新能源技術(shù)與應(yīng)用隨著全球能源危機(jī)和環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，新能源技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用已成為當(dāng)今世界能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本課程將系統(tǒng)介紹太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽?、氫能、核能等各種新能源技術(shù)的基本原理、技術(shù)特點(diǎn)、應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。第一章：緒論1能源發(fā)展歷程人類的能源利用經(jīng)歷了從薪柴到煤炭，從煤炭到石油天然氣，再到核能和可再生能源的漫長發(fā)展歷程。每一次能源革命都極大地推動了人類文明的進(jìn)步。2能源危機(jī)20世紀(jì)70年代的石油危機(jī)引發(fā)了全球?qū)δ茉窗踩年P(guān)注，促使各國開始尋求能源多元化戰(zhàn)略，加速了新能源技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用。3可持續(xù)發(fā)展能源的基本概念能源定義能源是指能夠直接或通過轉(zhuǎn)換為人類提供有用能量形式的自然資源。能源是人類社會發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐。能源分類按照來源可分為一次能源（自然界中天然存在的能源）和二次能源（由一次能源轉(zhuǎn)換而來）；按照可再生性可分為可再生能源和不可再生能源。能源單位能源計(jì)量常用單位包括焦耳(J)、千瓦時(shí)(kWh)、噸標(biāo)準(zhǔn)煤(tce)等。不同能源間可通過熱值進(jìn)行等價(jià)換算，便于能源統(tǒng)計(jì)與分析。我國能源現(xiàn)狀煤炭石油天然氣水電核電風(fēng)電太陽能中國是世界上最大的能源生產(chǎn)國和消費(fèi)國。我國能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主，石油、天然氣比例相對較低，可再生能源占比逐年提高。我國面臨的能源挑戰(zhàn)主要包括：能源資源稟賦與需求分布不匹配、化石能源消費(fèi)導(dǎo)致的環(huán)境問題嚴(yán)重、能源進(jìn)口依存度較高等。這些挑戰(zhàn)促使我國必須加快能源轉(zhuǎn)型步伐，大力發(fā)展新能源。新能源及其發(fā)展趨勢新能源定義新能源是指傳統(tǒng)能源之外的各種能源形式，主要包括太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能、氫能等。它們通常具有可再生、清潔環(huán)保的特點(diǎn)。發(fā)展現(xiàn)狀近年來，我國新能源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，裝機(jī)容量持續(xù)增長，技術(shù)水平不斷提高，成本大幅下降，已成為能源供應(yīng)的重要組成部分。未來趨勢新能源將繼續(xù)保持高速增長態(tài)勢，技術(shù)創(chuàng)新將進(jìn)一步降低成本、提高效率；能源互聯(lián)網(wǎng)將促進(jìn)多能互補(bǔ)；儲能技術(shù)突破將解決間歇性問題；分布式將成為重要發(fā)展方向。第二章：太陽能技術(shù)太陽能是最重要的可再生能源之一，具有分布廣、儲量大、清潔無污染等優(yōu)點(diǎn)。本章將詳細(xì)介紹太陽能資源特點(diǎn)、太陽能光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換等核心技術(shù)，以及太陽能在發(fā)電、供熱、建筑等領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀。我國太陽能資源豐富，尤其是西北地區(qū)的太陽能資源條件優(yōu)越，具有大規(guī)模開發(fā)利用的潛力。近年來，隨著技術(shù)進(jìn)步和成本下降，太陽能產(chǎn)業(yè)在我國實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展。太陽能的基本概念1太陽輻射太陽向外輻射的能量巨大，到達(dá)地球表面的太陽輻射包括直接輻射和散射輻射兩部分。太陽常數(shù)約為1367W/m2，經(jīng)過大氣衰減后，地面接收的輻射強(qiáng)度約為1000W/m2左右。2資源分布我國太陽能資源總體分布特點(diǎn)是"西高東低、北高南低"。青藏高原、西北地區(qū)太陽能資源最為豐富，年輻射量超過1600kWh/m2；華北、東北次之；四川盆地及貴州山區(qū)最低。3利用方式太陽能利用主要有光熱轉(zhuǎn)換和光電轉(zhuǎn)換兩種方式。光熱轉(zhuǎn)換是利用太陽輻射能轉(zhuǎn)換為熱能；光電轉(zhuǎn)換是利用光電效應(yīng)將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能。太陽能光熱轉(zhuǎn)換利用太陽能集熱器太陽能集熱器是光熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的核心部件，主要包括平板型、真空管型和聚光型三種。真空管型集熱器在我國應(yīng)用最為廣泛，具有較高的集熱效率和良好的防凍性能。太陽能熱水系統(tǒng)太陽能熱水系統(tǒng)是最成熟的光熱應(yīng)用，包括自然循環(huán)系統(tǒng)和強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)。我國是世界上最大的太陽能熱水系統(tǒng)市場，城鄉(xiāng)家庭廣泛采用。聚光太陽能發(fā)電聚光太陽能發(fā)電(CSP)通過鏡面聚光提高工作溫度，主要技術(shù)路線包括塔式、槽式、碟式和菲涅爾式四種。青海德令哈50MW塔式電站是我國重要的示范項(xiàng)目。太陽能光電轉(zhuǎn)換利用光伏電池原理光伏電池利用半導(dǎo)體P-N結(jié)的光生伏特效應(yīng)將光能直接轉(zhuǎn)換為電能。當(dāng)光子被半導(dǎo)體材料吸收后，產(chǎn)生電子-空穴對，在內(nèi)建電場作用下形成電流。1電池類型晶體硅電池（單晶、多晶）占市場主導(dǎo)地位，效率較高；薄膜電池成本低但效率較低；新型高效電池如鈣鈦礦、疊層電池等正在研發(fā)中。2光伏系統(tǒng)由光伏組件、控制器、逆變器等組成。根據(jù)是否并網(wǎng)分為并網(wǎng)系統(tǒng)和離網(wǎng)系統(tǒng)；按裝機(jī)容量分為集中式和分布式光伏系統(tǒng)。3光伏應(yīng)用大型地面電站、分布式屋頂光伏、光伏建筑一體化(BIPV)、便攜式光伏設(shè)備等多樣化應(yīng)用場景正在快速發(fā)展。4太陽能其他應(yīng)用太陽能照明利用太陽能電池板收集能量，儲存在蓄電池中，夜間通過LED燈發(fā)光。太陽能路燈、庭院燈廣泛應(yīng)用于城市道路、公園、小區(qū)等場所，具有節(jié)能環(huán)保、安裝方便、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。太陽能水泵利用光伏電池產(chǎn)生的電能驅(qū)動水泵工作，主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)灌溉、牧區(qū)供水等場合。太陽能水泵系統(tǒng)無需燃料，運(yùn)行成本低，特別適合電網(wǎng)未覆蓋的偏遠(yuǎn)地區(qū)使用。太陽能烹飪太陽能爐利用聚光原理提高溫度進(jìn)行烹飪，在我國西部陽光充足地區(qū)有一定應(yīng)用。可替代傳統(tǒng)薪柴，減少森林砍伐，改善農(nóng)村生活環(huán)境。第三章：風(fēng)能技術(shù)風(fēng)能基礎(chǔ)風(fēng)能是一種清潔、可再生的能源，源于太陽輻射導(dǎo)致的大氣流動。全球風(fēng)能資源豐富，其中可開發(fā)利用的風(fēng)能資源約為2.74×10^9MW。技術(shù)發(fā)展風(fēng)力發(fā)電技術(shù)經(jīng)歷了從小型機(jī)組到大型化、從定速到變速、從定槳距到變槳距、從低可靠性到高可靠性的發(fā)展歷程。產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀中國已成為全球最大的風(fēng)電市場，風(fēng)電裝機(jī)容量連續(xù)多年位居世界第一，風(fēng)電技術(shù)和裝備制造水平已躋身國際前列。風(fēng)能資源及其特點(diǎn)3.0TW理論蘊(yùn)藏量我國陸地和近海風(fēng)能資源理論蘊(yùn)藏量約3.0TW，其中技術(shù)可開發(fā)量約為2.6億kW，經(jīng)濟(jì)可開發(fā)量約為2.0億kW。70%資源分布我國風(fēng)能資源主要分布在"三北"地區(qū)（東北、華北、西北）以及東南沿海及其近海，約占全國風(fēng)能資源的70%。8.5m/s平均風(fēng)速內(nèi)蒙古高原、東北平原、河北北部、甘肅河西走廊等地區(qū)平均風(fēng)速超過5m/s，局部地區(qū)可達(dá)8.5m/s，具有良好的開發(fā)價(jià)值。我國風(fēng)能資源分布特點(diǎn)是時(shí)空分布不均勻，季節(jié)性變化明顯，高品質(zhì)風(fēng)能資源主要分布在遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的地區(qū)，這給風(fēng)能的大規(guī)模開發(fā)利用帶來一定挑戰(zhàn)。近年來，隨著風(fēng)電技術(shù)進(jìn)步，低風(fēng)速區(qū)域的風(fēng)能開發(fā)潛力也得到重視。風(fēng)力發(fā)電原理1風(fēng)能轉(zhuǎn)換氣流動能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能2機(jī)械傳動風(fēng)輪轉(zhuǎn)速提升傳遞給發(fā)電機(jī)3發(fā)電系統(tǒng)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能4控制保護(hù)安全穩(wěn)定運(yùn)行保障風(fēng)力發(fā)電的基本原理是利用風(fēng)能帶動風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，通過傳動系統(tǒng)驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電。根據(jù)貝茲理論，風(fēng)輪能夠獲取的風(fēng)能最大為來流風(fēng)能的59.3%（貝茲極限）。實(shí)際風(fēng)機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率約為75%-80%的貝茲極限。現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)通常采用三葉片水平軸風(fēng)輪設(shè)計(jì)，配合變槳距控制系統(tǒng)和變速傳動系統(tǒng)，可以在不同風(fēng)速條件下高效運(yùn)行。風(fēng)機(jī)功率與風(fēng)速的三次方成正比，因此風(fēng)速的微小變化會導(dǎo)致輸出功率的顯著變化。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組類型分類依據(jù)類型特點(diǎn)轉(zhuǎn)子軸方向水平軸風(fēng)力機(jī)主流類型，效率高，技術(shù)成熟垂直軸風(fēng)力機(jī)全向性好，適合復(fù)雜風(fēng)場輸出功率小型（≤100kW）分散使用，主要用于離網(wǎng)供電中型（100-1000kW）用于獨(dú)立電網(wǎng)或小型風(fēng)電場大型（>1MW）用于大型風(fēng)電場并網(wǎng)發(fā)電速度控制定速風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，低成本，但效率有限變速風(fēng)力機(jī)效率高，發(fā)電質(zhì)量好，主流技術(shù)目前，兆瓦級變速恒頻風(fēng)電機(jī)組已成為風(fēng)電市場的主流產(chǎn)品。為適應(yīng)不同應(yīng)用場景，各種專用風(fēng)電機(jī)組也在不斷發(fā)展，如低風(fēng)速風(fēng)電機(jī)組、海上風(fēng)電機(jī)組、高原型風(fēng)電機(jī)組等。風(fēng)電場設(shè)計(jì)與運(yùn)營選址評估通過氣象資料分析、現(xiàn)場測風(fēng)和微觀選址，確定風(fēng)能資源狀況、風(fēng)電場容量和機(jī)位布局。風(fēng)電場選址關(guān)鍵因素包括：風(fēng)能資源條件、地形地貌、電網(wǎng)接入、交通運(yùn)輸、土地利用等。項(xiàng)目設(shè)計(jì)包括風(fēng)機(jī)選型、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、電氣系統(tǒng)、道路運(yùn)輸、集控系統(tǒng)等。機(jī)組間距通常為風(fēng)輪直徑的3-5倍（同排）和5-9倍（排間），以減少尾流影響和提高土地利用率。建設(shè)施工包括土建工程、設(shè)備運(yùn)輸安裝、電氣工程等。大型風(fēng)電設(shè)備的運(yùn)輸和吊裝是施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對施工道路、吊裝設(shè)備有特殊要求。運(yùn)行維護(hù)通過遠(yuǎn)程監(jiān)控、定期檢查和預(yù)防性維護(hù)，保障風(fēng)電場安全高效運(yùn)行?，F(xiàn)代風(fēng)電場普遍采用狀態(tài)監(jiān)測和預(yù)測性維護(hù)技術(shù)，提高可用率，延長設(shè)備壽命。第四章：生物質(zhì)能技術(shù)生物質(zhì)資源包括農(nóng)林廢棄物、能源作物、畜禽糞便、城市生活垃圾等含有機(jī)碳的可再生資源，具有資源量大、分布廣、碳中性等特點(diǎn)。1轉(zhuǎn)化技術(shù)直接燃燒、熱化學(xué)轉(zhuǎn)化、生物化學(xué)轉(zhuǎn)化等多種技術(shù)路線，可轉(zhuǎn)化為熱能、電能、燃?xì)狻⒁后w燃料等多種能源形式。2應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)電供熱、生物燃料、生物天然氣、生物基材料等領(lǐng)域，可實(shí)現(xiàn)能源與環(huán)境的協(xié)同效益。3發(fā)展前景作為可再生能源的重要組成部分，生物質(zhì)能在我國能源轉(zhuǎn)型中具有廣闊的應(yīng)用前景，特別是在農(nóng)村地區(qū)和清潔取暖方面。4生物質(zhì)能源概述1生物質(zhì)能定義生物質(zhì)能是通過光合作用儲存在生物質(zhì)中的化學(xué)能，本質(zhì)上是太陽能的間接利用形式。生物質(zhì)通過燃燒或轉(zhuǎn)化釋放的二氧化碳與其生長過程中吸收的二氧化碳相當(dāng)，因此被視為碳中性能源。2資源特點(diǎn)中國生物質(zhì)資源豐富，年產(chǎn)農(nóng)作物秸稈約7億噸，林業(yè)剩余物約3.5億噸，畜禽糞便約38億噸，理論能源替代量約5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。資源分布與農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān)，具有分散性、季節(jié)性特點(diǎn)。3發(fā)展意義發(fā)展生物質(zhì)能可有效解決農(nóng)林廢棄物處理問題，減少環(huán)境污染；提供清潔能源，改善農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)；促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展，增加農(nóng)民收入；減少化石能源消耗，降低溫室氣體排放。生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術(shù)1直接燃燒最傳統(tǒng)的利用方式，效率低2熱化學(xué)轉(zhuǎn)化氣化、液化、熱解等中間轉(zhuǎn)化3生物化學(xué)轉(zhuǎn)化厭氧消化、發(fā)酵等生物過程4化學(xué)轉(zhuǎn)化酯交換等化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)生物柴油直接燃燒技術(shù)是最傳統(tǒng)的生物質(zhì)能利用方式，適用于含水率低的生物質(zhì)，主要包括層燃爐、流化床鍋爐等形式?，F(xiàn)代化直接燃燒系統(tǒng)效率可達(dá)85%以上。生物質(zhì)氣化是將生物質(zhì)在高溫下轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w的過程，氣化產(chǎn)物可用于發(fā)電、供熱或合成燃料。我國已建成多個(gè)生物質(zhì)氣化發(fā)電示范項(xiàng)目，技術(shù)日趨成熟。厭氧消化技術(shù)通過微生物分解有機(jī)物產(chǎn)生沼氣，適用于含水率高的生物質(zhì)，如畜禽糞便、有機(jī)廢水等。沼氣主要成分為甲烷（50%-70%）和二氧化碳。生物質(zhì)能應(yīng)用案例秸稈直燃發(fā)電以農(nóng)作物秸稈為燃料的直接燃燒發(fā)電系統(tǒng)，典型規(guī)模為25-30MW。山東、江蘇、黑龍江等農(nóng)業(yè)大省建有多個(gè)示范電站，年消耗秸稈約20-25萬噸，既解決了秸稈處理問題，又提供了清潔電力。農(nóng)村戶用沼氣適合農(nóng)戶使用的小型厭氧消化裝置，利用畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈等產(chǎn)生沼氣供炊事和照明使用。國家實(shí)施"農(nóng)村沼氣工程"，建成農(nóng)村戶用沼氣池超過4000萬戶，顯著改善了農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)和生活環(huán)境。生物柴油生產(chǎn)利用廢棄食用油、地溝油或油料作物油脂通過酯交換反應(yīng)生產(chǎn)生物柴油，可部分替代石化柴油。浙江、福建等地建有多個(gè)生物柴油生產(chǎn)廠，既解決了"地溝油"問題，又生產(chǎn)了清潔燃料。生物質(zhì)能發(fā)展前景生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)容量(GW)生物質(zhì)供熱能力(億GJ)生物質(zhì)燃料產(chǎn)量(百萬噸)未來生物質(zhì)能發(fā)展趨勢主要包括：技術(shù)集成化，將生物質(zhì)能與其他可再生能源結(jié)合，構(gòu)建多能互補(bǔ)系統(tǒng)；規(guī)?；l(fā)展，提高經(jīng)濟(jì)性和市場競爭力；高值化利用，發(fā)展生物基材料和高附加值產(chǎn)品。政策方面，國家將繼續(xù)加大對生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的支持力度，完善補(bǔ)貼機(jī)制，加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，推動產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化發(fā)展。隨著"碳達(dá)峰、碳中和"戰(zhàn)略的實(shí)施，生物質(zhì)能作為碳中性能源將發(fā)揮更加重要的作用。第五章：地?zé)崮芗夹g(shù)地?zé)崮芙榻B地?zé)崮苁莵碓从诘厍騼?nèi)部的熱能，是一種儲量大、分布廣、清潔環(huán)保、可持續(xù)利用的可再生能源。地?zé)崮芾眯问蕉鄻?，可用于發(fā)電、供暖、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域。技術(shù)特點(diǎn)地?zé)崮芾眉夹g(shù)成熟，可連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，不受天氣條件影響；能量密度高，占地面積??；碳排放低，環(huán)境友好；初始投資較高，但運(yùn)行成本低，經(jīng)濟(jì)性好。中國現(xiàn)狀中國地?zé)豳Y源豐富，淺層地?zé)崮鼙椴既珖?，中深層地?zé)嶂饕植荚谌A北、四川等盆地。目前，我國地?zé)崮苤饕糜诠┡?、洗浴和溫室種植等，地?zé)岚l(fā)電仍處于起步階段。地?zé)崮苜Y源分布華北地區(qū)西南地區(qū)西北地區(qū)華東地區(qū)東北地區(qū)華中地區(qū)華南地區(qū)中國地?zé)豳Y源豐富，理論可采儲量約相當(dāng)于1.25×10^5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，陸地淺層地?zé)崮苣昕砷_采量相當(dāng)于7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。地?zé)豳Y源類型包括高溫地?zé)幔?gt;150°C）、中溫地?zé)幔?0-150°C）、低溫地?zé)幔?5-90°C）和淺層地?zé)崮埽?lt;25°C）。高溫地?zé)豳Y源主要分布在青藏高原、臺灣、西藏、云南等地區(qū)，適合發(fā)電利用；中低溫地?zé)豳Y源在華北、松遼、四川等盆地分布較多，適合直接利用；淺層地?zé)崮苜Y源在全國范圍內(nèi)普遍存在，可通過熱泵技術(shù)開發(fā)利用。地?zé)崮荛_發(fā)利用方式水熱型地?zé)嵯到y(tǒng)利用地下天然熱水或蒸氣的地?zé)嵯到y(tǒng)，是目前最主要的地?zé)衢_發(fā)方式。通過鉆井將地?zé)崃黧w抽出地表，利用后回灌地下，形成閉環(huán)系統(tǒng)。我國華北平原、四川盆地等地區(qū)多采用此方式。增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)(EGS)通過人工方式改善地?zé)醿犹匦?，提高熱能采集效率的系統(tǒng)。適用于熱巖體資源豐富但滲透性差的地區(qū)。該技術(shù)在我國尚處于研究示范階段，青海共和EGS項(xiàng)目是重要試點(diǎn)。淺層地?zé)崮芾美玫乇頊\層（通常100-200米深）土壤、地下水溫度穩(wěn)定的特性，通過地源熱泵系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)建筑供暖制冷。這種方式投資少、見效快，在我國北方城市得到廣泛應(yīng)用。地?zé)岚l(fā)電技術(shù)1干蒸汽發(fā)電直接利用天然干蒸汽驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電的技術(shù)。原理簡單，效率高，但適用地區(qū)有限。青海德令哈干蒸汽地?zé)犭娬臼俏覈讉€(gè)干蒸汽地?zé)岚l(fā)電項(xiàng)目。2閃蒸發(fā)電將高溫高壓地?zé)崴腴W蒸罐，降低壓力使部分熱水閃蒸成蒸汽，再驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電。適用于水溫大于150°C的地區(qū)。西藏羊八井地?zé)犭娬静捎玫木褪沁@種技術(shù)。3雙循環(huán)發(fā)電又稱二元循環(huán)發(fā)電，利用地?zé)崴ㄟ^熱交換器加熱低沸點(diǎn)工質(zhì)（如異丁烷、戊烷等），工質(zhì)氣化后驅(qū)動透平機(jī)發(fā)電。適用于中低溫地?zé)豳Y源（80-150°C）開發(fā)。青海共和地?zé)犭娬静捎么思夹g(shù)。4增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)發(fā)電通過人工方式在高溫干熱巖體內(nèi)建立熱水循環(huán)系統(tǒng)，帶走熱能進(jìn)行發(fā)電。這是一種前沿技術(shù)，可大幅擴(kuò)展地?zé)岚l(fā)電的資源基礎(chǔ)。我國在四川、吉林等地開展了EGS試驗(yàn)研究。地?zé)崮苤苯永?地?zé)峁┡弥械蜏氐責(zé)崴苯踊蛲ㄟ^換熱站向建筑供暖。我國北方地區(qū)已建成多個(gè)地?zé)峁┡到y(tǒng)，如天津、西安、河北雄縣等地，累計(jì)供暖面積超過8000萬平方米，有效減少了燃煤消耗和大氣污染。2地源熱泵利用淺層地溫場作為冷熱源，通過熱泵系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)建筑冬季供暖和夏季制冷。這種技術(shù)能效比高，節(jié)能效果顯著，近年來在我國迅速發(fā)展，全國累計(jì)應(yīng)用面積超過5億平方米。3農(nóng)業(yè)應(yīng)用利用地?zé)崮苓M(jìn)行溫室大棚加熱、水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)產(chǎn)品干燥等。地?zé)釡厥曳N植已在山東招遠(yuǎn)、河北定州等地形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模，不僅延長了農(nóng)作物生長季節(jié)，還顯著提高了經(jīng)濟(jì)效益。4醫(yī)療康養(yǎng)利用地?zé)岬V泉水進(jìn)行沐浴、治療等。我國有各類溫泉點(diǎn)3000多處，已開發(fā)利用的溫泉旅游度假區(qū)超過700處，溫泉康養(yǎng)已成為重要的健康產(chǎn)業(yè)和旅游資源。第六章：海洋能技術(shù)2.0TW全球理論儲量海洋能資源豐富，全球理論儲量約為2.0TW，相當(dāng)于人類目前電力消耗的兩倍，是潛力巨大的可再生能源。5種主要能源類型海洋能主要包括潮汐能、波浪能、海流能、溫差能和鹽差能五種類型，其中潮汐能和波浪能技術(shù)最為成熟。18000km中國海岸線我國擁有約18000公里大陸海岸線，海洋能資源豐富，特別是在東南沿海地區(qū)具有良好的開發(fā)條件。海洋能作為一種清潔可再生能源，具有儲量大、污染小、可持續(xù)等特點(diǎn)，是未來能源結(jié)構(gòu)多元化的重要組成部分。雖然目前海洋能開發(fā)利用的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性尚未完全成熟，但隨著技術(shù)進(jìn)步和成本下降，其應(yīng)用前景十分廣闊。海洋能的類型與分布能源類型形成原理全球資源量中國資源量潮汐能月球和太陽引力作用產(chǎn)生潮汐約1-3TW約1.1億kW波浪能風(fēng)作用于海面形成波浪約2-3TW約1.28億kW海流能海水大規(guī)模定向運(yùn)動約0.5TW約1400萬kW海洋溫差能表層和深層海水溫度差約2TW南?？砷_發(fā)量大鹽差能淡水與海水鹽度差約2.6TW資源評估尚不充分我國海洋能資源豐富，主要分布特點(diǎn)：潮汐能主要分布在浙江、福建沿海地區(qū)，尤其是杭州灣、樂清灣、閩江口等地；波浪能主要分布在東南沿海及島嶼，浙江舟山群島、福建東山島等地波浪能資源密度高；海洋溫差能主要分布在南海海域，海南島沿岸具有開發(fā)潛力。潮汐能利用技術(shù)潮汐壩發(fā)電潮汐壩發(fā)電是最傳統(tǒng)的潮汐能利用方式，通過建造堤壩形成水位差，利用潮汐漲落驅(qū)動水輪機(jī)發(fā)電。江廈潮汐電站是中國第一座潮汐電站，建于1980年，裝機(jī)容量3.2MW，至今仍在運(yùn)行，積累了豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。潮流能發(fā)電潮流能發(fā)電利用海水潮汐運(yùn)動形成的水流動能驅(qū)動水下渦輪機(jī)發(fā)電，不需要建造大型水壩，環(huán)境影響較小。我國在浙江、福建等地開展了多個(gè)潮流能發(fā)電示范項(xiàng)目，如浙江舟山LHD潮流能發(fā)電裝置，采用臥式軸流發(fā)電機(jī)組。動態(tài)潮汐發(fā)電動態(tài)潮汐發(fā)電是一種新型潮汐能利用技術(shù)，通過修建垂直于海岸的長堤，利用堤兩側(cè)形成的水位差發(fā)電。這種技術(shù)理論效率高，但工程復(fù)雜，目前仍處于概念研究階段，中荷兩國正在合作研究這一技術(shù)的可行性。波浪能利用技術(shù)振蕩浮體式利用波浪上下運(yùn)動的浮體驅(qū)動液壓系統(tǒng)或直接驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電，如英國Pelamis蛇形波浪能裝置。1振蕩水柱式利用波浪引起密閉空氣腔內(nèi)水面上下振蕩，壓縮空氣推動空氣輪機(jī)發(fā)電，如我國廣東深圳大鵬半島波浪電站。2越浪式利用波浪越過斜坡進(jìn)入儲水池，形成水位差驅(qū)動水輪機(jī)發(fā)電，如丹麥WaveDragon波浪能裝置。3點(diǎn)吸收式利用小尺寸浮體在波浪中的相對運(yùn)動發(fā)電，如美國OceanPowerTechnologies公司的PowerBuoy裝置。4我國波浪能技術(shù)研究始于20世紀(jì)70年代，已研發(fā)出多種類型的波浪能裝置，包括擺動式、浮子式、振蕩水柱式等。廣東省深圳市建成的振蕩水柱式波浪能電站是我國首個(gè)并網(wǎng)運(yùn)行的波浪能電站，裝機(jī)容量100kW，為研究波浪能發(fā)電技術(shù)提供了實(shí)踐基礎(chǔ)。海洋溫差能利用技術(shù)基本原理海洋溫差能發(fā)電(OTEC)利用海面溫水與深層冷水之間的溫度差(通常需達(dá)到20℃以上)，通過熱力循環(huán)系統(tǒng)發(fā)電。這種技術(shù)最適合熱帶和亞熱帶海域，我國南海海域具有良好的溫差能資源條件。技術(shù)路線主要包括閉式循環(huán)、開式循環(huán)和混合循環(huán)三種類型。閉式循環(huán)使用低沸點(diǎn)工質(zhì)(如氨、R134a等)作為熱機(jī)工質(zhì)；開式循環(huán)直接利用海水作為工質(zhì)；混合循環(huán)結(jié)合兩者優(yōu)點(diǎn)，可同時(shí)產(chǎn)生電力和淡水。綜合利用除發(fā)電外，海洋溫差能系統(tǒng)還可用于海水淡化、制冷、水產(chǎn)養(yǎng)殖、空調(diào)等多種用途，形成梯級利用系統(tǒng)，提高經(jīng)濟(jì)性。例如，我國海南省正在探索開發(fā)"溫差能+深層海水綜合利用"的一體化系統(tǒng)。第七章：氫能技術(shù)氫能被視為21世紀(jì)最具發(fā)展前景的清潔能源之一，具有能量密度高、來源廣泛、清潔無污染等特點(diǎn)。氫能不是初級能源，而是能量載體，需要通過其他能源轉(zhuǎn)化獲得。我國已將氫能列為未來能源戰(zhàn)略的重要組成部分，《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃》明確了氫能"十四五"及中長期發(fā)展目標(biāo)。本章將系統(tǒng)介紹氫能的特性、制備、儲運(yùn)以及燃料電池等關(guān)鍵技術(shù)，為理解氫能在能源轉(zhuǎn)型中的重要作用奠定基礎(chǔ)。氫能的特性與優(yōu)勢物理特性氫是宇宙中最豐富的元素，常溫常壓下為無色無味氣體，密度極低(0.0899kg/m3)，分子量小，擴(kuò)散速度快。氫氣在空氣中的爆炸極限為4%-74%，安全性需特別關(guān)注。氫的熱值高達(dá)142MJ/kg，是汽油的近3倍。能源特性氫能是一種高效清潔的二次能源，可通過多種途徑制取，可在不同能源形式間轉(zhuǎn)換。氫的燃燒產(chǎn)物主要是水，無CO?排放；燃料電池利用氫能發(fā)電效率高，環(huán)境友好，是實(shí)現(xiàn)低碳能源系統(tǒng)的理想選擇。戰(zhàn)略意義氫能可作為可再生能源的儲能媒介，解決可再生能源間歇性問題；可實(shí)現(xiàn)能源的跨區(qū)域、跨季節(jié)調(diào)配；能夠深度脫碳難以電氣化的工業(yè)和交通領(lǐng)域，是實(shí)現(xiàn)"碳中和"的關(guān)鍵技術(shù)路徑之一。氫氣制備技術(shù)1綠氫可再生能源電解水制氫2藍(lán)氫化石能源重整制氫+碳捕集3灰氫化石能源重整制氫4黑/棕氫煤炭氣化制氫目前，我國氫氣主要來源于工業(yè)副產(chǎn)氫（如氯堿、焦?fàn)t煤氣等）和化石能源重整制氫，總產(chǎn)量約3300萬噸/年，其中煤制氫占比超過60%。隨著"雙碳"目標(biāo)的提出，綠氫逐漸成為發(fā)展重點(diǎn)。電解水制氫技術(shù)包括堿性電解槽、質(zhì)子交換膜電解槽(PEM)和固體氧化物電解槽(SOEC)三種主要技術(shù)路線。我國堿性電解槽技術(shù)相對成熟，單堆規(guī)?？蛇_(dá)到1000Nm3/h以上；PEM電解槽具有響應(yīng)速度快、產(chǎn)氣純度高等優(yōu)勢，但成本較高；SOEC效率高但尚處于研發(fā)階段。氫能儲存與運(yùn)輸物理儲氫高壓氣態(tài)儲氫：將氫氣壓縮至35-70MPa儲存在高壓容器中，是目前最成熟的儲氫方式，我國儲氫氣瓶已達(dá)到四型瓶技術(shù)水平；液態(tài)儲氫：將氫氣冷卻至-253°C液化后儲存，能量密度高，但液化過程能耗大；固態(tài)儲氫：通過物理吸附或材料包覆儲存氫，安全性好，但目前儲氫密度有限?；瘜W(xué)儲氫金屬氫化物儲氫：利用某些金屬或合金可逆吸放氫的特性儲氫，體積能量密度高；有機(jī)液態(tài)儲氫：利用特定有機(jī)分子（如甲基環(huán)己烷）的氫化/脫氫反應(yīng)循環(huán)儲放氫，便于常溫常壓下液態(tài)運(yùn)輸；固態(tài)儲氫材料：如硼氫化鈉、氨等化合物形式儲氫，研究熱點(diǎn)但存在脫氫困難等挑戰(zhàn)。氫能運(yùn)輸管道運(yùn)輸：適合大規(guī)模、長距離氫氣輸送，我國已建成少量專用氫氣管道；高壓氣氫運(yùn)輸：使用管束車在中短距離內(nèi)運(yùn)輸壓縮氫氣，靈活性高；液氫運(yùn)輸：通過低溫槽車運(yùn)輸液態(tài)氫，適合中等規(guī)模；有機(jī)液態(tài)儲氫運(yùn)輸：常溫常壓下運(yùn)輸有機(jī)載氫液體，安全性好，被視為未來有前景的氫能運(yùn)輸方式。燃料電池技術(shù)工作原理燃料電池是將氫氣等燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置。氫氧燃料電池中，氫氣在陽極催化劑作用下分解為質(zhì)子和電子，質(zhì)子通過電解質(zhì)膜遷移到陰極，電子則通過外電路形成電流，同時(shí)在陰極與氧氣和質(zhì)子結(jié)合生成水。主要類型按照電解質(zhì)類型，燃料電池主要分為堿性燃料電池(AFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)和質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)。其中PEMFC因低溫啟動快、功率密度高等優(yōu)勢，在交通運(yùn)輸領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛。應(yīng)用領(lǐng)域燃料電池具有能量轉(zhuǎn)換效率高、環(huán)境友好、運(yùn)行安靜等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于三個(gè)領(lǐng)域：交通運(yùn)輸（燃料電池汽車、叉車、船舶等）、分布式發(fā)電（建筑熱電聯(lián)供、基站備電等）以及便攜式電源（應(yīng)急電源、軍用電源等）。第八章：核能技術(shù)1核能概述核能是利用原子核反應(yīng)釋放的能量，主要包括核裂變和核聚變兩種形式。核能具有能量密度極高、發(fā)電過程零碳排放等特點(diǎn)，是當(dāng)前唯一可大規(guī)模替代化石能源的基荷電源。2發(fā)展現(xiàn)狀截至2023年，全球共有約440座核電機(jī)組運(yùn)行，總裝機(jī)容量約390GW，核電占全球發(fā)電量的10%左右。中國核電發(fā)展迅速，已建成運(yùn)行的核電機(jī)組55臺，總裝機(jī)容量超過57GW，位居全球第三，在建規(guī)模世界第一。3技術(shù)路線核能技術(shù)經(jīng)歷了從第一代到第四代的發(fā)展歷程。目前商業(yè)運(yùn)行的主要是第二代和第三代壓水堆。中國正在開發(fā)自主知識產(chǎn)權(quán)的"華龍一號"、"國和一號"三代核電技術(shù)，同時(shí)布局高溫氣冷堆、快中子堆等第四代核能技術(shù)。核能原理核裂變原理核裂變是重原子核(如鈾-235、钚-239)被中子轟擊后分裂為兩個(gè)或多個(gè)較輕原子核，同時(shí)釋放大量能量和2-3個(gè)中子的過程。這些中子繼續(xù)引發(fā)新的裂變反應(yīng)，形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。1克鈾-235完全裂變釋放的能量相當(dāng)于燃燒2.7噸煤炭。核聚變原理核聚變是輕原子核(如氘、氚)在極高溫度下融合成較重原子核(如氦)，同時(shí)釋放能量的過程。氘-氚聚變是最容易實(shí)現(xiàn)的聚變反應(yīng)，在約1億度高溫下發(fā)生，1克聚變?nèi)剂厢尫诺哪芰肯喈?dāng)于8噸鈾裂變能量。能量轉(zhuǎn)換核能發(fā)電過程是將核反應(yīng)釋放的能量轉(zhuǎn)化為熱能，再通過熱-機(jī)械-電能的轉(zhuǎn)換過程發(fā)電。裂變反應(yīng)堆中的熱能通過冷卻劑(如水、氣體、液態(tài)金屬)傳遞到蒸汽發(fā)生器，產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電，核電站整體熱效率約為33-37%。核裂變反應(yīng)堆核燃料主要使用濃縮鈾(U-235濃度提高到3-5%)、钚或釷作為燃料，加工成陶瓷燃料芯塊，裝入金屬管中形成燃料棒，多根燃料棒組裝成燃料組件裝入反應(yīng)堆。1慢化劑減緩中子速度，提高與U-235碰撞概率。常用慢化劑包括輕水(普通水)、重水(氘代水)和石墨。不同慢化劑影響堆型設(shè)計(jì)與性能。2冷卻劑帶走反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量。輕水堆使用普通水作為冷卻劑，重水堆使用重水，氣冷堆使用氦氣或二氧化碳，快堆使用液態(tài)鈉等。3控制系統(tǒng)通過控制棒(含吸收中子材料)、可溶性毒物(硼酸)等手段控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速率，保證反應(yīng)堆在臨界狀態(tài)安全運(yùn)行。4安全屏障包括燃料包殼、反應(yīng)堆壓力邊界、安全殼等多重屏障，防止放射性物質(zhì)釋放到環(huán)境中，是縱深防御理念的物理實(shí)現(xiàn)。5核聚變技術(shù)1磁約束聚變利用磁場約束高溫等離子體，使其達(dá)到聚變條件。主要裝置包括托卡馬克(TOKAMAK)和恒星器(Stellarator)。國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)是目前最大的磁約束聚變研究項(xiàng)目，中國是該項(xiàng)目重要參與國，同時(shí)也在建設(shè)"中國環(huán)流器二號"(EAST)等自主聚變裝置。2慣性約束聚變利用激光或粒子束高密度能量轟擊小靶丸，瞬間壓縮加熱燃料實(shí)現(xiàn)聚變。美國國家點(diǎn)火裝置(NIF)在2022年12月首次實(shí)現(xiàn)了聚變能量增益大于1的重大突破。中國"神光"系列激光裝置也在進(jìn)行慣性約束聚變研究。3混合方案磁慣性約束聚變(MIF)結(jié)合兩種約束方式優(yōu)點(diǎn)，如Z箍縮技術(shù)等；冷聚變研究探索常溫下實(shí)現(xiàn)核聚變的可能性，但科學(xué)界對其可行性尚有爭議；氘-氦3聚變具有產(chǎn)生少量中子的優(yōu)勢，是未來月球氦3開發(fā)的潛在應(yīng)用方向。核能安全與管理縱深防御核安全的基本理念是縱深防御，即通過設(shè)置多道獨(dú)立的防護(hù)屏障和保護(hù)層次，確保即使一道或多道屏障失效，也能保護(hù)人員和環(huán)境不受輻射危害?，F(xiàn)代核電站通常具有五級縱深防御體系，涵蓋從預(yù)防事故到緩解后果的全過程。應(yīng)急管理建立完善的核應(yīng)急響應(yīng)體系，包括場內(nèi)應(yīng)急、場外應(yīng)急和國家層面響應(yīng)。中國已建立國家核應(yīng)急協(xié)調(diào)委員會，制定了核電廠、鈾礦、研究堆等設(shè)施的應(yīng)急預(yù)案，定期開展應(yīng)急演練，提高應(yīng)對核事故的能力。廢物處理核廢物管理采用"集中、隔離、監(jiān)護(hù)"原則，低中放廢物采用近地表處置；高放廢物(主要是乏燃料)先臨時(shí)貯存，再進(jìn)行后處理或直接進(jìn)行地質(zhì)處置。中國正在甘肅北山建設(shè)地下實(shí)驗(yàn)室，為高放廢物最終處置技術(shù)積累經(jīng)驗(yàn)。法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)我國已形成以《核安全法》為核心的核安全法律法規(guī)體系，建立了覆蓋選址、設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行、退役全生命周期的核安全標(biāo)準(zhǔn)體系。核安全監(jiān)管由國家核安全局負(fù)責(zé)，堅(jiān)持獨(dú)立、公開、法治、理性的原則。第九章：新型儲能技術(shù)電力系統(tǒng)儲能需求隨著風(fēng)電、光伏等可再生能源比例增加，電力系統(tǒng)靈活性需求激增。儲能技術(shù)可平抑可再生能源波動性，提供調(diào)峰、調(diào)頻、備用等輔助服務(wù)，是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵支撐技術(shù)。儲能技術(shù)多元化儲能技術(shù)形式多樣，包括電化學(xué)儲能、物理儲能、熱儲能等。不同技術(shù)在能量密度、功率密度、響應(yīng)速度、循環(huán)壽命、成本等方面各有優(yōu)勢，適用于不同應(yīng)用場景。產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展中國新型儲能產(chǎn)業(yè)正快速發(fā)展，已形成完整產(chǎn)業(yè)鏈。截至2022年底，中國新型儲能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模超過8.7GW，預(yù)計(jì)"十四五"末將達(dá)到30GW以上，年均增長率超過50%。電化學(xué)儲能能量密度(Wh/kg)循環(huán)壽命(次)成本(元/kWh)鋰離子電池因高能量密度、高效率和快速響應(yīng)特性，成為當(dāng)前電化學(xué)儲能主流技術(shù)。中國已建成全球最大的鋰離子電池產(chǎn)能，在電池材料、電芯制造和系統(tǒng)集成等環(huán)節(jié)具有全球競爭力。近年來，磷酸鐵鋰電池因安全性好、成本低而在儲能領(lǐng)域快速發(fā)展。液流電池（以全釩液流電池為代表）能夠?qū)崿F(xiàn)功率與容量獨(dú)立設(shè)計(jì)，循環(huán)壽命長，適合大規(guī)模長時(shí)儲能應(yīng)用。中國在大連建設(shè)了全球最大的全釩液流電池儲能電站（200MW/800MWh），技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平。物理儲能抽水蓄能抽水蓄能是目前最成熟、規(guī)模最大的儲能技術(shù)，利用電力價(jià)格低谷期抽水至高位水庫，高峰期放水發(fā)電。具有大容量、長壽命、響應(yīng)迅速等特點(diǎn)。截至2022年，中國抽水蓄能裝機(jī)容量約45GW，規(guī)劃到2030年達(dá)到120GW，是世界第一大抽水蓄能市場。壓縮空氣儲能壓縮空氣儲能(CAES)利用低谷電力將空氣壓縮儲存，需要時(shí)釋放空氣膨脹做功發(fā)電。按儲氣方式分為地下洞穴儲氣和地面容器儲氣兩類。中國近年在河北張家口建成100MW壓縮空氣儲能電站，采用先進(jìn)的絕熱壓縮技術(shù)，系統(tǒng)效率達(dá)到70%以上。飛輪儲能飛輪儲能通過電動機(jī)加速飛輪旋轉(zhuǎn)儲存動能，釋能時(shí)飛輪驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電。具有功率密度高、響應(yīng)迅速、循環(huán)壽命長等特點(diǎn)，適合短時(shí)高功率應(yīng)用，如電網(wǎng)調(diào)頻、UPS等。中國在超導(dǎo)磁軸承、高強(qiáng)度復(fù)合材料飛輪等關(guān)鍵技術(shù)上取得突破。熱儲能熱儲能技術(shù)通過儲存和釋放熱能實(shí)現(xiàn)能量存儲，主要分為顯熱儲能、潛熱儲能和熱化學(xué)儲能三類。顯熱儲能利用材料比熱容儲存熱能，如熔鹽儲熱、水儲熱等；潛熱儲能利用材料相變過程吸放熱，能量密度高；熱化學(xué)儲能利用可逆化學(xué)反應(yīng)吸放熱，儲能密度最高但技術(shù)復(fù)雜。熱儲能在可再生能源集成、工業(yè)余熱利用、建筑節(jié)能等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。我國在熔鹽儲熱、相變材料等領(lǐng)域研究成果豐富，已在甘肅敦煌、青海德令哈等光熱電站成功應(yīng)用熔鹽儲熱技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了24小時(shí)連續(xù)發(fā)電。未來熱儲能將在跨季節(jié)儲熱、工業(yè)高溫?zé)崮艽鎯Φ阮I(lǐng)域發(fā)揮重要作用。儲能技術(shù)應(yīng)用案例1青海海西州儲能電站這是中國首個(gè)大型獨(dú)立儲能電站，裝機(jī)容量16MW/64MWh，采用鋰離子電池技術(shù)。該項(xiàng)目為光伏發(fā)電提供調(diào)峰、調(diào)頻服務(wù)，有效提高了可再生能源消納水平，是電網(wǎng)側(cè)儲能應(yīng)用的成功案例。2江蘇泗洪配電網(wǎng)儲能在配電網(wǎng)末端部署2MW/4MWh鋰電池儲能系統(tǒng)，有效解決了配電線路過載、電壓越限等問題，延緩了網(wǎng)絡(luò)升級投資，提高了供電可靠性，是配電網(wǎng)側(cè)儲能應(yīng)用的典型案例。3青海共和光儲一體化項(xiàng)目規(guī)模為100MW光伏+20MW/20MWh儲能，通過儲能系統(tǒng)平滑光伏出力波動，提高發(fā)電計(jì)劃執(zhí)行精度，減少棄光率，是源網(wǎng)荷儲一體化的成功實(shí)踐。4深圳用戶側(cè)儲能在工商業(yè)用戶安裝儲能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)峰谷電價(jià)套利、需量管理等功能，典型項(xiàng)目如比亞迪工廠4MW/16MWh儲能系統(tǒng)，可降低企業(yè)30%以上的電費(fèi)支出，是商業(yè)模式創(chuàng)新的代表。第十章：智能電網(wǎng)技術(shù)6.0TW電網(wǎng)規(guī)模中國已建成全球最大的電力系統(tǒng)，總裝機(jī)容量超過2.4TW，年發(fā)電量達(dá)到8.4萬億kWh，最大負(fù)荷超過1.3TW，是保障經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)。35%可再生能源占比中國可再生能源裝機(jī)規(guī)模世界第一，到2023年占比超過35%，電網(wǎng)面臨的消納挑戰(zhàn)和靈活性需求持續(xù)增加，傳統(tǒng)電網(wǎng)亟需向智能電網(wǎng)轉(zhuǎn)型。1600GW智能電網(wǎng)投資中國已累計(jì)投入超過6000億元建設(shè)智能電網(wǎng)，預(yù)計(jì)"十四五"期間將再投入約8000億元，推動特高壓、配電自動化、電力物聯(lián)網(wǎng)等智能電網(wǎng)技術(shù)全面發(fā)展。智能電網(wǎng)是電網(wǎng)發(fā)展的高級階段，通過先進(jìn)的傳感、通信、控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的智能化管理，提高可靠性、安全性和效率。本章將介紹智能電網(wǎng)的基本概念、關(guān)鍵技術(shù)及典型應(yīng)用，為理解未來電力系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。智能電網(wǎng)概念與特征12345智能感知通過廣泛部署的智能傳感器、量測設(shè)備和先進(jìn)計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)狀態(tài)全面感知、實(shí)時(shí)監(jiān)測和準(zhǔn)確測量，為電網(wǎng)運(yùn)行提供精確數(shù)據(jù)支持。靈活互聯(lián)采用先進(jìn)電力電子技術(shù)和柔性交直流輸電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同電壓等級、不同區(qū)域電網(wǎng)的靈活互聯(lián)，提高系統(tǒng)互濟(jì)能力和電能傳輸效率。高效互動實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向互動，支持分布式能源接入和需求側(cè)響應(yīng)，鼓勵(lì)用戶參與電力市場和系統(tǒng)調(diào)節(jié)，形成源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)互動的新型電力系統(tǒng)。自愈控制具備故障自動檢測、隔離和恢復(fù)能力，能夠預(yù)防和抵御外部干擾和攻擊，提高系統(tǒng)安全性和可靠性，減少大面積停電風(fēng)險(xiǎn)。優(yōu)化決策利用大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)評估、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和決策優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行、調(diào)度、交易的智能化和精益化管理。智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)特高壓輸電技術(shù)特高壓是指交流1000kV、直流±800kV及以上的輸電技術(shù)。中國已建成世界上規(guī)模最大的特高壓電網(wǎng)，累計(jì)建成"14交19直"特高壓工程。特高壓技術(shù)具有輸送容量大、距離遠(yuǎn)、損耗低等特點(diǎn)，是解決我國能源資源與負(fù)荷中心分布不均問題的關(guān)鍵技術(shù)。先進(jìn)配電自動化配電自動化通過配電主站系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)和智能終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的監(jiān)測、控制和管理自動化。我國已在主要城市建成配電自動化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了故障定位與隔離、供電自動恢復(fù)等功能，顯著提高了配電網(wǎng)可靠性和運(yùn)行效率。廣域測量系統(tǒng)廣域測量系統(tǒng)(WAMS)利用同步相量測量技術(shù)(PMU)對電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)測。我國已建成全球最大的WAMS系統(tǒng)，覆蓋各級電網(wǎng)，為大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有力支撐，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)振蕩、動態(tài)不穩(wěn)定等問題。智能電網(wǎng)應(yīng)用實(shí)例智能用電服務(wù)通過智能電表、用電信息采集系統(tǒng)和用電服務(wù)平臺，實(shí)現(xiàn)用電信息精細(xì)化管理和個(gè)性化服務(wù)。中國已完成超過7億戶智能電表部署，建成全球最大的用電信息采集系統(tǒng)，支持分時(shí)電價(jià)、居民用電可視化和線上業(yè)務(wù)辦理等多種服務(wù)。需求響應(yīng)通過激勵(lì)措施引導(dǎo)用戶調(diào)整用電行為，參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)。我國已在北京、上海、江蘇等地開展需求響應(yīng)試點(diǎn)，累計(jì)參與負(fù)荷超過2000萬千瓦。江蘇電力峰谷差率從2015年的40%降至2022年的32%，有效緩解了電力供需矛盾。微電網(wǎng)微電網(wǎng)是一個(gè)小型自治電力系統(tǒng)，可獨(dú)立運(yùn)行或與大電網(wǎng)連接。我國已建成多個(gè)示范項(xiàng)目，如青海共和新能源微電網(wǎng)園區(qū)、海南智能微電網(wǎng)示范工程等。這些微電網(wǎng)集成了分布式發(fā)電、儲能和負(fù)荷控制，提高了可再生能源利用率和系統(tǒng)可靠性。智能電網(wǎng)發(fā)展趨勢數(shù)字化轉(zhuǎn)型電網(wǎng)數(shù)字化是智能電網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)，通過數(shù)字孿生、區(qū)塊鏈、邊緣計(jì)算等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備和業(yè)務(wù)流程全面數(shù)字化，建立與物理電網(wǎng)同步運(yùn)行的數(shù)字電網(wǎng)，提高電網(wǎng)感知、分析和決策能力。互聯(lián)網(wǎng)+電力深度融合互聯(lián)網(wǎng)與電力系統(tǒng)，構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)。國家電網(wǎng)提出"三型兩網(wǎng)"戰(zhàn)略，建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)；南方電網(wǎng)推進(jìn)"數(shù)字南網(wǎng)"建設(shè)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶、市場的無縫連接，創(chuàng)新業(yè)務(wù)模式和服務(wù)方式?？缒茉醇呻娋W(wǎng)將逐步發(fā)展為多能流集成的綜合能源網(wǎng)絡(luò)，通過能源路由器等關(guān)鍵設(shè)備實(shí)現(xiàn)電、熱、氣、冷等多種能源形式的協(xié)同優(yōu)化和靈活轉(zhuǎn)換，提高能源系統(tǒng)整體效率和可再生能源利用率。分布式協(xié)同隨著分布式能源、電動汽車、需求側(cè)資源大量接入，電網(wǎng)將從傳統(tǒng)中心化控制向分層分布式協(xié)同控制轉(zhuǎn)變，通過本地自治與全局協(xié)調(diào)相結(jié)合，構(gòu)建自下而上、多層次的智能電網(wǎng)新架構(gòu)。第十一章：新能源汽車技術(shù)新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動力來源，或使用常規(guī)的車用燃料但采用新型車載動力裝置，綜合車輛的動力控制和驅(qū)動方面的先進(jìn)技術(shù)，形成的技術(shù)原理先進(jìn)、具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車。中國已連續(xù)八年成為全球最大的新能源汽車市場，2022年產(chǎn)銷量超過680萬輛，占全球市場份額超過60%。新能源汽車是實(shí)現(xiàn)"雙碳"目標(biāo)、推動綠色交通轉(zhuǎn)型的重要途徑，也是汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的戰(zhàn)略方向。本章將系統(tǒng)介紹新能源汽車的主要類型、關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展前景。新能源汽車類型汽車類型能源來源工作原理優(yōu)勢局限性純電動汽車(BEV)電力(電池儲存)電池提供能量，電機(jī)驅(qū)動零排放，高效率，結(jié)構(gòu)簡單續(xù)航有限，充電時(shí)間長插電式混合動力(PHEV)電力+燃油電池和燃油發(fā)動機(jī)雙動力兼顧環(huán)保和續(xù)航結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高增程式電動車(EREV)主電力+燃油電機(jī)驅(qū)動，燃油機(jī)發(fā)電純電驅(qū)動，無里程焦慮系統(tǒng)復(fù)雜，燃油機(jī)效率不高燃料電池汽車(FCEV)氫能氫氣發(fā)電，電機(jī)驅(qū)動零排放，加氫快，續(xù)航長基礎(chǔ)設(shè)施不足，成本高從全球市場來看，純電動汽車是主流發(fā)展方向，2022年占新能源汽車總銷量的70%以上；插電式混合動力汽車作為過渡技術(shù)，仍有一定市場空間；燃料電池汽車處于商業(yè)化初期，主要應(yīng)用于商用車領(lǐng)域。電動汽車技術(shù)動力電池動力電池是電動汽車的核心部件，決定了車輛的續(xù)航里程、充電速度和安全性。目前主流技術(shù)為鋰離子電池，包括三元鋰、磷酸鐵鋰和錳酸鋰等。1驅(qū)動電機(jī)電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能驅(qū)動車輛。主要類型包括永磁同步電機(jī)、交流異步電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)。高性能電機(jī)需兼顧效率、功率密度和成本。2電控系統(tǒng)電控系統(tǒng)是電動汽車的"大腦"，包括電機(jī)控制器、電池管理系統(tǒng)和整車控制器，負(fù)責(zé)能量管理和動力控制，影響車輛性能和安全。3充電技術(shù)充電技術(shù)包括車載充電機(jī)和外部充電設(shè)施。按充電功率分為慢充(≤7kW)、快充(>7kW)和超快充(≥350kW)，充電時(shí)間從數(shù)小時(shí)到十幾分鐘不等。4中國在電動汽車技術(shù)領(lǐng)域已建立完整產(chǎn)業(yè)鏈，擁有全球領(lǐng)先的電池制造能力，具備動力電池、電機(jī)、電控系統(tǒng)的自主研發(fā)能力。動力電池能量密度從2012年的不足100Wh/kg提升到現(xiàn)在的超過250Wh/kg，成本降低了80%以上?；旌蟿恿ζ嚰夹g(shù)串聯(lián)式混合動力發(fā)動機(jī)僅用于發(fā)電，不直接驅(qū)動車輪，電機(jī)負(fù)責(zé)全部驅(qū)動力。結(jié)構(gòu)簡單，發(fā)動機(jī)可以在最佳工況點(diǎn)運(yùn)行，系統(tǒng)效率高。但電能轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多，總效率受限，多用于增程式電動車。代表車型有理想ONE、比亞迪漢DM-i等。并聯(lián)式混合動力發(fā)動機(jī)和電機(jī)都可以直接驅(qū)動車輪，通過機(jī)械耦合裝置(如離合器)切換動力源。結(jié)構(gòu)相對簡單，高速巡航效率高，但控制復(fù)雜，低速電氣化程度不高。代表車型有本田CR-V銳·混動等。混聯(lián)式混合動力結(jié)合串聯(lián)和并聯(lián)的特點(diǎn)，通過行星齒輪等裝置實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)、電機(jī)與車輪的復(fù)雜連接。系統(tǒng)靈活性高，可根據(jù)工況優(yōu)化能量分配，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。代表車型有豐田普銳斯、比亞迪秦等。氫燃料電池汽車技術(shù)1系統(tǒng)集成整車布局與控制策略優(yōu)化2氫系統(tǒng)供氫、存儲與安全管理3電堆系統(tǒng)電堆結(jié)構(gòu)與熱管理4核心部件膜電極、質(zhì)子交換膜、雙極板氫燃料電池汽車以車載氫氣為能量來源，通過燃料電池將氫氣的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能驅(qū)動車輛。其核心部件是質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)，由膜電極組件、雙極板、氣體擴(kuò)散層等組成。氫氣在陽極催化劑作用下分解為質(zhì)子和電子，質(zhì)子穿過質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極，電子通過外電路形成電流，同時(shí)在陰極與氧氣結(jié)合生成水。中國燃料電池汽車發(fā)展迅速，已掌握電堆設(shè)計(jì)和系統(tǒng)集成技術(shù)，但在膜電極、催化劑等關(guān)鍵材料方面與國際先進(jìn)水平尚有差距。國內(nèi)已推出多款氫燃料電池客車、物流車等商用車型，截至2022年底，全國燃料電池汽車保有量超過1萬輛，加氫站超過250座。第十二