科学能源教学课件

科学能源教学课件欢迎来到科学能源教学课件！本课件面向九年级及以上学生，将带您深入探索能源科学的奥秘我们将从物理、化学与环境科学的多重视角，全面了解能源的定义、分类、转化及其在人类社会中的重要作用通过这套教学课件，您将了解从传统能源到新型清洁能源的发展历程，认识能源与环境、经济、社会发展的密切关系，并探索能源科技创新与可持续发展的未来方向让我们一起踏上这段充满科学魅力的能源探索之旅！能源是什么？能源定义能源是指能够产生动力、热量或光的物质和资源，是人类社会发展的基础动力来源与能量关系能源是能量的载体和表现形式，能量是物质运动的一种属性，而能源则是能量的来源常见举例煤炭、石油、天然气等化石能源，以及风能、太阳能、核能等新型能源都是能源的代表能源与我们的日常生活息息相关，从早晨的热水淋浴，到夜间的灯光照明，再到交通出行的燃料动力，处处都需要能源的支持能源的形式多种多样，但本质上都是为人类提供各种形式的能量人类利用能源的历程1远古时期人类开始使用火，以柴草为主要能源，用于取暖、照明和烹饪2工业革命18世纪，煤炭成为主导能源，蒸汽机的发明推动了工业化进程3石油时代19世纪末至20世纪，石油、天然气逐渐成为主要能源，内燃机广泛应用4能源多元化20世纪中后期至今，电力普及，核能兴起，风能、太阳能等新能源快速发展人类文明的发展与能源利用的进步紧密相连从最初的柴火到如今的清洁能源，每一次能源革命都推动了生产力的质的飞跃，也深刻改变了人类的生活方式和社会结构工业革命期间，煤炭的广泛使用极大提高了生产效率；20世纪，石油和电力的应用使现代交通和信息时代成为可能；而今天，我们正处于新一轮能源革命的前沿，寻求更清洁、更高效的能源解决方案能源的分类总览按物理形态分类按应用领域分类•机械能水流、风力等•工业能源•化学能煤炭、石油中的化学键能•交通能源•热能地热、太阳热能等•建筑能源•电能电力系统中传输的能量•农业能源按开发程度分类按来源分类•可再生能源太阳能、风能、水能等•传统能源•不可再生能源煤炭、石油、天然•新能源气、铀等•未来能源能源的分类方式多种多样，不同的分类角度反映了能源的不同特性和应用价值理解这些分类有助于我们系统地认识能源，并为能源的合理开发与利用提供思路在能源科学研究和政策制定中，常常需要综合考虑能源的多种属性，如资源丰富程度、开发难度、环境影响和经济效益等，从而做出更加科学的能源规划和决策一次能源与二次能源一次能源二次能源生活对比举例直接从自然界获取，未经转换或加工的能源形通过一次能源转换和加工而成的能源形式以汽车为例式•电能•一次能源原油（开采自油田）•煤炭•汽油•二次能源汽油（原油经炼化加工）•原油•柴油以电灯为例•天然气•液化石油气•一次能源煤炭（开采自煤矿）•太阳能•氢气•二次能源电能（煤炭在发电厂转化）•风能•蒸汽•水能•沼气•核燃料一次能源和二次能源的区分在能源统计和分析中十分重要一次能源是能源的原始形态，而二次能源则更适合存储、运输和最终使用这种转换虽然会带来一定的能量损失，但能够提高能源的利用便捷性和效率世界能源结构现状中国能源结构及趋势煤炭%石油%天然气%非化石能源%能量转化与转移化学能汽油中的化学能热能燃烧产生热能机械能推动活塞运动动能汽车获得动能前进能量转化是指一种形式的能量转变为另一种形式的能量，而能量转移则是能量从一个物体传递到另一个物体这两个过程是理解能源利用的关键概念根据热力学第二定律，热能总是自发地从高温物体传递到低温物体，这一基本规律决定了能量转化过程中的方向性例如，在内燃机中，汽油的化学能首先转化为热能，然后部分热能转化为机械能推动汽车运动，但同时也有大量热能以废热形式散失到环境中能源转化实例火电厂电池煤炭的化学能→热能→蒸汽的机械能→电能化学能→电能→其他形式能量风力发电机内燃机风的动能→机械能→电能燃料化学能→热能→机械能→动能能源转化过程在我们日常生活和工业生产中随处可见以火电厂为例，煤炭在锅炉中燃烧释放化学能，转化为热能；热能使水变成高温高压蒸汽，蒸汽推动汽轮机旋转产生机械能；汽轮机带动发电机将机械能转化为电能在能量转化的每个环节都不可避免地存在能量损失，主要以热能形式散失到环境中提高能源利用效率的关键就是减少这些转化过程中的能量损失，设计更高效的能源转化装置和系统热能的利用与浪费热效率概念热能损失途径热效率是指在热能转化为其他形式能量过程中热能利用过程中的主要损失途径包括的有效能量转化比例，计算公式为η=有用功•烟气带走的热量/输入热量•冷却系统散热•现代燃煤电厂35-45%•设备自身辐射散热•内燃机20-30%•摩擦产生的热量损失•家用空调300-400%（热泵原理）热污染案例热污染是一种常被忽视的环境问题•城市热岛效应城市温度比周围农村高2-5℃•电厂冷却水排放导致水体温度升高•工业区大量废热排放影响局部气候热能是最基本也是最常见的能源形式，但也是最容易浪费的能源根据热力学第二定律，热能向低温环境的自发传递是不可避免的，这导致任何热力系统都不可能达到100%的效率城市热岛效应是热污染的典型表现，大量建筑物、道路、车辆和空调系统排放的热量使城市中心区温度明显高于郊区这不仅增加了能源消耗，还影响了城市生态环境和居民健康通过优化城市规划、增加绿化面积和改进建筑节能设计，可以有效缓解这一问题常见能源种类详解煤炭石油开发历史中国使用煤炭历史可追溯至3000年前，工业革命后成为主导提炼产品石油经过炼制可得到汽油、柴油、煤油、润滑油、沥青等数能源千种产品优点储量丰富，价格相对低廉，开采技术成熟，供应稳定交通依赖全球约60%的石油用于交通运输，是现代交通体系的主要能源基础缺点燃烧产生大量二氧化碳和污染物，开采对环境破坏大，运输成本高地缘政治石油资源分布不均，中东地区拥有全球60%以上的石油储量，导致复杂的国际关系中国煤炭消费约占全球50%，是世界第一大煤炭生产和消费国中国石油对外依存度超过70%，能源安全是重要的国家战略考量煤炭和石油作为传统化石能源，在过去两个世纪推动了人类文明的快速发展然而，随着环境问题日益突出和气候变化威胁加剧，这些高碳能源面临着转型压力中国作为全球最大的能源消费国，正在积极调整能源结构，降低对煤炭的依赖，提高清洁能源比重但考虑到资源禀赋和经济发展阶段，短期内煤炭和石油仍将在中国能源结构中占据重要位置天然气与水力能源天然气的清洁优势天然气是最清洁的化石能源，燃烧产生的二氧化碳比煤炭少40%，几乎不产生硫化物和颗粒物，是改善空气质量的理想过渡能源天然气应用领域天然气广泛应用于发电、工业生产、建筑供暖和民用炊事，液化天然气（LNG）技术使其可以远距离海上运输，增强了供应灵活性水力发电原理水力发电利用水位差产生的势能转化为电能，是可再生能源的重要形式，具有运行成本低、无污染、调峰能力强的特点三峡工程案例中国三峡水电站是世界最大的水电站，装机容量2250万千瓦，年发电量约1000亿千瓦时，相当于节约标准煤5000万吨，减少二氧化碳排放1亿吨天然气作为相对清洁的化石能源，在能源转型过程中扮演着重要的桥梁角色中国十四五规划明确提出要提高天然气在一次能源消费中的比重，建设更加完善的天然气供应网络水力发电是中国最重要的可再生能源，截至2023年底，中国水电装机容量超过4亿千瓦，居世界首位三峡工程不仅为经济发展提供清洁电力，还发挥着防洪、航运和生态改善等综合效益，是人类与自然和谐共处的典范工程核能简介核裂变原理核电站结构全球核能应用核能利用铀-235等重核原子核被中子轰击后发生裂现代核电站主要由反应堆、蒸汽发生器、汽轮机法国核电占比最高，约70%；美国核电装机容量最变反应，释放大量能量的过程一克铀-235完全裂和发电机组成反应堆控制核裂变过程，产生的大；中国核电在建规模全球第一全球约有30个变释放的能量相当于燃烧

2.7吨煤炭热能通过冷却剂传递给蒸汽发生器，最终转化为国家使用核能发电，核电占全球发电量的10%左电能右核能作为一种低碳能源，在应对气候变化和减少化石能源依赖方面具有重要价值核电的优势在于能源密度高、发电稳定、不受气候条件影响，且运行过程中几乎不产生温室气体排放然而，核安全一直是公众关注的焦点福岛核事故后，全球核能发展经历了短暂放缓，但随着新一代更安全的核电技术发展，以及碳中和目标的压力，核能正在迎来新的发展机遇中国计划到2035年核电装机容量达到2亿千瓦，成为全球核电发展的重要推动力风能与风力发电风力机组原理风力发电是利用风的动能推动风轮旋转，带动发电机发电的过程风能的大小与风速的立方成正比，风速增加一倍，风能增加八倍现代风电机组主要分为水平轴和垂直轴两类，以水平轴三叶片风机最为常见大型风机叶片长度可达80米以上，单机容量可达10兆瓦风力发电技术在过去十年取得了突破性进展，发电成本大幅下降，已在许多地区实现平价上网风电作为可再生能源的重要组成部分，具有零排放、零燃料成本的显著优势太阳能及应用万亿千瓦亿千瓦17323%

5.5太阳能总量光电转换效率2025年目标地球每年接收的太阳能总最新商用光伏电池效率中国光伏装机容量规划目量标太阳能是地球上最丰富的可再生能源，每年到达地球表面的太阳能是人类当前能源消耗总量的10000倍以上太阳能利用主要有两种方式光伏发电和光热利用光伏发电是利用半导体材料的光电效应将太阳光直接转换为电能；光热利用则是将太阳能转化为热能，用于发电或直接提供热能服务中国光伏产业已形成完整的产业链，产能、装机和发电量均居世界首位根据十四五规划，到2025年，中国光伏发电装机容量将达到

5.5亿千瓦以上，成为最主要的可再生能源生物质能源生物质来源农林废弃物、能源作物、城市有机垃圾转化方式直接燃烧、热化学转化、生物化学转化能源产品生物燃气、生物乙醇、生物柴油应用领域发电、供热、交通燃料生物质能源是利用植物光合作用固定的太阳能，通过各种转化技术获取能源的过程与其他可再生能源不同，生物质能源可以直接替代化石燃料，用于交通、工业和建筑等多个领域在中国农村地区，秸秆发电和沼气利用是最常见的生物质能源应用形式黑龙江省的一个农村合作社通过收集当地农田秸秆进行热电联产，不仅解决了秸秆焚烧的环境问题，还为村民提供了清洁的电力和热能此外，生物燃料如生物乙醇和生物柴油也正在逐步推广，可与传统汽油和柴油混合使用，减少石油依赖和碳排放海洋能与地热能潮汐能潮汐能利用海水涨落的位差能，通过水轮机发电中国浙江省温岭已建成亚洲最大的潮汐电站，装机容量4万千瓦潮汐能具有可预测性强、稳定性好的特点，但受地理位置限制波浪能波浪能利用海面波浪的动能和势能发电，技术路线多样中国在山东、广东等沿海省份开展了波浪能示范项目，但商业化应用仍在探索中波浪能资源丰富但分散，转化效率和设备耐久性是关键挑战地热能地热能来源于地球内部的热量，可用于发电和直接供热中国地热资源丰富，西藏羊八井地热电站是亚洲最大的高温地热发电站地热能的优势在于稳定、连续、不受气候影响，但开发成本高、地质风险大海洋能和地热能是新兴的可再生能源形式，虽然目前在能源结构中占比很小，但发展潜力巨大中国拥有

1.8万公里海岸线，海洋能理论资源量约

6.3亿千瓦；地热资源储量相当于标准煤4530亿吨，具有广阔的开发前景随着技术进步和成本下降，这些能源形式正逐步从实验室走向商业化特别是浅层地热能在北方城市建筑供暖方面已有大规模应用，有效减少了煤炭消耗和空气污染氢能的前景氢能经济未来清洁能源体系的重要组成部分工业应用钢铁、化工等高耗能行业的绿色解决方案交通领域燃料电池汽车、船舶、火车等多种交通工具绿色制氢利用可再生能源电解水制氢，零碳排放氢能被认为是21世纪最有前景的清洁能源之一，具有能量密度高、零排放、应用场景广泛等优势氢气燃烧后只产生水，不会排放二氧化碳等温室气体，是实现碳中和的理想能源载体氢的制取方式多样，目前主要包括灰氢（化石能源制氢）、蓝氢（化石能源制氢+碳捕集）和绿氢（可再生能源电解水制氢）绿氢代表着未来发展方向，通过光伏、风电等清洁电力电解水制氢，实现真正的零碳排放中国已将氢能列为国家能源战略的重要组成部分，计划到2025年建成2000座加氢站，氢燃料电池汽车保有量达到5万辆能源的可持续发展条件经济可行性资源丰富度能源的开发、利用成本必须在合理范围内，平可持续能源应当具备充足的资源储量，能够满价或低于传统能源是推广应用的基础光伏发足长期稳定供应的需求太阳能和风能在这方电成本已降至

0.3元/千瓦时以下，实现了与煤面表现优异，而化石能源则面临枯竭风险电的平价竞争环境友好性技术成熟度能源利用过程应尽量减少对环境的负面影响，能源技术必须安全可靠，具备规模化应用的条包括污染物排放、生态破坏和气候变化等不件风电和光伏已相当成熟，而核聚变等前沿同能源的环境影响差异显著，是评估可持续性技术仍需突破的重要维度能源的可持续发展需要同时满足资源、经济、技术和环境四个方面的条件理想的能源应当资源丰富、成本低廉、技术成熟且环境友好，但现实中很难找到完全满足所有条件的能源形式从正反两方面看，太阳能资源极其丰富且无污染，但受天气和昼夜影响供应不稳定；煤炭技术成熟、成本低廉，但污染严重且资源有限因此，能源的可持续发展通常需要多种能源互补，扬长避短，构建多元化的能源体系，并不断提高能源使用效率能源消耗与环境影响化石能源的局限储量有限按目前开采速度，全球石油可采储量约维持50年，天然气约维持60年，煤炭约维持130年虽然新技术可能发现新储量，但不可再生特性决定了最终耗尽的命运碳排放高化石能源燃烧是碳排放的主要来源，同等能量下，煤炭的碳排放是天然气的2倍，是太阳能、风能的20倍以上《巴黎协定》目标要求全球碳排放大幅下降，使化石能源面临严峻挑战污染严重化石能源开采、运输和使用过程都会产生污染煤炭开采造成水污染和生态破坏；石油泄漏导致海洋生态灾难；燃煤发电排放的二氧化硫和氮氧化物是酸雨和雾霾的主要来源价格波动化石能源价格受地缘政治和市场投机影响大，波动剧烈2022年俄乌冲突导致欧洲天然气价格飙升10倍，严重影响经济稳定，突显了对单一能源依赖的风险化石能源曾经是人类文明进步的重要推动力，但其固有的局限性越来越明显储量有限导致开采难度和成本不断上升；高碳排放特性与全球应对气候变化的努力背道而驰；严重的环境污染引发公众健康问题和生态危机；价格的不稳定性增加了经济运行的不确定性这些局限性促使全球能源系统加速向可再生能源转型中国已制定双碳目标，计划到2030年碳达峰，2060年碳中和，这意味着未来几十年化石能源在中国能源结构中的比重将显著下降节能减排的重要性亿美元万800040%3500全球节能价值减排贡献就业机会每年可创造的经济效益节能在全球减排中的比例节能产业创造的工作岗位节能减排是实现能源可持续发展的最经济有效途径提高能源效率相当于发现了一种新的能源资源，被称为第一能源根据国际能源署数据，如果没有1990年以来的能效提升，全球能源消耗和碳排放将比现在高25%以上节能技术涉及多个领域建筑节能通过墙体保温、节能门窗和智能控制系统减少能耗；工业节能采用高效电机、余热回收和智能制造降低能耗；交通节能则依靠混合动力、轻量化和智能交通管理减少燃料消耗中国已将节能提升到国家战略高度，十四五规划提出单位GDP能耗降低

13.5%的目标，为经济高质量发展创造条件能源高效利用案例智能电网智能电网利用先进的通信和控制技术，实现电力系统的智能化管理中国南方电网建设的广东电网调度自动化系统可根据用电负荷实时调整发电和输电方案，每年节约电力损耗超过10亿千瓦时高效燃煤电厂超超临界燃煤发电技术将蒸汽温度和压力提高到600℃和27MPa以上，热效率可达45%以上，比常规电厂高10个百分点山西大唐运城发电厂采用此技术，每年可节约标煤15万吨节能建筑被动式超低能耗建筑通过超强保温、气密性和热回收等技术，能耗仅为普通建筑的20%青岛中德生态园被动房示范项目采暖能耗不到15kWh/m²·年，成为北方地区节能典范能源高效利用是减少能源消耗、降低环境影响的重要途径通过技术创新和系统优化，能源利用效率有巨大的提升空间在电力系统中，从发电到输电再到用电，每个环节的效率提升都能产生显著的节能效果中国作为世界上最大的能源消费国，能源利用效率的提升对全球能源安全和气候变化都具有重要意义近年来，中国在高效燃煤发电、智能电网、分布式能源和工业余热利用等领域取得了显著进展，单位GDP能耗持续下降，但与发达国家相比仍有较大差距，未来提升空间广阔新能源革命与科技创新锂电池技术突破先进光伏技术电动汽车发展锂电池能量密度十年内提升了3倍，成本下降了钙钛矿太阳能电池效率在实验室已达到

25.7%，全球电动汽车销量2023年达到1400万辆，同比90%，推动电动汽车快速普及中国宁德时代开接近硅电池极限，且制造成本更低透明光伏技增长35%中国新能源汽车市场占全球一半以发的新型钠离子电池成本比锂电池低30%，有望术可应用于建筑玻璃，实现发电窗户，大幅提上，电池技术、充电基础设施和智能驾驶系统不在储能领域广泛应用高光伏应用场景断突破，推动交通能源变革新能源革命的核心是科技创新，从能源获取、存储到高效利用，每个环节都在经历前所未有的技术变革储能技术是支撑可再生能源大规模应用的关键，除了电化学储能外，压缩空气、液流电池和氢能等新型储能技术也在快速发展能源的全球合作《巴黎协定》2015年签署的全球气候协议，目标是将全球平均气温升幅控制在工业化前水平以上低于2℃，并努力限制在

1.5℃以内协定要求各国制定自主贡献目标，定期报告减排进展，是国际能源合作的重要框架国际能源署成立于1974年的政府间组织，最初目的是应对石油危机，现已成为全球能源政策协调的重要平台该机构提供权威的能源数据和分析，为各国能源决策提供参考，并促进清洁能源技术的国际合作双边能源合作中美清洁能源研究中心聚焦建筑节能、清洁汽车和先进煤炭技术研究；中欧能源合作平台推动可再生能源和能效领域交流；一带一路能源合作促进了亚非拉地区能源基础设施建设，形成了多层次的国际能源合作网络能源问题是全球性挑战，需要国际社会的共同努力气候变化、能源安全和能源贫困是当前国际能源合作面临的三大议题通过多边和双边机制，各国正在加强政策协调、技术交流和资金支持，共同推动全球能源系统向更加清洁、安全、普惠的方向转型中国作为世界最大的能源消费国和清洁能源投资国，积极参与全球能源治理，提出人类命运共同体理念，倡导共同但有区别的责任原则，为全球能源可持续发展贡献中国智慧和力量家庭节能小妙招照明节能空调使用更换LED节能灯，比传统白炽灯省电80%以上；充分利用自然光；离开房间随手夏季设定不低于26℃，冬季不高于20℃；使用定时功能，避免整夜运行；定期关灯清洗滤网提高效率低碳出行待机耗电优先选择公共交通、自行车或步行；合理规划路线减少不必要行程；汽车定期保使用智能插座或定时开关；不用电器及时拔插头；电子设备尽量完全关机而非待养维持最佳燃油效率机校园节能案例节能改造浙江大学通过更换LED照明、安装楼宇自控系统和高效中央空调，年节电200万度，减排二氧化碳2000吨改造投资200万元，每年节约电费160万元，投资回收期仅

1.25年行为引导北京师范大学开展绿色宿舍评比活动，设置宿舍能耗监测系统，实时显示用电情况，并将节能成果与学生评优挂钩通过竞争激励机制，宿舍区用电量下降了15%可再生能源应用山东大学济南校区建设了5兆瓦屋顶光伏发电系统，覆盖教学楼、图书馆等20栋建筑屋顶，年发电量约500万度，满足校园20%的用电需求，每年减排二氧化碳4000吨校园是能源消费的重要场所，也是培养节能意识的重要平台高校校园节能不仅可以降低运营成本，减少环境影响，还能发挥示范和教育作用，培养学生的能源意识和环保责任感除了技术改造和行为引导外，许多学校还将节能环保纳入课程体系，开展专题讲座、研讨会和实践活动，培养学生的能源素养一些高校还成立了学生节能社团，由学生自主开展节能宣传和监督工作，形成了良好的节能文化氛围国内外能源科技前沿石墨烯超级电容石墨烯超级电容器充电速度比传统锂电池快100倍，循环寿命超过10万次中科院大连化物所开发的石墨烯基超级电容器能量密度达到60Wh/kg，接近锂电池水平，有望革新储能技术柔性太阳能柔性太阳能电池可弯曲、轻薄、便携，适用于曲面建筑、可穿戴设备等场景汉能开发的铜铟镓硒柔性薄膜电池效率达到

17.6%，厚度不到

0.5毫米，重量仅为传统硅电池的1/10风光互补微电网青海共和县建成的风光储一体化微电网系统，将风电、光伏和储能深度融合，解决了可再生能源间歇性问题系统装机容量710兆瓦，配备200兆瓦时储能系统，可满足100万户家庭用电需求能源科技创新正以前所未有的速度推进，从能源获取、转化到存储、利用的全链条都在发生革命性变化高温超导材料可大幅降低输电损耗；人工光合作用技术模拟植物将阳光直接转化为化学能；小型模块化核反应堆具有更高的安全性和灵活性中国在多个能源科技领域已处于全球领先地位，特别是在光伏制造、超高压输电、电化学储能等方面拥有显著优势加强基础研究、应用开发和成果转化，将有助于中国在新一轮能源革命中占据主导地位新型能源企业案例隆基绿能宁德时代隆基绿能科技股份有限公司成立于2000年，是全球最大的太阳能单晶硅宁德时代新能源科技股份有限公司成立于2011年，短短十年成长为全球片和组件制造商，市值超过3000亿元人民币最大的动力电池制造商，市值曾超过1万亿元人民币创新成就开发出世界最高效率的单晶硅太阳能电池（效率

26.81%），技术突破自主研发的CTP（无模组）技术大幅提高电池包能量密度；钠突破了单晶硅技术极限；率先实现光伏全产业链零碳制造，树立行业绿离子电池技术降低了对锂资源的依赖；麒麟电池系统能量密度达到色生产标杆255Wh/kg，单次充电续航超过1000公里全球影响产品出口170多个国家和地区，全球市场份额超过40%，带动产业链整合通过矿产资源-材料-电池-回收利用全产业链布局，构建起中国光伏制造业走向世界舞台中央完整的电池生态系统，引领全球新能源汽车产业发展新型能源企业正成为经济发展的新引擎，不仅创造了巨大的经济价值，也推动了能源技术创新和产业升级隆基绿能和宁德时代分别在光伏和电池领域引领全球发展，展现了中国企业在新能源领域的创新活力和国际竞争力这些企业的成功得益于持续的研发投入、前瞻性的战略布局和灵活的市场应对能力隆基绿能每年将营收的5%以上投入研发，宁德时代更是拥有数千名研发人员未来，随着能源转型深入推进，新型能源企业将迎来更广阔的发展空间能源行业未来职业能源科学家研究新型能源材料和技术，如钙钛矿太阳能电池、全固态电池等前沿领域能源系统工程师设计和优化综合能源系统，实现多种能源形式的高效协同运行能源数据分析师利用大数据和AI技术分析能源生产和消费模式，优化能源调度和交易可持续发展顾问为企业和政府提供碳管理、节能减排和可再生能源规划等专业咨询服务能源行业正在经历深刻变革，传统能源工作岗位减少，而新能源和数字化相关职位快速增长根据国际劳工组织数据，到2030年，全球能源转型将创造2400万个新就业岗位，同时减少600万个传统能源岗位，净增加1800万个就业机会从薪酬角度看，能源行业尤其是新能源领域的薪资水平普遍高于其他行业在中国，光伏、风电、储能和智能电网等领域的工程师年薪普遍在15-30万元，研发和管理岗位可达50万元以上能源金融、碳交易等新兴领域也提供了丰厚的薪酬和广阔的发展空间对于学生而言，跨学科知识结构和创新思维将是未来能源行业的核心竞争力世界能源消费热点能源价格与国际经济能源危机实例11973年石油危机阿拉伯石油输出国对支持以色列的西方国家实施石油禁运，导致国际油价在几个月内上涨四倍，引发全球经济衰退美国实施限速和限油措施，推动了能源效率提升和能源多元化战略22011年福岛核事故地震和海啸引发日本福岛核电站事故，导致日本关闭全国核电站，电力供应骤减30%日本被迫大量进口液化天然气和石油，电价上涨20%以上，对经济造成严重冲击32021-2022年欧洲能源危机受俄乌冲突和北溪管道事件影响，欧洲天然气价格飙升10倍以上，电价上涨5-8倍德国实施能源配给，降低公共场所温度，限制夜间照明；法国重启关闭的核电站；意大利和西班牙对能源价格实施补贴能源危机往往由地缘政治冲突、自然灾害或供需失衡引发，表现为能源价格剧烈波动或供应中断，对经济和社会造成严重冲击历史上的能源危机不仅带来短期痛苦，也推动了能源政策和技术的长期变革1973年石油危机促使西方国家成立国际能源署，加强战略石油储备；福岛事故后，全球核能安全标准大幅提高；欧洲能源危机则加速了欧盟的绿色能源转型中国从这些危机中汲取经验，建立了完善的能源安全保障体系，包括战略储备、供应多元化和自主可控的能源技术，提高能源安全韧性低碳生活与碳足迹什么是碳足迹？日常碳排放计算碳足迹是指个人、组织或产品在生命周期内直接或间接产生的温室气体排放总交通出行量，通常以二氧化碳当量（CO₂e）计量碳足迹包括直接排放（如交通燃料•私家车（汽油）约180克CO₂/公里燃烧）和间接排放（如消费品生产过程的排放）•公共汽车约30克CO₂/人公里了解自己的碳足迹是实践低碳生活的第一步全球人均碳足迹约为

4.5吨•地铁/轻轨约25克CO₂/人公里CO₂e/年，中国约为7吨，美国约为16吨，而实现《巴黎协定》目标需将人均•电动汽车约80克CO₂/公里（含发电排放）碳足迹控制在2吨以下•自行车/步行几乎为零家庭用电•每度电约产生550克CO₂（中国平均水平）•空调使用1小时约1公斤CO₂•电冰箱运行1天约

1.5公斤CO₂低碳生活是指通过改变日常行为和消费习惯，减少个人碳足迹的生活方式具体实践包括选择公共交通或自行车出行；减少肉类尤其是牛肉消费，多食用当地应季食物；使用节能电器，及时关闭不用的电源；减少一次性产品使用，延长物品使用寿命；选择低碳旅游方式，减少长途飞行研究表明，个人行为改变可以减少约25-30%的碳排放虽然个人努力相对于系统性变革的影响有限，但却能发挥示范效应，影响身边的人，并向决策者和企业传递低碳转型的社会需求信号，推动更大规模的变革碳中和目标与路径碳达峰（2030年前）控制煤炭消费增长，提高能源利用效率，大力发展可再生能源，优化产业结构，推广低碳技术平台期（2030-2045年）碳排放进入平台期后小幅下降，加速能源结构转型，深化工业脱碳，完善碳市场机制，推进技术创新和规模化应用深度减排（2045-2055年）碳排放加速下降，实现能源系统近零碳化，推动重点行业近零排放，建立负排放技术体系，强化碳汇能力碳中和（2060年）实现碳排放与碳吸收平衡，建成清洁低碳安全高效的能源体系，形成绿色低碳循环发展的经济体系和生活方式2020年，中国向国际社会承诺力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和这一双碳目标是中国积极应对气候变化、推动高质量发展的重大战略决策，也是对全球气候治理的重要贡献实现碳中和面临诸多挑战中国仍处于工业化中后期，能源需求仍有增长空间；煤炭占比高，能源结构调整难度大；重工业比重高，产业结构优化任重道远；部分低碳技术尚未成熟或成本过高突破路径包括加快可再生能源发展，建设新型电力系统；推动工业、建筑、交通等重点领域深度脱碳；发展CCUS等负排放技术；完善碳定价机制，激发市场减排动力能源与城市发展智慧城市能源系统智慧城市能源系统利用物联网、大数据和人工智能技术，实现能源生产、传输、存储、消费的智能化管理深圳市建设的城市能源大脑平台整合了全市90%的能源数据，通过智能算法优化能源调度，提高能源利用效率15%以上分布式能源应用分布式能源是指布置在用户附近的小型能源系统，可减少输配损失和土地占用上海虹桥商务区建设了区域能源中心，集成分布式光伏、燃气三联供和储能系统，能源利用效率达85%，比传统方式高出30%以上低碳社区规划天津中新生态城规划建设了全面的低碳能源体系，包括被动式建筑设计、区域供能系统和可再生能源应用社区可再生能源利用率达20%，单位面积能耗比常规社区低30%，成为低碳城市建设的示范城市是能源消费的主要场所，约占全球能源消费的75%和碳排放的70%因此，城市能源系统的低碳转型对实现碳中和目标至关重要未来城市能源系统将呈现分散化、低碳化和智能化特征，从传统的集中式供能向综合能源服务转变在中国新型城镇化进程中，许多城市正在探索能源生产和消费的新模式例如，雄安新区规划建设无煤区，全部采用清洁电力和可再生能源；青岛西海岸新区实施源网荷储一体化示范项目，构建起高比例可再生能源的现代能源系统这些实践为中国城市能源转型提供了宝贵经验中小学能源科学实验1日晷制作实验2风力发电模型学生通过制作简易日晷，观察太阳投影位置变化，了解太阳能的基本原理和地利用简单材料（纸杯、吸管、小马达等）制作微型风力发电机，连接LED灯观察球运动规律实验培养观察能力和空间思维，加深对太阳能作为可再生能源重发电效果通过改变叶片数量、角度和形状，探究影响风能转化效率的因素要性的认识太阳能热水器4能源效率比较使用黑色塑料管、透明塑料盒和温度计，制作简易太阳能热水装置测量不同设计实验比较不同照明设备（白炽灯、节能灯、LED灯）的能耗和发光效率，或条件下（如阳光强度、管道颜色、保温材料等）的水温变化，理解太阳能热利测量不同保温材料的隔热效果，培养节能意识和实验设计能力用原理能源科学实验是培养学生科学素养和能源意识的有效方式通过亲身参与实验，学生不仅能够理解能源相关的物理、化学原理，还能建立可持续发展的价值观这些实验注重动手实践和探究过程，符合新课标倡导的核心素养培养理念除了课堂实验，许多学校还组织能源科技创新活动，如太阳能车比赛、节能设计大赛等，激发学生的创新思维和解决问题的能力一些地区还建立了能源科普教育基地，提供专业的实验设备和指导，为中小学生提供更加系统和深入的能源教育体验校本能源项目案例屋顶光伏并网项目节电比赛与评比机制项目概况浙江省杭州第二中学利用校园建筑屋顶安装了总容量200千瓦活动设计北京市海淀区某中学开展班级节能大比拼活动，为每个教室的光伏发电系统，年发电量约22万度，可满足学校约30%的用电需求安装智能电表，记录照明、空调等设备用电量；设立月度和学期节电奖励，评选节能之星班级教育价值学校在教学楼大厅设置了光伏发电实时监测显示屏，将发电实施效果活动开展一年后，学校整体用电量下降18%，高峰期用电负荷数据与环境效益直观展示；组织学生参观光伏系统，了解太阳能发电原降低12%，每年节约电费约5万元理；将光伏发电数据纳入物理、地理等学科教学案例推广价值该模式结合数据监测和激励机制，培养学生节能习惯，具有社会效益项目每年可减少二氧化碳排放约220吨，节约标准煤约80吨；低成本、高参与度的特点，适合在各类学校推广学生将节能意识带回多余电力并入电网，创造经济收益约15万元，部分用于学校环保教育活家庭，产生更广泛的社会影响动校本能源项目是将能源教育与校园实际运行相结合的有效方式，既能产生实际的节能减排效果，又能为学生提供生动的教育场景成功的校本能源项目通常具有以下特点将硬件设施与教育活动紧密结合；注重学生参与和实践体验；建立长效机制确保可持续性；与学校课程体系衔接融合除了上述案例外，还有学校开展了能源主题校园文化建设、能源监测实验室建设、能源创客空间等多样化项目这些项目不仅提高了学校能源利用效率，也培养了学生的能源素养和环境责任感，为未来社会培养具有可持续发展意识的公民能源安全与政策战略安全确保能源供应稳定可靠，不受国际局势影响经济安全2保持能源价格在合理范围，支持经济可持续发展生态安全3能源开发利用过程不对生态环境造成不可逆损害能源安全是国家安全的重要组成部分，涉及经济发展、社会稳定和国防建设等多个方面中国作为能源消费大国和进口大国，能源安全面临诸多挑战石油对外依存度超过70%，天然气超过40%；中东和海上运输线存在地缘政治风险；能源价格波动影响经济稳定；气候变化对传统能源构成长期挑战为保障能源安全，中国实施了一系列战略和政策建设国家石油战略储备，目前储备规模约8000万吨，可满足约90天的进口需求；推进能源供应多元化，与一带一路沿线国家加强能源合作；加快国内油气资源勘探开发，提高自给能力；大力发展可再生能源，降低对外依赖；完善能源应急保障机制，建立煤电油气运协调机制2022年极端高温导致用电负荷激增时，国家能源局启动跨区域电力调度，确保了民生和重点行业用电，展现了能源安全保障能力双碳背景下能源新机遇绿色氢能产业CCUS技术可再生能源电解水制氢是实现工业领域深度脱碳捕集、利用与封存（CCUS）技术可减少化碳的关键技术中国计划到2025年建成3000石能源利用过程中的碳排放中国石油在吉林万吨/年电解水制氢产能，到2030年绿氢成本油田实施的CCUS项目已累计封存二氧化碳超降至20元/公斤以下国内宁夏、内蒙古等地过200万吨；中国石化胜利油田将捕集的二氧风光资源丰富区域已启动百万千瓦级绿氢示范化碳用于油田开发，实现经济和环境双重效项目益碳市场与碳金融全国碳排放权交易市场于2021年正式启动，首批纳入发电行业重点排放单位2162家未来将逐步扩大覆盖范围至钢铁、水泥等高排放行业碳金融产品如碳配额质押贷款、碳中和债券等创新工具正在快速发展，为低碳项目提供资金支持双碳目标为能源领域带来了广阔的发展机遇一方面，传统能源企业面临转型压力，需要寻找新的发展方向；另一方面，清洁能源、低碳技术和相关服务市场迎来爆发式增长据测算，实现碳中和目标需要投入约100万亿元人民币，年均投资约

2.5万亿元，将带动一系列新兴产业发展除了技术和市场机遇外，能源服务领域也出现了新的商业模式合同能源管理（EMC）、综合能源服务、虚拟电厂等创新模式将能源效率提升与商业价值创造相结合，为用能单位和服务提供商创造双赢随着双碳行动深入推进，能源领域的创新创业机会将持续涌现，为经济高质量发展注入新动力能源与未来科技展望人工智能+能源量子能源技术AI算法优化能源系统运行，提高可再生能源预测准确率，降低调度成本量子计算模拟新材料，量子电池提高能量密度，量子传感提升设备效率4核聚变能源空间能源系统模拟太阳能量产生原理，实现安全、清洁、几乎无限的能源供应太空太阳能电站，将太阳能转换为微波传输至地面，提供连续稳定能源互动探索活动一小组讨论家乡最适合发展哪些新能源？根据家乡的自然条件、资源禀赋和产业特点，讨论最适合发展的新能源类型考虑因素包括太阳能资源条件（日照时间、强度）、风能资源（风速、风向稳定性）、水资源情况、生物质资源（农林废弃物）等调查研究走访当地能源设施或查阅相关资料，了解家乡目前的能源结构和新能源发展状况可以采访当地能源企业、政府部门或查询官方统计数据，收集能源消费、能源项目建设等信息海报展示根据讨论和调研结果，设计一份家乡新能源发展规划海报，包括资源评估、技术选择、应用场景和预期效益等内容在班级或年级组织展示交流，分享各地区新能源发展的差异和特点这个互动探索活动旨在引导学生将能源知识与本地实际情况相结合，培养分析问题和解决问题的能力通过小组合作和实地调研，学生能够深入了解能源开发与地理环境、经济发展和社会需求的复杂关系活动设计注重培养学生的综合能力数据收集和分析能力（调研过程）、团队协作能力（小组讨论）、创造性思维（方案设计）和表达沟通能力（海报展示）教师在活动中应注重引导而非直接给答案，鼓励学生从多角度思考问题，认识到能源发展没有放之四海而皆准的模式，必须因地制宜互动探索活动二太阳能小车利用小型太阳能电池板、电机和简易车身材料，设计制作一辆太阳能驱动的小车学生可以尝试不同的电池板角度、电机功率和车身重量，测试其对行驶速度和距离的影响，理解太阳能转化效率的影响因素风力发电机使用纸板、木棒、小型发电机等材料，制作微型风力发电装置通过改变叶片数量、形状和角度，测试发电效率的变化可以连接LED灯或小电器，直观展示发电效果，理解风能转化为电能的原理氢燃料电池使用教学用氢燃料电池演示套件，展示水电解制氢和氢气发电的全过程学生可以观察不同电流下的产氢速率，以及燃料电池在不同负载下的性能表现，了解氢能作为清洁能源载体的特性和应用前景可再生能源实验创意竞赛活动旨在通过动手实践，加深学生对能源转化原理的理解，培养创新精神和实践能力学生可以自由选择感兴趣的可再生能源形式，设计并制作简易实验装置，在班级或学校范围内进行展示和评比评比标准可以包括科学原理理解的准确性、装置设计的创新性、材料使用的环保性、展示表达的清晰度等优秀作品可以在科技节、校园开放日等活动中向家长和社会公众展示，扩大能源教育的影响力通过这类实践活动，学生不仅能掌握科学知识，还能体验到科学探究的乐趣，增强解决实际问题的能力国内标志性能源工程千伏亿立方米兆瓦±1100452000特高压输电南水北调沙漠光伏电站世界最高电压等级年均调水量青海德令哈光伏装机容量中国建设了一系列具有世界领先水平的能源工程，展示了强大的工程技术能力和系统集成能力特高压输电技术是中国自主创新的重大成果，已建成十四交十六直特高压工程，输电距离最长达3324公里，有效解决了能源资源与负荷中心不匹配的问题，被誉为电力高速公路青海省建成了多个大型沙漠光伏电站，其中德令哈光伏发电基地被称为沙漠变电站的绿色奇迹，不仅发电量巨大，还通过光伏板下种植耐旱植物，实现了光伏+生态治理的双重效益，每年可减少二氧化碳排放约300万吨南水北调工程虽然主要是水利工程，但其泵站系统年用电量超过100亿千瓦时，对区域能源规划和电力调度也产生了深远影响这些标志性工程不仅解决了实际问题，也树立了中国能源工程的国际形象典型能源消耗数据解读中国单位GDP能耗指数行业专家观点解读技术挑战中国工程院院士杜祥琬认为，能源转型面临的首要挑战是技术瓶颈高比例可再生能源电力系统的稳定运行、大规模低成本储能技术、工业领域深度脱碳等关键技术尚未完全成熟，需要加大研发投入和示范应用经济挑战清华大学能源经济研究所所长魏一鸣指出，能源转型的经济成本巨大，初步估算达百万亿元级别如何平衡短期成本与长期收益，避免转型过程中的经济波动和就业冲击，是政策制定的重要考量社会挑战中国社会科学院研究员林伯强强调，能源转型是一个复杂的社会系统工程，涉及各方利益调整和公众行为改变特别是传统能源地区的产业转型和就业安置问题，需要精心设计过渡路径，确保公平与效率兼顾专家们对未来十年中国能源发展有较为一致的预测到2030年，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右，可再生能源发电量占比超过40%；单位GDP能耗将比2020年下降30%以上；氢能、储能等新兴领域将形成万亿级产业规模；碳市场将逐步完善，碳价格将稳定在100元/吨以上，为减排提供有效经济激励专家们普遍认为，能源转型不仅是挑战，也是中国产业升级和技术创新的重要机遇通过发展清洁能源产业，中国有望在全球新一轮产业竞争中占据有利位置，实现能源安全、经济发展和环境保护的多重目标关键在于处理好政府与市场的关系，既发挥市场在资源配置中的决定性作用，又更好发挥政府在战略规划、政策引导和基础研究方面的作用能源相关趣味问答问世界上最大的风电场在哪儿？问地球接收的太阳能有多少？答甘肃酒泉风电基地是世界最大的风电场，答地球每年接收的太阳能约为173万亿千瓦规划总装机容量2000万千瓦，相当于20座核时，相当于人类一年能源消耗的10000倍以电站的发电能力该风电基地分布在酒泉、嘉上如果能够有效利用这些能量中的极小部峪关等地区，利用河西走廊独特的风能资源，分，就能满足全人类的能源需求目前的挑战是中国西部大开发的标志性项目在于如何高效、低成本地捕获、转换和存储这些能量问日常生活中哪个行为能最多省能？答根据研究，减少食物浪费是个人能采取的最有效节能行动之一全球约1/3的食物被浪费，生产这些食物消耗的能源、水和土地资源巨大其次是减少不必要的出行和选择公共交通出行，特别是避免短途驾车和减少飞行能源知识趣味问答不仅能增加学习的乐趣，还能帮助学生从不同角度理解能源概念例如，一桶石油（159升）可以制造多少塑料袋？答案是约5000个，这一数据直观展示了石油作为化工原料的重要性，也解释了为什么减少塑料使用对石油节约有积极意义再比如，一个常见的电吹风功率约1500瓦，如果用自行车发电机驱动，需要约20人同时踩踏才能提供足够的电力这样的比较使学生直观感受到电能的来之不易，有助于培养节约用电的意识类似的趣味问答可以设计成课堂竞赛或课间活动，激发学生的学习兴趣，深化对能源知识的理解和记忆本课核心知识回顾能源基础概念能源是指能够产生动力、热量或光的物质，是人类社会发展的基础动力来源能源可按来源分为可再生能源和不可再生能源，按加工程度分为一次能源和二次能源，按物理形态分为机械能、化学能、热能、电能等能源转化与利用能量转化是指一种形式的能量转变为另一种形式，如化学能转化为热能和机械能能源利用过程遵循热力学定律，不可避免地存在能量损失，提高能源效率是实现可持续发展的关键途径能源与环境能源生产和使用是全球温室气体排放和环境污染的主要来源传统化石能源面临资源有限、环境污染和气候变化等多重挑战，推动了清洁能源的快速发展能源科技与前沿能源科技创新是应对能源挑战的关键从可再生能源技术到储能技术，从智能电网到氢能技术，科技创新正在改变全球能源格局，推动能源系统向清洁、低碳、智能、高效方向发展本课程系统介绍了能源科学的基本概念、能源结构与转化、能源与环境的关系以及能源科技前沿等内容通过学习，我们认识到能源是经济社会发展的基础，也是环境保护和可持续发展的关键领域能源问题具有系统性、全球性和长期性特征，需要从技术、经济、环境和社会等多个维度综合考量当前，全球能源正在经历深刻变革，从高碳向低碳转型，从集中向分散发展，从单一向多元演进中国提出的双碳目标为能源发展指明了方向，也为能源领域的创新创业提供了广阔空间作为新时代的青少年，了解能源知识，关注能源变革，参与能源实践，对个人成长和社会进步都具有重要意义探究与作业参考家庭节能计划设计地方新能源发展建议目标设计一份切实可行的家庭或校园节能计划，并在实践中检验其效果目标针对所在地区的资源条件和发展现状，提出新能源发展的合理化建议步骤内容要求

1.能源审计记录家庭或校园一周内的能源消耗（电、水、燃气等），找•地区概况自然条件、经济发展、能源消费结构等出主要耗能环节•资源评估太阳能、风能、生物质能等可再生能源的潜力分析

2.节能措施针对高耗能环节提出3-5项具体改进措施•发展建议优先发展的新能源类型、应用场景和技术路线

3.实施计划制定详细的实施时间表和责任分工•政策措施推动新能源发展的配套政策和激励机制

4.效果评估实施计划后再次统计能源消耗，计算节能成效•预期效益经济、社会和环境效益的定性或定量分析

5.经验总结分析成功经验和不足之处，提出改进建议探究性学习是培养学生科学素养和创新能力的重要方式在能源教育中，鼓励学生从身边的能源问题出发，通过观察、调查、实验和分析，提出问题、探索答案，最终形成自己的认识和解决方案这种学习方式能够激发学生的主动性和创造性，使能源知识内化为个人素养在完成探究作业过程中，学生可以充分利用互联网资源、图书馆文献和实地调研，获取所需的数据和信息同时，也鼓励学生与家人、社区居民和相关专业人士交流，获取不同视角的观点和建议教师在这一过程中应扮演引导者和支持者的角色，帮助学生克服困难，但不过度干预其独立思考和创新探索的过程感谢参与与展望感谢大家参与本次科学能源教学课程！通过这50张课件的学习，我们共同探索了能源的基本概念、分类系统、转化原理以及与环境、经济和社会发展的复杂关系从传统化石能源到新兴清洁能源，从能源科技创新到能源政策变革，我们全面了解了能源领域的现状与未来趋势能源变革是一场深刻的技术革命、经济革命和社会革命，也是应对气候变化、实现可持续发展的必由之路作为新时代的青少年，你们既是能源知识的学习者，也是未来能源变革的亲历者和推动者希望大家能够持续关注能源科技的前沿发展，在日常生活中践行节能环保理念，并在未来的学习和工作中为构建清洁低碳、安全高效的能源体系贡献自己的力量记住，每个人都是能源可持续发展的重要参与者和改变者从点滴做起，从现在开始，让我们共同创造一个能源清洁、环境友好、生态和谐的美好未来！。