气以其燃烧清洁、发电效率高（联合循环发电效率可达）等优势，成为过渡到低碳经济的桥梁能源世纪初美国页岩气革60%21命引发全球天然气市场重构，非常规天然气如页岩气、煤层气的开发利用大幅提升了全球天然气供应能力然而，甲烷泄漏问题日益受到关注，因为甲烷的温室效应是二氧化碳的倍28核能资源核能原理核能是利用重原子核裂变或轻原子核聚变释放的能量目前商业应用的核电站主要利用铀-235的核裂变反应，通过控制链式反应释放热能，产生蒸汽推动汽轮机发电全球发展截至2023年，全球共有440座核反应堆运行，总装机容量约

3.9亿千瓦，占全球发电量的10%法国是核电应用最广泛的国家，核电占其发电量的70%以上中国核电中国核电起步较晚但发展迅速，已建成53座核反应堆，装机容量5470万千瓦，在建规模世界第一华龙一号实现了核电技术自主化，正在积极走出去安全与挑战核能面临核安全、核废料处理和公众接受度等挑战福岛事故后，全球核电安全标准进一步提高高放射性废物处理是核能可持续发展的关键问题核能作为一种低碳能源，在应对气候变化和保障能源安全方面具有重要价值第四代核能技术和小型模块化反应堆（SMR）有望提高核能的安全性和经济性同时，核聚变能源研究取得积极进展，国际热核聚变实验堆（ITER）项目为人类开发人造太阳能源迈出了重要一步传统能源的优缺点优势分析劣势分析能源密度高，单位体积或质量能提供大量能量环境污染严重，全球的温室气体来自能源部门••70%储存和运输便捷，可根据需求灵活调配资源有限，面临可持续性挑战••技术成熟，配套设施完善，使用成本相对较低开采过程造成生态破坏和土地退化••供应稳定，不受天气和季节变化影响地缘政治依赖强，影响能源安全和国际关系••产业链完整，创造大量就业和经济价值价格波动大，对经济稳定构成风险••传统能源在人类文明发展中发挥了不可替代的作用，但其不可持续性已日益凸显各国正积极探索在保障能源安全的同时推进能源转型的路径，寻求传统能源清洁高效利用与新能源加速发展的平衡点随着技术进步和环保意识提高，传统能源与新能源的竞争格局正在发生深刻变化第三部分可再生能源太阳能风能水能生物质能利用太阳辐射能发电或利用风力发电，成本持利用水流势能发电，技利用生物质转化为热供热，资源丰富，技术续下降，海上风电发展术最成熟的可再生能源能、电能或燃料成熟度高迅速地热能海洋能利用地球内部热能，供包括潮汐能、波浪能、应稳定，应用前景广阔温差能等多种形式可再生能源是取之不尽、用之不竭的清洁能源，是未来能源体系的主体本部分将详细介绍各类可再生能源的资源特点、开发技术、应用现状及发展前景，分析其在能源转型中的角色，以及面临的技术、经济和政策挑战可再生能源概述太阳能资源禀赋光伏发电技术太阳能是最丰富的可再生能源，地球每光伏发电是将太阳光直接转换为电能的小时接收的太阳能超过人类一年的能源技术硅基光伏电池是最主流的光伏技消耗总量理论上，在地球表面上安装术，转换效率从早期的15%提升至现在面积约为60万平方公里的太阳能电池的25%左右新型光伏技术如钙钛矿电板，就能满足全球所有能源需求池、叠层电池等正在突破效率极限光热发电系统光热发电利用聚光器将太阳光集中到热接收器上，产生高温，再通过热力循环发电主要包括槽式、塔式、碟式和菲涅尔式四种技术路线光热电站具有热惯性大、可配置储热系统等优势太阳能利用方式灵活多样，可分为分布式和集中式两种模式分布式光伏系统安装在建筑物屋顶或周边，就近消纳电力；集中式光伏电站则建在荒漠、高原等资源丰富区域，大规模并网发电得益于规模化生产和技术进步，太阳能发电成本十年内下降了89%，成为最具竞争力的发电方式之一太阳能应用案例青海共和光伏产业园迪拜太阳能园光伏农业应用位于青海省海南藏族自治州共和县，装机容量迪拜穆罕默德本拉希德太阳能园规划总装机容光伏农业结合农业生产与光伏发电，实现土地··吉瓦，是世界上最大的光伏发电基地之一量吉瓦，采用光伏光热混合发电模式，是的立体利用通过合理设计光伏板的布局和高

2.25+项目利用当地丰富的太阳能资源，年均日照时全球最大的单体太阳能项目其中光热电站配度，既能保证作物生长所需光照，又能获取清间超过小时，每年可发电约亿千瓦备小时储热系统，可实现全天候发电洁电力，提高土地利用效率和农民收入30003012时建筑一体化光伏技术将太阳能电池作为建筑材料直接集成到建筑外墙、屋顶或窗户中，既发电又替代常规建材，提高建筑美观性和能源自给BIPV率家用太阳能系统日益普及，通过与储能系统、智能家居结合，打造光储充一体化微电网，为家庭提供可靠、经济的清洁能源风能全球风能资源风力发电技术风能资源丰富，全球技术可开发量约现代风力发电主要采用水平轴三叶片结400太瓦，远超当前全球电力需求资构，单机容量从20世纪90年代的几百源分布上，陆地风能主要集中在中高纬千瓦发展到目前的10兆瓦以上风电技度地区，海上风能则分布更为广泛且强术进步体现在叶片大型化、发电机直驱度更大风能资源评估通常使用风功率化、控制系统智能化等方面风电机组密度和年平均风速等指标，精确评估是设计运行寿命一般为20-25年，需考虑风电场选址的关键极端天气条件下的安全性陆上与海上风电陆上风电技术成熟，成本较低，但受到土地限制和噪声影响等问题海上风电资源质量更好，但建设和维护成本高近年来，随着技术进步和规模效应，海上风电成本大幅下降，发展潜力巨大浮式海上风电技术突破了水深限制，进一步扩大了开发空间中国风电发展迅速，累计装机容量达

3.65亿千瓦，居世界首位三北（西北、华北、东北）地区是我国风能资源最丰富的区域，但也面临着弃风问题未来风电发展将更注重分散式开发和就近消纳，优化区域布局，提高系统友好性，与其他可再生能源和储能技术协同发展风能应用案例甘肃酒泉风电基地英国风电场风电制氢示范项目Dogger Bank酒泉风电基地位于河西走廊，是世界最大的风电位于英国北海的风电场是全球最大风电与氢能结合的示范项目在全球兴起，通过电Dogger Bank基地，规划总装机容量万千瓦该地区风的海上风电项目之一，总装机容量吉瓦项解水制氢，将间歇性的风能转化为可储存的氢

20003.6能资源丰富，年平均风速米秒，年等效满负目采用世界最大的兆瓦风电机组，单台机组叶能，实现能源的长期储存和灵活利用这类项目7-9/13荷发电小时数达小时，具有得天独片直径超过米，每转一圈可为一户家庭供电特别适合风能资源丰富但电网接入困难的地区2800-3300220厚的开发条件两天小型风力发电系统在农村和偏远地区应用广泛，为无电地区提供基本电力供应风电消纳与电网调峰技术不断创新，如虚拟电厂、需求侧响应、风光互补等，有效提高了风电的系统友好性随着低风速风电技术的发展，风能开发已从三北高风速地区向中东部低风速地区扩展，形成全国协同发展的新格局水能资源与分布水力发电原理全球水能技术可开发量约16,000TWh/年，主要利用水位落差的势能转换为机械能，再通过发电分布在亚洲、非洲和南美洲机转化为电能水电站分类抽水蓄能按装机容量大型300MW、中型50-利用电力系统低谷时段电力将水抽到高处蓄水300MW、小型50MW库，高峰时段释放发电按水头高水头、中水头、低水头水电是技术最成熟、规模最大的可再生能源，具有运行稳定、调节能力强、发电成本低等优势中国水能资源丰富，理论蕴藏量约

6.8亿千瓦，技术可开发量约

5.4亿千瓦，主要分布在西南地区的金沙江、雅砻江、大渡河等流域大型水电站虽然清洁高效，但建设周期长，且对生态环境和居民生活造成较大影响小型水电站对环境影响小，但存在规划不合理、生态流量保障不足等问题抽水蓄能是电力系统中最经济、最成熟的大规模储能方式，中国规划到2030年装机容量达

1.2亿千瓦，将为大规模可再生能源并网提供有力支撑生物质能生物质能类型生物质能转化技术固态木柴、秸秆、薪炭等热化学转化直接燃烧、气化、热解、液化••液态生物柴油、生物乙醇等生物化学转化厌氧发酵、酒精发酵、光合作用••气态沼气、生物合成气等化学转化酯交换反应（制取生物柴油）••生物质能是唯一可以直接转化为液体燃料的可再生能源，在交通生物质能源的碳中和性取决于其生命周期分析合理开发利用可领域具有独特优势中国农林废弃物资源每年约亿吨，理论能实现接近零排放，但不当利用可能导致森林砍伐和食品安全问8源替代量约亿吨标准煤题4生物质直接燃烧是最简单的利用方式，但效率低、污染大现代生物质发电采用高效锅炉和先进的烟气处理系统，显著提高了效率和环保性能生物质气化技术将固态生物质转化为可燃气体，可用于发电或制取合成燃料沼气工程在农村地区推广应用广泛，既解决了农业废弃物和生活垃圾处理问题，又提供了清洁能源城市垃圾发电通过焚烧垃圾产生的热能发电，实现垃圾减量化、资源化和无害化处理第二代生物燃料技术利用非食用植物原料生产燃料，避免了与粮食生产的竞争地热能与海洋能地热能资源来源于地球内部的热能，全球技术可开发量巨大地热利用方式发电（高温地热）与直接供热（中低温地热）海洋能形式潮汐能、波浪能、温差能、盐差能等多种形式地热能是地球内部的热能，具有稳定性好、负荷率高、不受气候影响等优势根据温度不同，地热资源可分为高温（）、中温（）和150℃90-150℃低温（）高温地热主要用于发电，中低温地热则多用于直接供热、温室种植、水产养殖等中国地热资源丰富，理论蕴藏量折合标准煤约90℃8530亿吨，相当于全国常规化石能源总量的倍260海洋能包括潮汐能、波浪能、海洋温差能等多种形式，全球技术可开发量巨大目前海洋能开发利用尚处于起步阶段，全球装机容量仅兆瓦，主要是536潮汐能电站中国拥有丰富的海洋能资源，特别是沿海地区的潮汐能和波浪能资源《中国海洋能开发利用技术路线图》规划到年，海洋能累计装2030机容量达到万千瓦200可再生能源的挑战系统集成多种可再生能源协同互补，与传统能源系统融合储能技术大规模低成本储能解决间歇性问题电网适应智能电网建设适应高比例可再生能源并网经济性降低初始投资成本，缩短投资回收期技术创新突破材料、效率等关键技术瓶颈可再生能源的间歇性与不稳定性是最主要的技术挑战太阳能受昼夜和天气影响，风能具有随机性和波动性，这些特性使电网调度和电力平衡面临巨大挑战此外，可再生能源往往分布在远离负荷中心的地区，需要长距离输电，造成传输损失和系统成本增加尽管可再生能源成本持续下降，但初始投资仍然较高，对发展中国家构成经济障碍同时，可再生能源技术仍存在效率瓶颈，如光伏转换效率、风机发电效率等都有提升空间此外，可再生能源的大规模部署也会带来土地占用、生态影响、材料供应链等新问题，需要综合考虑和系统解决第四部分能源与环境70%能源部门温室气体占比燃煤电厂是最主要排放源87%化石能源导致的排放CO2石油和煤炭为主要来源万420年因空气污染死亡人数主要集中在发展中国家℃

1.1全球平均温度上升与工业化前相比（截至2023年）能源开发利用是环境问题的主要来源，同时环境约束也日益成为能源发展的关键制约因素本部分将系统分析能源生产和消费对大气、水、土壤等环境要素的影响，探讨化石能源使用导致的气候变化问题，以及应对这些挑战的技术和政策路径理解能源与环境的复杂关系，对于推进生态文明建设和实现可持续发展具有重要意义我们将关注碳排放与碳中和、能源开采的生态影响、环境友好型能源技术等热点议题，思考如何在满足能源需求的同时最大限度地减少环境负担能源与大气污染化石燃料燃烧产生的主要大气污染物包括二氧化硫、氮氧化物、颗粒物、挥发性有机物等其中，（直径小于SO₂NOₓPM VOCsPM

2.5微米的颗粒物）对人体健康危害最大，可深入肺泡并进入血液循环，导致呼吸系统疾病、心血管疾病和早死风险增加中国通过实施大气

2.5十条等政策，浓度从年的微克立方米下降到年的微克立方米，空气质量显著改善PM

2.5201372/202230/酸雨是由和转化形成的硫酸和硝酸引起的，对建筑物、农作物和生态系统造成严重危害酸雨具有跨区域影响特性，需要区域协同治SO₂NOₓ理煤电厂排放控制技术已取得重大进展，脱硫效率可达以上，脱硝效率达以上，超低排放技术使排放水平接近天然气电厂清洁燃95%80%烧技术如循环流化床、整体煤气化联合循环等，从源头上减少污染物生成能源与气候变化温室气体排放化石能源燃烧释放CO₂等温室气体，增强大气温室效应•能源部门贡献全球73%的温室气体排放•CO₂大气浓度从工业化前的280ppm上升至419ppm•甲烷等非CO₂温室气体影响不容忽视全球变暖影响IPCC第六次评估报告指出气候变化正在加速•全球平均气温较工业化前已上升

1.1℃•极端高温事件频率和强度增加•海平面上升速率加快，达到每年

3.7毫米生态系统变化气候变化导致生物多样性锐减和生态系统功能退化•珊瑚礁大规模白化•北极海冰急剧减少•物种迁徙模式和分布范围改变极端天气事件全球极端天气事件频率提高66%，强度增加•干旱、洪水、热浪、飓风等极端事件增多•经济损失和人员伤亡风险提高•对粮食安全和公共健康构成威胁应对气候变化，能源部门减排的紧迫性不言而喻能源转型是实现温控目标的核心路径，包括提高能效、发展可再生能源、推广清洁电力和低碳燃料等若不采取有力行动，全球升温可能在本世纪末达到3-4℃，带来灾难性后果碳排放与碳中和能源开采与生态环境煤矿开采影响石油开发事故煤炭开采尤其是露天开采，直接破坏石油开采和运输过程中的泄漏事故对地表植被和土壤结构地下开采导致环境造成严重危害2010年墨西哥湾的地表塌陷在中国采煤区极为普遍，漏油事故释放约490万桶原油，造成累计塌陷面积超过1万平方公里煤矿海洋生态系统严重破坏，经济损失超排水和酸性矿井水污染地表水和地下过650亿美元石油开采产生的采出水，影响周边水环境质量和农业生水含有高浓度盐分和有毒物质，处理产不当会污染淡水资源页岩气开发问题页岩气开发采用水力压裂技术，需要大量淡水资源，在水资源紧张地区构成压力压裂液中的化学添加剂可能污染地下水此外，页岩气开发还可能诱发地震活动，增加地质灾害风险适当的技术改进和严格的环境监管是减轻这些影响的关键矿区生态恢复是减轻能源开采环境影响的重要手段先进的生态恢复技术包括表土剥离与回覆、乡土植物重建、微地形营造等，能够有效修复受损生态系统绿色采矿和清洁生产理念日益深入能源开发领域，强调全生命周期环境管理，从源头减少污染物产生，提高资源利用效率，最大限度降低对环境的负面影响第五部分能源效率与节能能源效率概念能源效率是指单位能源投入产出的有用功或服务的数量提高能源效率意味着用更少的能源输入获得相同或更多的能源服务，是挖掘最大的能源资源工业节能工业是能源消费最大的部门，通过技术改造和管理优化，有巨大的节能潜力重点领域包括钢铁、水泥、化工等高耗能行业建筑节能建筑能耗占全球能源消费的36%通过建筑保温、高效设备、智能控制等手段，可大幅降低建筑能耗，提升人居舒适度交通节能交通运输占全球能源消费的28%发展新能源汽车、优化交通系统、推广节能驾驶是主要节能方向家庭节能家庭是能源最终消费的重要环节通过选用高效家电、养成节能习惯、使用智能家居系统可实现显著节能能源效率提升与节能是能源转型的第一步，也是成本最低、效果最直接的减排路径本部分将详细介绍各领域的节能技术与实践，帮助我们理解如何通过提高能源利用效率，在保障经济社会发展的同时减少能源消耗和环境影响能源效率提升的意义能效指标解析能效提升的多重收益能源强度是衡量能源利用效率的关键指标，指单位所消耗经济效益方面，节能投资回报率高，通常在年内可收回投GDP3-5的能源量能源强度的下降反映了能源利用效率的提高和经济结资每减少吨标准煤消耗，可节约约元成本节能1600-1000构的优化中国单位能耗较年下降，但仍高于产业已成为新的经济增长点，年产值超过万亿元GDP

200526.4%世界平均水平，与发达国家相比有较大差距环境效益方面，节能对减少污染物和温室气体排放效果显著据能效提升可分为技术效率（同一技术的效率提高）和结构效率测算，中国每节约吨标准煤，可减少二氧化碳排放约吨，二

12.6（产业结构和能源结构优化）两个层面综合考虑这两个因素，氧化硫排放约千克

8.5才能全面评估能效进步节能是最大的能源这一理念得到全球广泛认同国际能源署估计，到年，能效提升可满足全球的减排需求中国实施能204040%源消费总量和强度双控政策，将能效提升作为能源战略的优先方向实践证明，能效提升不仅不会阻碍经济增长，反而能促进经济高质量发展，实现经济增长与能源消费增长的脱钩工业节能技术工业余热回收利用电机系统节能改造工业生产过程中产生大量余热，其温度从电机系统耗电占工业用电的60-70%通几十摄氏度到上千摄氏度不等根据余热过采用高效电机、变频调速技术、优化系品位不同，可采用直接回用、发电、制统匹配和运行控制，可降低电机系统能耗冷、供暖等多种利用方式钢铁行业高炉20-50%中国正在实施电机能效提升计煤气、焦炉煤气余热利用，水泥窑尾余热划，推广高效电机

2.5亿千瓦，实施系统节发电等技术，可节能15-30%能技术改造1亿千瓦工业锅炉节能技术工业锅炉是工业领域重要的用能设备，能效普遍较低通过采用锅炉自动控制、智能燃烧优化、锅炉水处理、冷凝余热回收等技术，可提高锅炉效率5-15个百分点推广煤改气、煤改电等清洁能源替代也是重要方向清洁生产工艺革新是实现节能减排的根本途径如钢铁行业的COREX、FINEX等短流程炼铁技术，化工行业的膜分离技术，可减少能源消耗30%以上能源管理系统建设对提高企业能效至关重要，通过建立能源计量、监测、统计、分析系统，实施能源绩效评价，指导节能改造和优化运行国际能源管理体系标准ISO50001的推广应用，为工业企业提供了系统化的能源管理框架建筑节能与绿色建筑照明系统建筑围护结构LED照明、自然采光、智能照明控制系统外墙、屋顶、门窗等保温隔热技术，减少热量传递暖通空调高效热泵、变频空调、新风热回收系统智能控制可再生能源楼宇自动化系统、智能家居控制、需求响应光伏发电、太阳能热水、地源热泵系统建筑能耗占全球能源消费的36%，其中采暖、制冷和照明占比最大中国北方地区采暖能耗尤为突出，每平方米能耗是气候相似的发达国家的2-3倍建筑保温与隔热是建筑节能的基础，通过使用复合保温墙体、Low-E玻璃、断桥铝门窗等，可显著减少建筑得热和散热绿色建筑是综合考虑节能、节水、节材、环保和健康的建筑，已成为全球建筑发展趋势中国推行绿色建筑评价标准体系，设立一星至三星不同等级国际上，LEED（美国）、BREEAM（英国）等认证体系被广泛采用到2023年，中国绿色建筑面积超过100亿平方米，居世界首位，但占既有建筑比例仍较低，推广空间巨大交通领域节能减排新能源汽车智能交通系统公共交通优先电动汽车能源效率是传统内燃通过信息技术优化交通流，减公共交通能耗仅为小汽车的1/6机汽车的2-3倍，是交通领域节少拥堵和怠速，可降低燃油消至1/8发展地铁、轻轨、快速能减排的重要方向中国新能耗5-20%智能交通信号控公交系统BRT，提高公共交通源汽车产业发展迅速，保有量制、实时导航、车联网等技术分担率，是城市交通可持续发达1310万辆，连续8年全球第应用广泛，正成为智慧城市建展的必然选择一设的重要组成部分氢燃料电池氢能被视为未来交通能源的重要选择氢燃料电池汽车具有加注快速、续航里程长等优势，特别适合重型和长途运输领域交通运输是全球能源消费的第二大部门，占比28%，且增长速度快于其他部门中国交通能耗随着机动化水平提高而快速增长，已成为石油消费的最大部门节能驾驶可降低燃油消耗10-15%，主要包括平稳加速、避免急刹车、保持经济车速、及时检修保养等技巧物流领域节能潜力巨大，通过多式联运、甩挂运输、共同配送等方式优化物流组织，可大幅降低能耗航空领域通过轻量化设计、发动机效率提升、飞行路径优化等措施，近30年来单位客运能耗下降约50%随着新能源和数字技术的深度融合，未来交通系统将朝着电动化、智能化、共享化方向发展家庭与个人节能行动选择高效家电智能家居应用绿色消费习惯能效标识是消费者选购节能家电的重要参考，通常分智能家居系统可根据实际需求自动调节能耗设备运行日常生活中的小习惯积累可产生显著节能效果如随为1-5级，1级能效最高优先选择1级能效空调、冰状态如智能恒温器能根据居住习惯和外部温度自动手关灯、拔插头、适度调节温度（冬季不高于箱、洗衣机等产品，尽管初始价格可能略高，但长期调节供暖制冷系统，智能照明可根据人员存在和自然20℃，夏季不低于26℃）、减少待机能耗、使用自运行可节约大量电费，通常2-3年可收回价差光线强度调节光照，平均可节能15-30%然通风和采光等提高能源意识，养成节能习惯是最容易实施的节能措施居民用电阶梯价格政策通过差别电价机制引导合理用电中国对居民生活用电实行三档阶梯电价，用电量越多，单价越高，体现了用得多，付得多的原则碳足迹计算工具可帮助个人了解日常生活中的碳排放情况，包括住宅能耗、交通出行、饮食消费等方面，从而针对性地采取减排行动公众参与节能减排的途径日益多元化，包括参加环保组织、响应节能宣传周活动、支持企业绿色转型等随着生活水平提高和环保意识增强，低碳生活方式正成为新时尚，体现在衣食住行各个方面，如选择本地食材、减少肉类消费、优先使用公共交通和自行车等第六部分能源存储与智能电网能源存储技术智能电网能源存储是能源系统的关键支撑技智能电网是传统电网与现代信息、术，可平滑波动、调节峰谷、提供通信和控制技术深度融合的产物，备用随着可再生能源比例提高，具有自愈、兼容、互动、优化等特储能的重要性日益凸显主要储能点智能电网能够更好地接纳分布技术包括抽水蓄能、电池储能、氢式能源和可再生能源，提高系统效能储存等率和可靠性能源互联网能源互联网是更高级的能源网络形态，实现电力、热力、燃气等多种能源的协同优化它基于物联网和大数据技术，使能源生产者和消费者能够双向交互，形成更加开放、共享的能源生态本部分将详细介绍各类储能技术的原理、特点和应用场景，探讨智能电网的关键技术和发展趋势，分析能源互联网对未来能源系统的深远影响通过学习这部分内容，我们将了解如何通过先进的能源技术和系统，提高能源利用效率，促进可再生能源的大规模应用能源存储技术概述为什么需要储能能源生产和消费在时间上存在错配，储能可以将多余能源存储起来，在需要时释放可再生能源的间歇性和波动性更加剧了这一需求储能还可提供电网调频、备用、黑启动等辅助服务全球储能现状全球储能装机容量达217吉瓦，其中抽水蓄能占94%，为主导技术电化学储能增长迅速，尤其是锂离子电池储能中国储能发展目标明确2025年装机容量30吉瓦，2030年达100吉瓦以上储能技术分类按形式分机械储能（抽水、压缩空气、飞轮）、电化学储能（电池）、电磁储能（超导、超级电容）、热储能（相变材料）按应用场景分电力侧、用户侧、电网侧、可再生能源侧储能的经济性是推广应用的关键因素目前大多数储能技术的度电成本LCOE仍然较高，但随着技术进步和规模效应，成本正在快速下降锂离子电池储能系统成本十年下降了80%以上，部分应用场景已具备经济性储能商业模式日益多元化，包括辅助服务市场、峰谷电价套利、削峰填谷、需求侧响应等中国正在探索储能独立市场主体模式和共享储能模式，为储能产业发展创造良好的市场环境未来，随着可再生能源渗透率提高，储能将从有益补充转变为电力系统的必备要素电池储能技术锂离子电池主流技术，能量密度高，循环寿命长新型电池技术钠离子电池、固态电池等快速发展电动汽车与电网互动V2G技术实现双向能量流动电池回收与环境建立完整回收体系，减少环境负担锂离子电池是当前最成熟的电化学储能技术，其能量密度从早期的90Wh/kg提升到现在的260Wh/kg以上，提高近300%锂电池储能系统响应速度快（毫秒级），充放电效率高（90%以上），适用于各种应用场景然而，锂资源有限且分布不均，中国锂资源对外依存度高，推动了替代性电池技术的发展钠离子电池因原材料丰富、成本低、安全性好，被视为锂离子电池的有力补充，特别适合大规模储能应用全固态电池通过用固态电解质替代液态电解质，大幅提高安全性和能量密度，是电池技术的未来方向电动汽车与电网互动V2G技术将汽车电池作为分布式储能资源，既为车主创造收益，又为电网提供调节能力电池回收再利用对保护环境和资源循环利用至关重要，中国已开始建立动力电池回收利用体系，从废旧电池中回收钴、镍、锂等有价金属氢能与燃料电池氢能源特性与分类氢能应用与发展氢是最轻的元素，能量密度高（每公斤释放能量是汽油的倍），燃烧产氢能应用领域广泛，包括3物仅为水，是理想的清洁能源载体但氢在自然界中不以单质形式存在，交通领域燃料电池汽车、氢能火车、船舶•需要通过各种方式制取工业领域钢铁、化工等高耗能行业脱碳•根据制氢过程的碳排放不同，氢能源分为能源领域大规模长周期储能、调峰••灰氢煤制氢、天然气重整等传统方式，碳排放高•建筑领域分布式冷热电联供蓝氢传统制氢加碳捕集技术，碳排放中等•中国氢能发展规划明确，到年，可再生能源制氢量达到万吨202510-20/绿氢可再生能源电解水制氢，零碳排放•年；到年，氢能产业链规模达万亿元，成为能源体系重要组成部20355分氢气储存与运输是氢能利用的关键挑战储存方式包括高压气态储氢（）、低温液态储氢（）和固态储氢（金属氢化物、有机液体储氢700bar-253℃等）运输方式包括管道运输、高压气瓶运输、液氢运输和有机液体运氢等，各有优缺点燃料电池是氢能最重要的应用技术，通过电化学反应将氢能直接转化为电能，效率可达以上目前主要发展方向是质子交换膜燃料电池，60%PEMFC适用于交通工具；固体氧化物燃料电池，适用于分布式能源系统燃料电池汽车具有加氢快速（分钟）、续航里程长（公里）等优SOFC3-5600-700势，但成本高、加氢站少仍是制约推广的主要因素其他储能技术抽水蓄能是目前全球应用最广泛的大规模储能技术，占总储能容量的以上其原理是利用电力系统低谷时段的电力将下水库的水抽到上水库，高峰90%时段再放水发电抽水蓄能具有容量大、寿命长（年）、响应快速等优势，是电网调峰调频的理想选择但受地理条件限制，且初始投资大、建50-100设周期长压缩空气储能利用低谷电力将空气压缩储存在地下洞穴或压力容器中，需要发电时再释放压缩空气驱动涡轮机发电飞轮储能通过电动机驱动飞轮高速旋转储存动能，需要放电时飞轮带动发电机工作超级电容器利用电极与电解质界面的双电层原理储存电荷，充放电速度极快，循环寿命长，但能量密度低相变材料储热技术利用材料在相变过程中吸收或释放大量潜热的特性，实现热能的高效存储重力储能是新兴技术，通过提升重物储能、下降放能，原理简单，应用灵活多种储能技术组合互补使用，可发挥各自优势，满足不同应用场景的需求智能电网与能源互联网能源互联网1多能源形式协同优化的开放共享能源生态系统智能电网信息化、自动化、互动化的现代电力网络分布式能源与微电网3靠近用户的小型能源系统，提高能源自给率需求侧响应引导用户主动调整用电行为，参与电网平衡源网荷储协调---能源系统四要素协同运行，提高整体效率智能电网与传统电网的根本区别在于双向信息流和能量流智能电网通过先进测量基础设施AMI、配电自动化、智能家居、电动汽车充电设施等技术，实现电力系统的全面感知、灵活控制和高效调度智能电网能够更好地接纳高比例可再生能源，提高系统可靠性和韧性，减少停电事故和经济损失分布式能源是相对于集中式电站的小型能源系统，如屋顶光伏、小型风电、燃气轮机等，具有就近发电、就近消纳的特点微电网是能够自我调节和控制的小型电力系统，可并网运行也可孤岛运行，是分布式能源的理想集成平台能源区块链应用可实现能源生产者和消费者直接交易，降低交易成本，激励分布式能源发展源-网-荷-储协调发展是未来能源系统的核心理念，通过各要素的有机协同，构建清洁低碳、安全高效的能源新生态第七部分能源政策与管理国际能源治理体系探索国际能源署IEA、OPEC等国际组织在全球能源治理中的角色，了解《巴黎协定》等国际气候协议对能源发展的影响，分析一带一路能源合作给全球能源格局带来的变化中国能源政策框架学习中国能源发展战略的核心理念，掌握四个革命、一个合作能源安全新战略的内涵，理解双碳目标下的能源政策调整和转型路径，探讨能源价格机制改革的进展和挑战能源技术创新与人才培养分析能源技术创新体系建设的重要性，了解中国能源科技重大专项的布局和成果，认识能源教育与人才培养在能源转型中的关键作用，思考青年一代在能源未来发展中的责任和机遇能源政策与管理是引导能源系统转型和发展的关键力量合理的政策设计和有效的管理机制能够协调各方利益，平衡能源安全、经济性和环境保护三大目标本部分将帮助我们理解能源政策的制定过程和实施效果，认识能源管理的重要性和复杂性通过学习国际经验和中国实践，我们将更深入地把握能源发展的规律和趋势，为参与未来能源决策和管理打下基础能源技术创新和人才培养则是能源可持续发展的根本保障，需要政府、企业、学校多方协同推进国际能源治理与合作联合国可持续发展目标国际能源组织联合国2030年可持续发展议程将确保人人获国际能源署IEA成立于1974年石油危机后，得负担得起的、可靠和可持续的现代能源列最初关注石油安全，现已扩展关注所有能源形为第7项目标（SDG7）具体目标包括到式石油输出国组织OPEC协调成员国石油2030年实现全球能源普及、大幅提高可再生政策，影响全球石油市场国际可再生能源署能源比例、将全球能效改善率提高一倍等该IRENA致力于促进可再生能源的广泛采用和目标为全球能源发展设定了共同愿景和行动框可持续利用这些组织通过数据分析、政策建架议、技术合作等方式，推动国际能源治理气候治理与《巴黎协定》《巴黎协定》是应对气候变化的全球行动框架，与能源治理密切相关各国根据共同但有区别的责任原则，提交国家自主贡献NDC，设定减排目标能源转型是实现气候目标的核心路径，《巴黎协定》的实施正在深刻影响全球能源投资和政策导向一带一路倡议为国际能源合作提供了新平台中国在沿线国家开展电力、油气、可再生能源等领域合作，建设了一批标志性项目如巴基斯坦卡洛特水电站、白俄罗斯明斯克热电厂、肯尼亚马拉巴风电场等这些合作既满足了当地能源需求，又促进了清洁能源技术转移国际能源技术转移与援助对发展中国家尤为重要发达国家承诺提供资金和技术支持，帮助发展中国家实现能源可及性和清洁转型南南合作也日益重要，中国在非洲、东南亚等地区实施的光伏扶贫、小水电培训等项目，展现了发展中国家间互帮互助的新模式未来，构建更加包容、公平、有效的全球能源治理体系，仍是国际社会面临的重要课题中国能源发展战略能源技术创新与投资20%中国能源研发投入年均增长率远高于发达国家平均水平亿3500年能源技术研发投入元2023重点投向可再生能源和储能领域万42能源领域研发人员数量形成了一支高水平创新队伍35%能源领域发明专利增长率清洁能源专利申请数量全球领先能源技术创新体系建设是中国能源战略的重要组成部分中国已形成由国家能源研发中心、企业技术中心、高校和科研院所组成的创新网络，围绕能源安全、清洁高效和智能化等方向开展系统性研究产学研协同创新机制日益完善，通过共建联合实验室、技术创新联盟等形式，促进科技成果转化和产业化能源科技重大专项为技术突破提供了强有力支撑核心电子器件、高端通用芯片与基础软件、大型先进压水堆及高温气冷堆核电站等专项已取得丰硕成果国家能源局组织实施的能源技术创新揭榜挂帅行动，聚焦卡脖子技术难题，调动全社会创新力量能源创新创业生态系统正在形成，众多能源科技企业和初创公司活跃在光伏、储能、氢能等前沿领域，为能源转型提供源源不断的技术动力第八部分能源未来展望全球能源转型趋势未来能源技术突破全球能源正经历深刻变革，化石能源主导地位逐步削弱，可再生一批前沿能源技术有望在未来取得突破，包括核聚变能源、先进能源快速崛起，预计到年可再生能源占比将达到能太阳能技术、第四代核能、深地地热等氢能作为清洁能源载体205085%源电气化趋势明显，电力在终端能源消费中的比重不断提高能的地位将更加凸显，特别是在难以直接电气化的领域数字技术源数字化转型加速，人工智能、大数据、物联网等技术深度融入与能源深度融合，将极大提高能源系统效率和灵活性能源系统能源互联网与数字化转型将重塑能源生产和消费模式基于区块链的能源交易平台使人人既是能源生产者又是消费者成为可能虚拟电厂通过聚合分散的能源资源，参与电力市场和辅助服务数字孪生技术为能源系统规划、建设和运行提供全新工具中国能源未来发展将走出一条符合国情的转型路径，既要保障能源安全，又要推进低碳发展；既要满足经济社会发展需要，又要尊重资源环境约束；既要立足自主创新，又要开展广泛国际合作未来的能源系统将更加清洁、智能、多元和安全，为美丽中国建设提供坚实支撑能源转型与可持续发展近期（）2020-2030控制化石能源增长，大力发展可再生能源，提高能源效率，实现碳达峰•可再生能源装机容量翻番•煤炭消费达峰并开始下降•能源强度下降25-30%中期（）2030-2045加速能源结构调整，深化电能替代，构建新型电力系统•可再生能源成为主力电源•石油消费达峰•氢能规模化应用•碳排放大幅下降远期（）2045-2060建成清洁低碳、安全高效的能源体系，实现碳中和•可再生能源占比85%以上•化石能源实现近零排放利用•能源生产和消费革命性变革•负排放技术大规模应用能源转型是实现可持续发展的核心环节，也是应对气候变化的关键举措全球能源结构正经历深刻重塑，从以化石能源为主向以可再生能源为主转变这一转型过程不仅涉及技术变革，还包括经济模式、生活方式和治理体系的全面调整能源公平与能源贫困问题需要特别关注全球仍有

7.5亿人口无电可用，25亿人缺乏清洁炊事设施消除能源贫困，实现能源普遍可及，是可持续发展的重要内容同时，能源转型的社会经济影响需要妥善应对，包括传统能源产业就业转型、能源价格变化对低收入群体的影响等，确保能源转型的过程公正、包容、有序未来能源技术展望核聚变能源先进太阳能技术第四代核能技术被誉为人类终极能源，模拟太阳核反应过程国际热核聚钙钛矿太阳能电池因其制造简单、成本低、效率高等优第四代核能技术追求更高安全性、经济性和可持续性中变实验堆ITER是全球最大科技合作项目之一，计划势，被视为下一代光伏技术其转换效率已从2009年的国已建成世界首座高温气冷堆示范电站，并在建快中子反2025年首次等离子体运行中国正建设中国聚变工程实

3.8%提升至2023年的超过30%钙钛矿-硅叠层电池有应堆熔盐堆、铅冷快堆等新型堆型正在研发中小型模验堆CFETR，作为ITER和商用聚变堆之间的过渡装置望突破单结电池效率极限其他新型光伏技术如有机光块化反应堆SMR因其灵活性和安全性受到关注，有望在商业化聚变电站可能在2050年前后实现伏、量子点光伏等也在快速发展偏远地区和工业园区应用深地地热与增强型地热系统EGS技术致力于开发地下3-10公里的高温热能这些技术通过水力压裂等方式改善地热储层性能，大幅扩展地热资源的可开发范围中国已启动深地一号等地热科技攻关项目，目标是实现超临界地热发电突破人工智能在能源领域的应用方兴未艾，包括能源需求预测、电网故障诊断、能源交易优化、设备健康管理等数字孪生技术为能源系统提供虚拟镜像，支持全生命周期管理边缘计算和分布式智能使能源设备具备自主决策能力，提高系统响应速度和鲁棒性这些技术创新将极大提高能源系统的效率、可靠性和灵活性结语走向可持续能源未来能源与可持续发展多元协同路径青年的力量能源是可持续发展的核心支技术创新、政策引导与社会参青年一代将引领未来能源变柱，既是经济增长的动力源与是能源转型的三大驱动力革作为数字原住民和环保先泉，也是环境保护的关键挑技术突破降低清洁能源成本，锋，青年人更易接受创新理念战可持续的能源体系应当同政策设计营造有利市场环境，和技术培养青年的能源素时满足能源安全、经济可负公众意识提升促进生活方式变养，鼓励其参与能源创新创担、环境友好和社会公平四大革三者协同作用，加速能源业，对于构建可持续能源未来目标，实现人与自然和谐共系统转型至关重要生能源教育是培育可持续能源文化的基础能源素养包括对能源基本概念、能源系统运行、能源与环境关系的理解，以及节约能源、使用清洁能源的意识和能力中国正将能源教育纳入国民教育体系，从小学到大学设置相应课程，培养各层次能源人才构建人类命运共同体的能源愿景要求全球携手合作能源问题不分国界，气候变化影响全人类发达国家和发展中国家需要在尊重差异的基础上，共同承担责任，分享技术和经验，共建清洁美丽的世界通过本课程的学习，希望同学们不仅掌握了能源知识，更培养了可持续发展的理念和责任感，成为能源转型的积极参与者和推动者让我们携手共创一个能源安全、经济繁荣、环境友好的美好未来！。