《可再生能源》课件

#可再生能源可再生能源是当今全球能源转型的核心，作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，正引领世界走向可持续发展的未来根据最新统计数据，2023年全球可再生能源投资已达3600亿美元，显示出国际社会对绿色能源的高度重视值得自豪的是，中国在可再生能源领域已跃居世界第一，拥有全球最大的可再生能源装机容量这不仅体现了我国在应对气候变化方面的责任担当，也为实现双碳目标奠定了坚实基础本课程将全面介绍可再生能源的定义、类型、发展现状与未来趋势，带您深入了解这一改变世界能源格局的重要力量#课程目标掌握基本概念深入理解可再生能源的基本概念与分类系统，建立对可持续能源的科学认知框架通过系统学习，能够准确区分各类可再生能源的特点与应用范围了解技术原理掌握太阳能、风能、水能、生物质能、地热能等各类可再生能源的基本工作原理与技术特点理解能量转换过程中的物理与工程原理，把握核心技术要点认识发展前景理解可再生能源在全球能源转型中的重要地位与发展趋势，把握产业发展机遇与挑战探索可再生能源与传统能源的互补关系，预见未来能源结构变革研究创新应用探讨可再生能源的典型应用案例与技术创新方向，培养创新思维与实践能力了解前沿研究动态，把握可再生能源技术的最新突破与应用趋势#目录第一部分可再生能源概述基本定义、分类及重要性第二部分太阳能光伏发电、太阳能热利用第三部分风能风力发电原理与应用第四部分水能水力发电与海洋能第

五、

六、七部分生物质能、地热能及其他可再生能源本课程结构清晰，从可再生能源的基本概念出发，依次深入介绍太阳能、风能、水能、生物质能、地热能等各类可再生能源的特点与应用最后探讨可再生能源的未来发展趋势，全面构建可再生能源知识体系#第一部分可再生能源概述可持续未来能源转型的必然选择环境友好低碳、清洁的能源解决方案可再生特性取之不尽、用之不竭的资源优势可再生能源概述部分是本课程的基础，我们将从可再生能源的定义入手，详细讲解其基本特性、分类系统以及与传统能源的区别通过数据分析全球与中国可再生能源的发展现状，理解其在能源结构转型中的核心地位这一部分还将探讨可再生能源发展的重要意义，包括其在应对气候变化、保障能源安全、促进经济可持续发展等方面的关键作用，为后续各类可再生能源的具体学习奠定理论基础#什么是可再生能源？定义特征对比不可再生能源全球占比可再生能源是指那些在自然界中可以传统的不可再生能源如煤炭、石油、根据2023年最新数据，可再生能源在持续再生、循环利用的能源形式它天然气等，形成于远古地质年代，需全球总能源消耗中占比已达

11.7%，们以取之不尽、用之不竭的特性，成要数百万年才能生成，一旦消耗便不这一比例正在稳步提升随着技术进为人类能源系统的重要组成部分与可恢复而可再生能源则可以在相对步和成本下降，可再生能源正逐步替消耗性的不可再生能源相比，可再生较短的时间内自然补充，不会因人类代部分传统化石能源，成为全球能源能源代表着能源利用的可持续发展方使用而耗尽转型的主导力量向#可再生能源的种类太阳能•光伏发电直接将太阳辐射转化为电能•太阳能热利用集热系统提供热水或空间加热•光热发电通过聚光系统产生高温进行发电风能•陆上风电在陆地建设风力发电场•海上风电在近海或深海区域建设风电设施•分布式风电小型风机就近供电水能•常规水电利用河流落差发电•抽水蓄能通过水位差实现能量存储•潮汐能利用海洋潮汐变化发电•波浪能捕捉海浪动能进行发电生物质能与地热能•生物质能利用有机物质转化为燃料•地热能利用地下热能进行发电或供热#可再生能源的重要性应对气候变化缓解能源危机可再生能源是减少温室气体排放的关键途随着全球化石能源储量减少，价格波动加径，对实现《巴黎协定》目标至关重要剧，可再生能源提供了能源安全的新选通过替代化石燃料，可再生能源每年可减择降低对进口能源的依赖，增强国家能少数十亿吨二氧化碳排放，直接缓解全球源自主权，保障经济社会发展的能源需变暖问题求实现可持续发展促进多元化可再生能源是实现经济、社会、环境协调可再生能源丰富了能源供应渠道，提高能发展的重要支撑创造绿色就业机会，促源系统的韧性和抗风险能力多元化的能进技术创新，同时保护生态环境，实现人源结构可以降低单一能源价格波动带来的与自然和谐共生冲击，增强能源系统稳定性#全球可再生能源发展现状3,064GW全球装机容量截至2023年，全球可再生能源总装机容量达到3,064吉瓦，创历史新高$360B年度投资额2023年全球可再生能源领域投资超过3600亿美元，连续增长

37.5%欧盟占比欧盟可再生能源在总能源消费中的比例达到

37.5%，领先全球万1200就业岗位可再生能源产业在全球创造1200万就业机会，成为绿色就业增长点全球可再生能源正处于高速发展阶段，尤其在电力领域，可再生能源已成为新增装机容量的主力以欧盟为例，其可再生能源目标不断提高，计划到2030年实现可再生能源占比45%的目标同时，美国、印度等国也在大力推动可再生能源发展，全球能源格局正在加速重塑#中国可再生能源发展现状水电风电太阳能化石能源中国可再生能源发展成就显著，截至2023年，总装机容量超过1200吉瓦，占全国发电总装机容量的

46.7%根据国家十四五规划，到2025年非化石能源消费占比将达到20%，为实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标奠定基础#第二部分太阳能源头转换应用效益太阳能是地球上几乎所有能源的最通过光伏、光热等技术转化为可用广泛用于发电、供热和建筑等领域清洁无污染，资源丰富可持续初来源能源太阳能作为最丰富、最普遍的可再生能源，具有取之不尽、用之不竭的特点本部分将详细介绍太阳能的资源特点、开发利用方式、技术原理以及产业发展状况，帮助学习者全面了解这一重要能源形式的潜力与应用前景随着光伏技术的不断进步和成本的持续下降，太阳能已成为最具竞争力的能源形式之一特别是在中国，光伏产业已形成完整的产业链，逐步从中国制造向中国创造转变，为全球能源转型贡献中国力量#太阳能概述×倍

1.510^1810,000年接收能量能源潜力地球每年接收太阳辐射能约

1.5×10^18千瓦时，相当于全球能源消耗的10,000倍，潜力无限能量巨大173,000TW瞬时功率地球表面接收的太阳能瞬时功率高达173,000太瓦太阳能是地球上最丰富的能源资源，每小时照射到地球的太阳能甚至超过人类一年的能源消耗总量这种取之不尽、用之不竭的清洁能源，以其无污染、分布广泛的特点，成为可再生能源发展的重点方向从理论上讲，只需利用地球表面很小一部分区域接收的太阳能，就能满足全人类的能源需求随着太阳能利用技术的进步和成本的降低，这一丰富的能源正在逐步释放其巨大潜能，引领全球能源革命#太阳能的利用历史1古代文明早期人类利用太阳能进行采光取暖、晒干食物和发展农业，古罗马浴场使用南向大窗户获取阳光热量2工业革命前18世纪，科学家开始研制太阳能聚光装置，法国科学家拉瓦锡制造出可达1800℃高温的太阳炉3现代突破1954年，美国贝尔实验室发明第一块实用太阳能光伏电池，效率为6%，开创了光伏发电新纪元4规模应用21世纪以来，太阳能热水器、光伏发电系统、太阳能建筑广泛应用，成为主流能源技术太阳能利用的历史可以追溯到人类文明的早期，古代文明就已开始有意识地利用太阳能改善生活随着科学技术的进步，人类对太阳能的利用从被动接收逐步发展为主动转换，利用效率不断提高，应用领域不断拓展#太阳能的利用方式光热转换光电转换光化学转换将太阳辐射能转化为热能，利用光生伏特效应将太阳辐模拟自然界光合作用原理，用于供热、制冷和发电典射直接转换为电能光伏发利用太阳能促进化学反应型应用包括太阳能热水器、电系统可分为集中式和分布包括太阳能光合成、太阳能太阳能供暖系统、太阳能干式，能够满足从瓦级到吉瓦光催化制氢等，代表太阳能燥装置等，具有结构简单、级的各种电力需求，技术日利用的前沿技术方向成本低廉的特点趋成熟被动式利用通过建筑设计优化太阳能的自然收集和利用太阳能建筑采用合理的朝向、窗墙比和保温措施，最大化利用太阳能进行照明和调节室内温度#光伏发电原理光子吸收当太阳光照射到光伏电池表面时，光子被半导体材料吸收，如果光子能量大于或等于半导体材料的带隙能量，就能使价带电子获得足够能量跃迁到导带电子空穴对生成-电子从价带跃迁到导带后，在价带留下空穴，形成电子-空穴对在没有外界影响的情况下，这些电子会与空穴复合，释放热量或光子电荷分离与收集在PN结电场的作用下，电子和空穴被分别推向N型和P型区域，在两极之间形成电位差当外电路连接时，电子从N型区域经外电路流向P型区域，产生电流光伏电池技术经历了从单晶硅到多晶硅、薄膜电池的发展历程目前，实验室最高效率已达

29.1%，而商业化光伏组件的效率通常在20-22%范围内随着钙钛矿、多结电池等新技术的突破，光伏转换效率有望进一步提高#光伏发电系统组成光伏组件将太阳能转换为电能的核心部件1控制器与逆变器管理电能流向并转换电流形式储能系统3储存多余电能以备不足时使用光伏发电系统的核心是太阳能电池板，它由多个光伏电池组成，负责将太阳辐射能转换为直流电能控制器负责调节系统电压和电流，保护蓄电池免受过充过放损害蓄电池组用于存储白天发电多余的电能，供夜间或阴雨天使用逆变器则将直流电转换为交流电，使之符合电网标准或家用电器使用要求系统效率受多种因素影响，包括太阳辐射强度、光伏组件温度、组件朝向与倾角、系统匹配度等通过优化这些参数，可以显著提高光伏系统的发电效率和经济性#太阳能热发电塔式太阳能热发电槽式太阳能热发电碟式太阳能热发电采用数百甚至上千面平面镜（定日使用抛物面槽形反射镜聚焦太阳光到采用碟形抛物面反射镜将太阳光聚焦镜）追踪太阳，将太阳光反射并聚焦安装在焦线上的吸热管吸热管内的于焦点处的接收器，将太阳能直接转到塔顶接收器接收器内的传热工质传热流体（如合成油）被加热至约换为机械能或电能系统通常与斯特（通常是熔融盐）被加热至约400℃，通过热交换器产生蒸汽进行林发动机组合，温度可达750℃，具565℃，然后通过热交换器产生蒸汽发电技术最成熟，全球装机容量最有最高的光电转换效率驱动汽轮机发电大特点模块化设计，适合分布式应代表电站西班牙PS10和PS20电代表电站美国SEGS电站群、摩洛哥用，但规模化应用较少站、美国伊万帕光明电站努奥电站截至2023年，全球太阳能热发电装机容量达

6.7吉瓦，主要分布在西班牙、美国、摩洛哥、阿联酋等国家与光伏发电相比，太阳能热发电具有热惯性大、可配合储热系统实现连续稳定发电的优势#中国太阳能资源分布中国太阳能资源总体呈现西多东少、北多南少的分布特点青藏高原地区因海拔高、大气透明度好，年日照时数超过3000小时，是全国太阳能资源最丰富的地区西北地区如新疆、甘肃、宁夏等省份年日照时数达2200-3000小时，太阳能资源也十分丰富#中国太阳能产业发展500GW装机容量截至2023年，中国光伏累计装机容量突破500吉瓦360GW年产能光伏组件年产能超过360吉瓦，供应全球70%以上市场万吨170多晶硅产能年产量达170万吨，全球占比77%，打破国外垄断75%出口占比中国生产的光伏组件约75%用于出口，服务全球市场中国太阳能产业已形成完整的产业链，从多晶硅材料、硅片、电池片到组件和系统集成，实现全面自主可控隆基绿能、通威股份、晶澳科技等领军企业在全球太阳能市场占据主导地位，引领行业技术创新和成本降低随着技术进步和规模效应，中国光伏发电成本十年间下降超过90%，已在多个地区实现平价上网未来，随着N型电池、钙钛矿电池等新技术商业化应用，光伏发电的经济性将进一步提升，市场规模有望持续扩大#第三部分风能太阳辐射空气流动地表不均匀受热形成气压差气压差驱动空气运动产生风发电输送风轮转动机械能转换为电能并入电网风力带动风机叶片旋转风能是太阳能的间接形式，由太阳辐射引起的大气运动所产生本部分将全面介绍风能资源特点、风力发电原理、风电技术发展以及产业现状，帮助学习者系统了解这一重要的可再生能源形式风能作为一种清洁、可再生的能源形式，在全球能源转型中发挥着越来越重要的作用中国已成为全球最大的风电市场，无论是技术水平还是装机规模都处于世界领先地位，为应对气候变化和实现能源转型贡献了重要力量#风能概述起源于太阳辐射全球储量巨大风能密度特点风能本质上是太阳能的转化形式太根据科学评估，全球风能理论储量约风能密度与风速的三次方成正比，这阳辐射导致地球表面不同区域的不均为

2.74×10^9兆瓦，相当于数千个三意味着风速增加一倍，风能密度将增匀加热，形成温度差异，进而产生气峡工程的装机容量即使考虑技术和加八倍因此，风速稍高的区域往往压差，驱动空气流动形成风这种动经济因素，可开发利用的风能资源量具有显著更高的发电潜力，这也是为能就是我们所利用的风能资源仍高达2×10^7兆瓦，远超当前全球什么风电场选址如此重要的原因电力需求风能作为一种清洁、可再生的能源形式，具有零排放、零消耗、分布广泛的特点随着技术进步和成本下降，风能已成为全球增长最快的可再生能源之一，在应对气候变化和实现能源转型中发挥着越来越重要的作用#风力发电原理风能捕获风力带动风轮叶片旋转，将风的动能转化为旋转的机械能叶片设计采用空气动力学原理，通过升力作用最大化能量捕获效率机械传动低速旋转的风轮通过传动轴连接到增速齿轮箱，将低速大扭矩转换为高速小扭矩，以适应发电机的工作要求直驱型风机则省略了齿轮箱环节电能转换发电机将机械能转换为电能，根据法拉第电磁感应定律，旋转的磁场切割导体产生感应电流现代风力发电机多采用双馈式或永磁直驱式结构输出控制电力电子变流器将风机发出的不稳定电能转换为符合电网要求的稳定电能控制系统负责优化风机运行状态，确保安全高效发电值得注意的是，风能转换存在理论极限——贝兹极限，即风轮最多只能获取风能的

59.3%实际风力发电机的效率通常在35%-45%之间，加上发电机和传动系统的损耗，整个系统的能量转换效率约为30%-40%#风力发电机组成风轮系统•叶片捕获风能的主要部件，通常采用复合材料制造•轮毂连接叶片和传动轴的中心部件•变桨系统调节叶片角度，控制功率输出传动系统•主轴传递风轮旋转力矩•齿轮箱提高转速（直驱型风机除外）•制动器紧急情况下停止风轮旋转发电系统•发电机将机械能转换为电能•变流器调节电能质量•变压器升高电压以减少传输损耗支撑与控制•塔架支撑整个系统，提升至最佳高度•偏航系统调整风机朝向，对准风向•控制系统监测运行状态，优化发电效率现代风力发电机组是一个复杂的电气与机械集成系统，各部件协同工作确保安全高效运行塔架高度通常为轮毂直径的1-

1.5倍，以获取更强更稳定的风能控制系统则负责安全保护、功率优化和远程监控等重要功能#风力发电机类型按功率大小按转轴方向小型100千瓦，适用于分布式发水平轴风力发电机（HAWT）主流电类型，效率高，占市场95%以上中型100-1000千瓦，适用于微电垂直轴风力发电机（VAWT）适应网全方向风，振动小，但效率低于HAWT大型1兆瓦，适用于大型风电场按驱动方式按安装位置双馈异步主流技术，成本较低陆上风机技术成熟，成本较低永磁直驱无齿轮箱，可靠性高海上风机风源稳定，容量大混合驱动结合两者优点漂浮式风机适用于深海区域值得一提的是，当前全球最大的单机容量风力发电机为明阳智能MySE16-260，装机容量达16兆瓦，叶轮直径260米，相当于三个足球场大小随着技术进步，风力发电机单机容量不断提升，海上风电向更大型化方向发展，20兆瓦级风机已进入研发阶段#中国风能资源分布陆上风能资源海上风能资源区域分布特点我国陆地风能资源技术可开发量约为中国海上风能资源技术可开发量约为5我国风能资源呈现北强南弱、西强东26亿千瓦，主要分布在三北（东亿千瓦，主要分布在东部沿海地区弱、沿海强内陆弱的分布特点，与电北、华北、西北）地区内蒙古高其中福建、广东、山东、浙江、江苏力需求分布形成互补这种地理分布原、新疆地区、河北坝上地区、东南等省份海上风能资源最为丰富近海特点促使我国形成了三北大型风电沿海及其岛屿是风能资源最丰富的区区域风速稳定、风能密度大，是开发基地加上东南沿海海上风电的开发格域，年平均风速超过6米/秒，风功率海上风电的理想区域局，通过特高压输电将电力输送至负密度大于200瓦/平方米荷中心中国风能资源丰富，但分布不均，开发中需考虑资源条件、电网接入、负荷中心等多种因素随着海上风电技术的进步和成本下降，沿海省份的海上风电开发潜力正在逐步释放，成为风电发展的新增长点#中国风电产业发展中国风电产业实现了跨越式发展，截至2023年，累计装机容量突破400吉瓦，连续十多年位居世界第一陆上风电已全面实现平价上网，度电成本降至

0.3元左右，与煤电相当甚至更低，经济性显著提升#第四部分水能常规水电利用河流水位落差产生的势能转化为电能，是最成熟的可再生能源技术以三峡水电站为代表，装机容量达22,500兆瓦，年发电量超过1000亿千瓦时抽水蓄能在用电低谷时将水抽至高处，高峰时放水发电，是重要的电网调峰手段中国抽水蓄能装机容量已突破50吉瓦，位居全球第一海洋能包括潮汐能、波浪能、海流能等多种形式，代表水能利用的新方向虽然目前发展规模较小，但潜力巨大，技术不断进步水能是人类最早大规模开发利用的可再生能源，具有技术成熟、经济性好、调节能力强的特点本部分将系统介绍水能的基本原理、技术类型、资源分布以及开发现状，帮助学习者全面了解这一传统而重要的可再生能源#水能概述41,90014,5764,418全球理论蕴藏量技术可开发量目前年发电量单位太瓦时/年，约占全球发电总量的7倍单位太瓦时/年，相当于全球发电量的

2.5倍单位太瓦时/年，约占全球总发电量的16%水能是利用水流的势能和动能转化为机械能进而转化为电能的一种可再生能源作为人类最早开发利用的可再生能源，水能以其技术成熟、经济效益显著、调节能力强等优势，在全球能源体系中占据重要地位水能的形成源于太阳能驱动的水循环过程太阳辐射使水体蒸发形成水汽，水汽在大气中冷凝后形成降水，降水形成地表水体并在地势差的作用下流动，这一过程中的势能和动能便是水能的来源通过拦截水流并利用落差，人类可以高效地获取这一清洁能源#水力发电原理水位落差水从高处向低处流动，具有势能和动能水轮机水流冲击叶片，转化为机械旋转能发电机旋转磁场切割导体，产生感应电流电网传输电能升压后输送至用电负荷水力发电的基本原理是将水的势能和动能转化为机械能，再通过发电机转化为电能水从高处流向低处时，通过专门设计的水道系统引导水流冲击水轮机叶片，使水轮机旋转水轮机带动与之同轴的发电机转子旋转，根据法拉第电磁感应定律，在定子线圈中产生交变电流现代水力发电机组效率可达90%以上，是各类发电方式中效率最高的根据利用方式的不同，水电站可分为径流式（无调节能力）、调节式（可进行日、周或季节调节）和抽水蓄能式（具有双向转换能力）等类型，适应不同的资源条件和电力需求#常规水电大型水电中型水电•装机容量300兆瓦•装机容量10-300兆瓦•通常建在大型河流干流•多建在河流支流•具有调节能力和多种效益•区域性电源，兼顾综合利用•投资大、建设周期长•技术成熟，经济性好小型水电•装机容量10兆瓦•建在小河流或水渠上•解决偏远地区用电问题•环境影响小，建设周期短三峡水电站是全球最大的水电站，装机容量22,500兆瓦，年发电量超过1000亿千瓦时它集发电、防洪、航运、生态等多种功能于一体，是中国水电建设的里程碑工程此外，白鹤滩、溪洛渡、乌东德等大型水电站也相继建成，形成了金沙江、雅砻江等水电基地在农村电气化和脱贫攻坚中，小型水电发挥了重要作用中国有近5万座小型水电站，总装机容量约8000万千瓦，为农村地区提供清洁电力，促进了地方经济发展和生态环境改善#抽水蓄能电站低谷抽水能量储存用电低谷时利用多余电力抽水至上库水在上库储存，转化为势能循环利用高峰发电水在上下库之间循环，反复利用用电高峰时放水发电，满足需求抽水蓄能电站是一种特殊类型的水电站，主要功能是调峰填谷、系统备用和紧急事故备用其工作原理是在电网负荷低谷时，利用多余电力抽水至上水库储存；在负荷高峰时，放水至下水库发电，从而实现电能的时间转移抽水蓄能的能量转换效率通常在75%-80%之间中国抽水蓄能电站发展迅速，截至2023年累计装机容量突破50吉瓦，位居世界第一根据规划，到2025年装机容量将达到62吉瓦，到2030年将超过120吉瓦代表性电站包括广州抽水蓄能电站（2400兆瓦）、天荒坪抽水蓄能电站（1800兆瓦）等随着新能源比例提高，抽水蓄能在电网调节中的作用将更加突出#海洋能潮汐能利用海水潮汐涨落产生的水位差发电法国朗斯潮汐电站（240兆瓦）和韩国始华湖潮汐电站（254兆瓦）是目前世界上最大的潮汐电站中国已建成姜龙潮汐电站（

3.9兆瓦）等小型示范工程波浪能利用海浪上下运动或前后摆动的动能发电主要技术路线包括振荡浮子型、振荡水柱型和越浪型等目前全球波浪能装机容量约50兆瓦，主要分布在欧洲沿岸中国在广东和浙江建有示范工程海流能与温差能海流能利用洋流稳定流动的动能发电，如日本九州大学研究的水下风车海洋温差能利用表层与深层海水的温度差（通常需大于20℃）发电，适用于热带海域，美国和日本均有示范项目海洋能是一种潜力巨大但尚未大规模商业化的可再生能源与其他可再生能源相比，海洋能具有能量密度高、可预测性强的优势，但同时也面临技术复杂、建设成本高、海洋环境恶劣等挑战随着技术进步和成本下降，海洋能有望在未来能源结构中发挥更重要作用#中国水能资源分布西南地区全国70%以上水能资源集中区主要河流水系金沙江、雅砻江、大渡河、澜沧江、怒江技术可开发量约

6.7亿千瓦，年发电量约3万亿千瓦时中国水能资源丰富，理论蕴藏量约

6.94亿千瓦，年发电量约6万亿千瓦时，居世界第一位从地理分布看，水能资源主要集中在西南地区，四川、云南、西藏三省区拥有全国50%以上的水能资源这些地区地形落差大、河流水量丰沛，具备开发大型水电站的理想条件从河流分布看，金沙江、雅砻江、大渡河、澜沧江、怒江等河流是水能资源最为丰富的区域，已形成多个大型水电基地截至2023年，我国水能资源已开发比例约50%，主要集中在长江流域和黄河流域未来，随着西南水电基地建设和特高压输电技术的应用，我国水能资源开发将进一步推进，为能源结构调整做出更大贡献#第五部分生物质能生物质能是通过光合作用储存在生物体内的太阳能，以化学能形式存在它是一种传统与现代相结合的可再生能源，既是人类最早利用的能源形式（如柴火），也是当代能源技术创新的重要领域本部分将全面介绍生物质能的资源特点、转化技术和应用现状生物质能的多样性是其独特优势，可以转化为固体、液体和气体等多种形态的燃料，适应不同的能源需求在中国农村地区，生物质能利用既能解决能源需求，又能处理农林废弃物，还能增加农民收入，具有显著的社会经济环境综合效益#生物质能概述定义与本质资源形式与分布利用优势与特点生物质能是通过光合作用储存在生物生物质资源形式多样，主要包括农作与其他可再生能源不同，生物质能可质内部的太阳能，以化学能形式存物秸秆（如玉米秆、稻草）、林业废储存、可运输，不受天气和时间限在这一过程可以表示为CO₂+弃物（如锯末、树枝）、畜禽粪便、制，能够提供稳定的基础负荷能源H₂O+光能→CH₂O+O₂，其中城市生活垃圾、能源作物（如甜高同时，生物质能利用可以结合废弃物CH₂O代表碳水化合物，是生物质粱、油料作物）等处理，具有环境和经济双重效益能的主要载体全球每年通过光合作用产生的生物质在碳循环方面，生物质能利用过程释生物质能是唯一可以同时提供固体、总量约1720亿吨，其能源潜力相当于放的二氧化碳可通过植物生长重新固液体和气体燃料的可再生能源，在能人类年消耗石油的10倍，但可持续利定，理论上是碳中性的，但需考虑全源系统中具有独特地位用的比例有限生命周期的能源投入#生物质能转化技术直接燃烧最简单的生物质能利用方式热化学转化高温条件下的气化、液化、热解生物化学转化微生物作用下的厌氧消化、发酵能源作物培育高产量、低需求的专用能源植物生物质能转化技术是将原始生物质资源转变为可用能源形式的关键环节直接燃烧是最传统的方式，通过燃烧生物质产生热能，用于烹饪、供暖或发电现代生物质直接燃烧多采用热电联产技术，能源利用效率可达80%以上热化学转化包括气化、液化和热解三种主要路径气化是在高温（800-1000℃）缺氧条件下将生物质转化为可燃气体；液化是在高温高压条件下将生物质转化为液体燃料；热解则是在隔绝空气条件下加热生物质，生成气体、液体和固体产物生物化学转化主要利用微生物在常温常压下分解生物质，包括厌氧消化产沼气和发酵生产乙醇等不同技术路径适用于不同类型的生物质资源，形成了多元化的转化路径#沼气技术甲烷二氧化碳氮气硫化氢其他气体沼气技术是一种成熟的生物质能利用方式，通过厌氧消化过程将有机物转化为甲烷为主的可燃气体这一过程分为三个阶段水解阶段（将复杂有机物分解为简单分子）、酸化阶段（形成有机酸和醇类）和产甲烷阶段（甲烷菌将有机酸转化为甲烷和二氧化碳）#生物液体燃料生物乙醇生物柴油生物乙醇主要由含糖或淀粉作物（如生物柴油主要通过植物油或废弃食用玉米、甘蔗、甜高粱）发酵制取生油与醇（通常是甲醇）在催化剂存在产过程包括原料预处理、糖化、发酵下进行酯交换反应制取作为传统柴和精馏等步骤作为汽油添加剂或替油的替代品，具有良好的润滑性和生代燃料，可减少车辆碳排放10-15%物降解性中国生物柴油产能约200中国年产生物燃料乙醇约300万吨，万吨，但实际产量较低，主要原料为主要来自玉米和木薯废弃食用油（地沟油）生物航空燃料从藻类、非食用油料植物或废弃生物质提取的高品质液体燃料，物理化学性质与传统航空煤油相近相比传统航空燃料，可减少碳排放50-80%目前处于商业化初期，成本仍然较高，但发展潜力巨大中国已完成多次使用生物航空燃料的商业飞行试验生物液体燃料的发展经历了三代技术演进第一代基于食用农作物（存在与人争粮问题）；第二代基于非食用生物质（如秸秆、林业废弃物）；第三代基于藻类等高效微生物随着技术进步，生物液体燃料生产正向第二代和第三代技术转变，以提高资源利用效率和环境可持续性#中国生物质能发展现状35GW装机容量生物质发电总装机容量超过35吉瓦（2023年）万吨600生物燃料年产生物乙醇约300万吨，生物柴油约300万吨亿190m³沼气产量年产沼气约190亿立方米，相当于140亿立方米天然气万120就业岗位生物质能产业链创造约120万个就业岗位中国生物质能开发利用已形成多元化发展格局，涵盖生物质发电、沼气工程、生物质成型燃料和生物液体燃料等多个领域其中，生物质发电主要采用直燃、气化和垃圾焚烧等技术路线，已建成发电项目约1500个；沼气工程包括农村户用沼气池和大中型沼气工程，服务农村地区超过4000万人口生物质能产业已成为农村可再生能源的重要组成部分，在解决农村剩余劳动力就业、促进农民增收和改善农村能源结构等方面发挥了积极作用未来，随着政策支持和技术创新，生物质能将在乡村振兴和能源转型中发挥更大作用#第六部分地热能来源与储量地热能源于地球内部的热能，主要来自地核放射性元素（如铀、钍、钾）的衰变和地球形成时的原始热量地球内部温度可高达5500℃，不断向外传导形成地温梯度，一般每深入地下30-50米，温度升高约1℃利用方式地热能利用方式多样，根据资源温度划分为高温地热发电（150℃）、中低温地热直接利用（30-150℃）和浅层地热能应用（25℃）直接利用包括供暖、温室种植、水产养殖、医疗康养等，可实现梯级综合开发特点优势地热能是一种基荷能源，不受天气和季节影响，可24小时连续稳定供能与其他可再生能源相比，地热能具有能量密度高、占地面积小、使用寿命长（可达50-100年）等优势，是理想的清洁能源选择地热能作为储量巨大、稳定可靠的可再生能源，全球理论储量相当于5×10^9亿吨标准煤，可持续开发利用数千年本部分将详细介绍地热能的资源特点、开发技术和应用案例，展示这一被低估的巨人在能源转型中的重要潜力#地热能概述放射性元素衰变原始热量地壳构造活动地热能的主要来源是地球内部地球形成初期的高温状态留下地壳板块运动、火山活动等地放射性元素（铀-

238、钍-的热量也是地热能的来源之质构造过程也会带来地热异

232、钾-40等）的自然衰变过一地球核心温度约常在板块边界、地质断裂带程这些元素在衰变过程中释6000℃，这一巨大温差驱动和火山活动区域，地热梯度通放能量，形成持续的热源，占热量向地表传导虽然地球在常高于正常水平，形成高温地地球内部热量的约80%这一缓慢冷却，但以人类时间尺度热资源带，是地热能开发的优过程将持续数十亿年，使地热来看，这一热源可视为永恒先区域能成为真正可持续的能源巨大储量全球地热能理论储量相当于5×10^9亿吨标准煤，是已探明煤炭资源储量的260万倍即使仅考虑当前技术条件下可开发的部分，也足以满足人类数千年的能源需求，是真正取之不尽、用之不竭的清洁能源#地热能利用方式地热发电地热供暖地源热泵利用高温地热资源（通常大于150℃）利用中低温地热资源（30-150℃）直利用浅层地热能（地下约10-200米，发电，是地热能的高品位利用方式根接为建筑物供暖或提供生活热水，能源温度通常低于25℃）进行供暖、制冷和据资源特点和技术路线不同，分为干蒸利用效率可达90%以上地热供暖系统提供生活热水的系统地源热泵利用地汽发电、闪蒸发电和双循环发电等类通常包括抽取井、热交换站、供热管网下温度全年相对恒定的特点，通过热泵型地热发电具有稳定可靠、负荷率高和回灌井等部分，形成闭环系统，实现技术实现能量的高效转移，冬季从地下（可达95%以上）的特点，是理想的基地热水的循环利用提取热量，夏季向地下排放热量荷电源中国北方城市如西安、天津、保定等地地源热泵系统能效比高，通常可达3-全球地热发电装机容量约16吉瓦，主要区已大规模应用地热供暖，总供暖面积5，比传统空调系统节能30%-60%，已分布在美国、印尼、菲律宾、土耳其等超过5亿平方米在中国商业建筑和住宅中广泛应用国家地热能梯级利用是一种高效开发模式，根据不同温度段的地热水，依次用于发电、工业用热、区域供暖、温室种植、水产养殖等，最大化利用热能，提高综合经济效益例如，冰岛的蓝湖地热温泉就是地热发电厂的尾水经过合理利用形成的旅游景点，实现了能源-旅游-医疗的综合开发#地热发电技术干蒸汽发电闪蒸发电•资源条件直接利用天然干蒸汽（235℃）•资源条件高温热水型地热资源（180℃）•工作原理蒸汽直接进入汽轮机驱动发电机•工作原理高温高压地热水在减压过程中部分闪蒸为蒸汽•系统特点结构简单，效率高，投资低•系统特点可单闪、双闪或多闪，适应性强•应用案例美国间歇泉、意大利拉德雷洛地热电站•应用案例肯尼亚奥卡里亚、菲律宾莱特岛地热电站双循环发电•资源条件中低温地热资源（100-180℃）•工作原理地热水通过热交换器将热量传递给低沸点工质•系统特点资源适应性广，环境影响小•应用案例冰岛斯瓦特森吉、美国加利福尼亚地热电站全球地热发电装机容量达

15.9吉瓦（2023年），年发电量约950亿千瓦时美国、印度尼西亚、菲律宾、土耳其和新西兰是地热发电装机容量最大的国家中国地热发电起步较晚，目前装机容量约53兆瓦，主要分布在西藏羊八井、云南腾冲等高温地热区新型地热发电技术如增强型地热系统（EGS）正在研发中，通过人工方式提高地热储层渗透率，扩大地热资源的可开发范围此外，超临界地热发电技术瞄准地下3-5公里深处超过374℃的超临界流体，有望将地热发电效率提升5-10倍，代表未来发展方向#中国地热资源分布高温地热区主要分布在藏南、滇西、台湾等地区，受板块构造和火山活动影响，地热梯度高，温度可达150-350℃，适合发展地热发电以西藏羊八井为代表，温度高达329℃，建有中国最大的地热电站中低温地热区主要分布在华北平原、松辽平原、四川盆地等大型沉积盆地，地热温度通常在30-150℃之间，适合直接利用华北平原地热田是世界最大的中低温地热田之一，水温40-90℃，已广泛用于供暖和温泉旅游浅层地热能分布浅层地热能在全国分布广泛，几乎遍及所有地区，资源量巨大据估算，全国浅层地热能开发潜力约为95亿吨标准煤/年，相当于目前中国年能源消费量的25%左右，发展潜力巨大中国地热资源分布特点可概括为南多北少、东多西少，与人口分布和能源需求形成良好互补全国地热资源探明量相当于约853亿吨标准煤，可开发量约相当于460亿吨标准煤目前地热能开发利用量仅占可开发量的2%左右，发展空间巨大#第七部分其他可再生能源除了传统的五大可再生能源（太阳能、风能、水能、生物质能、地热能）外，氢能作为一种清洁能源载体正受到越来越多关注同时，各类可再生能源的互补利用也成为未来发展趋势，能够弥补单一能源形式的不足，提高能源系统的稳定性和可靠性本部分将介绍氢能的特点与应用前景，以及风光互补、多能互补等可再生能源互补系统的基本原理和典型案例这些创新技术和系统集成方案代表了可再生能源领域的前沿发展方向，对构建高比例可再生能源系统具有重要意义#氢能制氢水电解、化石燃料重整、工业副产氢储氢高压气态、低温液态、固态储氢运氢管道运输、车载运输、氢能载体用氢燃料电池、工业原料、储能系统氢是自然界中最轻的元素，也是能量密度最高的燃料之一，每千克氢的能量密度高达142MJ，约为汽油的3倍作为一种二次能源载体，氢能具有清洁高效、应用广泛、储存便捷等优势，被视为未来能源系统的重要组成部分中国氢能产业正快速发展，年产氢量约4000万吨，居世界第一，但主要来自化石燃料和工业副产氢十四五期间，中国规划建设30余个氢能示范城市，推动氢燃料电池汽车商业化应用随着可再生能源制氢成本下降，绿氢（使用可再生能源电解水制氢）将成为主流，助力实现碳中和目标#可再生能源互补系统太阳能系统风能系统白天发电，季节性变化全天候发电，随机性强智能控制储能系统优化调度，提高效率平滑输出，保障稳定可再生能源互补系统是指将两种或多种可再生能源通过合理配置和智能控制，形成优势互补的能源供应系统风光互补是最常见的形式，利用太阳能白天发电、风能全天候发电的特点，减少出力波动，提高系统可靠性加入储能形成的风光储互补系统，可进一步提高能源供应的稳定性和电能质量多能互补系统则是整合多种能源形式（如太阳能、风能、生物质能、地热能等）和多种能源载体（如电力、热力、冷量、氢能等），通过能源梯级利用和协同调度，实现能源系统的高效率、低碳化运行分布式能源系统是多能互补的重要应用形式，采用就地开发、就近利用的模式，减少输配损耗，提高系统效率，是未来能源系统的发展方向#第八部分可再生能源的未来发展全面普及可再生能源主导全球能源系统系统集成多能互补、源网荷储协调发展技术创新高效转换、低成本储能、智能控制可再生能源正处于快速发展阶段，技术进步和成本下降使其在全球能源系统中的地位不断提升未来，随着更多技术创新和突破，可再生能源将从补充能源逐步成为主体能源，引领全球能源系统变革本部分将探讨可再生能源领域的前沿技术创新、可再生能源与储能结合的发展趋势，以及长期发展前景国际可再生能源署（IRENA）预测，到2050年，可再生能源在全球能源结构中的比例将达到86%，其中可再生能源发电占比将超过90%可再生能源将成为建设生态文明、应对气候变化、实现可持续发展的关键支撑，为人类社会提供清洁、安全、可靠的能源供应#技术创新与突破高效太阳能电池大型海上风电新型储能技术钙钛矿太阳能电池以其高效率、低成本、材海上风电正向着更大型化、更远海化方向发全钒液流电池以其长寿命、深度循环、功率料丰富的特点成为研究热点，实验室效率已展20MW级风机已进入研发阶段，单机轮与容量独立可调的特点，适合大规模、长时突破25%，接近单晶硅电池水平钙钛矿硅径将超过260米漂浮式风电技术突破将使间储能应用压缩空气储能可实现百兆瓦叠层电池效率有望达到30%以上，代表光伏风电开发扩展到水深50-200米的海域同级、小时级的储能需求，成本低于锂电池技术的未来方向同时，柔性薄膜太阳能电时，高海拔风能、高空风能等非常规风能技此外，氢储能、重力储能等创新技术也在快池在建筑一体化和可穿戴设备领域展现出巨术也在积极探索中，有望扩展风能开发的新速发展，为构建高比例可再生能源系统提供大应用潜力边界支撑除上述技术外，氢能与燃料电池技术、智能电网与能源互联网、先进控制与人工智能应用等领域也在快速发展技术创新将持续降低可再生能源的成本，提高系统效率和可靠性，加速全球能源转型进程#可再生能源与储能结合2023年装机容量GW2030年预测容量GW储能技术是高比例可再生能源系统的关键支撑当前主流储能技术包括抽水蓄能、电化学储能、氢储能和压缩空气储能等抽水蓄能是目前规模最大、最成熟的储能技术，全球装机容量约180吉瓦，适合大规模、长时间储能电化学储能以锂离子电池为主，响应速度快，适合短时频繁充放电应用，但成本仍然较高#展望与总结85%年占比目标2050可再生能源在全球能源结构中的目标比例25%中国目标2030非化石能源占一次能源消费比重目标2060碳中和时间点中国承诺实现碳中和的目标年份-85%成本降幅近十年光伏、风电平均成本下降幅度可再生能源是人类能源发展的必然趋势随着技术进步和成本下降，可再生能源在全球能源结构中的比例将持续提高过去十年，光伏发电成本下降超过85%，风电成本下降超过50%，多个区域已实现与传统能源的平价竞争这一趋势将继续，使可再生能源成为最具经济性的能源选择中国提出了2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标，可再生能源将是实现这一目标的核心支撑未来，中国将加快发展太阳能、风能等可再生能源，构建清洁低碳、安全高效的能源体系，引领全球能源转型，为建设美丽中国和构建人类命运共同体贡献力量。