本书以“绿色”为主线，重点强调绿色思维与绿色理念。从太阳光、光合作用、能源、能量出发，阐述了碳中和的基本概念，对能源、能量与碳循环的关系进行了讨论；从管理、技术、经济、工程应用与人才培养等方面，对碳中和的实现进行了综合分析和阐述。首先，介绍了“双碳”目标的发展现状、实现路径和发展趋势；其次，重点阐述了降碳、零碳、负碳技术和绿色经济，并介绍了典型工程应用案例；最后，对碳中和人才需求和人才培养进行了论述。

本书内容丰富、设计新颖，采用主册与副册相结合的新型教材设计模式，力争实现因材施教，适合不同专业背景的学生开展个性化学习。

本书既可作为碳中和相关专业研究生、本科生、高职学生的先导课程教材，又可作为非碳中和相关专业学生的通识课程教材，也可作为中小学教师和干部培训的教科书，还可供有关专业人员和管理干部参考。

崔世钢  二级教授，工学博士，博士生导师，中国科学院半导体研究所-信息传感与智能控制产学研联合实验室副主任。长期从事机器人与人工智能、半导体能源应用、科学技术哲学等方面的科研和教学工作。主持完成国家863计划、国家自然科学基金等十余项。获省部级科技进步奖七项；国家教学成果一等奖一项，天津市教学成果奖三项。

曾任天津市信息传感与智能控制重点实验室主任，天津市“控制科学与工程”一级重点学科带头人。第42届世界技能大赛移动机器人项目中国技术指导专家组组长，科技部生产力促进中心协会服务机器人专委会副主任。第二届教育部基础教育课程教材专家工作委员会委员。政协天津市第十三届委员会委员，民革天津市第十二、十三届委员会常委，第二届天津市高校教学名师，享受国务院政府特殊津贴。

本书立足于“坚持绿色低碳，建设一个清洁美丽的世界”，面向碳中和人才培养的实际需求，深入浅出地介绍了碳中和的发展与未来，立体化展现了碳中和工程的体系结构与关键技术；在内容安排和形式呈现上兼顾不同读者的需求，是具有创新性的通识课程《碳中和导论》教材，也是全民碳中和科普书。

目录

C H A P T E R 1

1.1 太阳光、能源与碳循环 / 2

1.1.1 万物生长靠太阳 / 2

1.1.2 太阳——能源之源 / 3

1.1.3 能源与碳循环 / 4

1.1.4 能源利用技术进步是人类文明和社会进步的梯级 / 6

1.2 碳达峰碳中和概述 / 10

1.2.1 气候变化及应对策略 / 10

1.2.2 碳中和的本质与绿色思维 / 12

1.2.3 碳中和工程与绿色能源 / 13

1.3 碳达峰碳中和的发展现状 / 15

1.3.1 全球碳中和进展 / 15

1.3.2 中国碳中和发展现状 / 16

1.4 碳中和的实现路径和发展方向 / 19

1.4.1 中国的碳中和策略 / 20

1.4.2 实现“双碳”目标的技术路径 / 21

1.4.3 绿色理念与公众生活 / 22

1.4.4 碳中和未来发展方向 / 23

1.5 本书内容提要 / 24

思考题 / 25

第1 章

绪 论

1

目 录

VI

>>> 碳中和导论 主册

C H A P T E R 2

2.1 概述 / 28

2.1.1 能源利用与分类 / 28

2.1.2 能源的品质及其分类 / 29

2.1.3 能源利用与生态文明 / 34

2.1.4 绿色能源的发展 / 35

2.2 光伏发电技术 / 35

2.2.1 太阳能电池原理与分类 / 36

2.2.2 太阳能电池制造关键技术 / 38

2.2.3 太阳能光伏发电系统 / 40

2.2.4 光伏技术的机遇与挑战 / 42

2.3 风力发电技术 / 42

2.3.1 风力发电设备和技术 / 43

2.3.2 风力发电的运维与回收技术 / 47

2.3.3 其他风能技术 / 47

2.3.4 风能技术的机遇与挑战 / 48

2.4 水力发电技术 / 49

2.4.1 水力发电的特点 / 49

2.4.2 水资源的开发利用技术 / 51

2.4.3 水力发电关键技术 / 51

2.4.4 水力发电机遇与挑战 / 53

2.5 核能发电技术 / 53

2.5.1 核能发电的基本原理 / 53

2.5.2 核反应堆类型 / 54

2.5.3 核能利用的关键技术 / 54

2.5.4 核能利用的机遇与挑战 / 56

2.6 其他绿色能源技术 / 56

2.6.1 太阳能光热技术 / 57

2.6.2 海洋能及相关技术 / 60

2.6.3 地热能及相关技术 / 63

2.6.4 其他能源技术的机遇与挑战 / 65

2.7 绿色能源的互补利用 / 65

2.7.1 绿色能源转型的必要性 / 65

2.7.2 构建智能化绿色能源综合体系 / 66

思考题 / 67

第2 章

绿色

能源

27

VII

>>> 目 录

C H A P T E R 3

3.1 概述 / 70

3.2 绿色电力系统关键技术 / 70

3.2.1 绿色电力系统概念 / 70

3.2.2 传统电力系统的特征与面临的挑战 / 72

3.2.3 大力发展储能技术在绿色电力系统中的战略意义 / 75

3.2.4 火电转型升级 / 78

3.2.5 关键技术 / 80

3.2.6 安全保障机制 / 81

3.3 电网新技术 / 84

3.3.1 先进输电网技术 / 84

3.3.2 先进配电网技术 / 87

3.4 能源高效利用技术 / 90

3.4.1 电能生产—消费融合互动技术 / 90

3.4.2 多能源低碳供能技术 / 92

3.4.3 消费终端电气化替代技术 / 93

3.5 绿色电力系统市场机制 / 94

3.5.1 电力市场发展路径 / 94

3.5.2 “电碳协同”电力市场机制 / 95

3.5.3 绿色电力交易 / 96

思考题 / 97

第3 章

绿色电力

系统

69

C H A P T E R 4

4.1 概述 / 100

4.1.1 能量的储存与转化 / 100

4.1.2 储能技术的分类与应用 / 101

4.2 抽水储能技术 / 102

4.2.1 抽水储能发展概述 / 102

4.2.2 抽水储能原理 / 102

4.2.3 抽水储能的主要功能 / 103

4.2.4 抽水储能机遇与挑战 / 104

第4 章

储能技

术与绿

色燃料

99

VIII

>>> 碳中和导论 主册

C H A P T E R 5

5.1 概述 / 128

5.2 碳捕集技术 / 130

5.2.1 什么时候捕集二氧化碳 / 130

5.2.2 如何捕集二氧化碳 / 133

5.3 二氧化碳利用与封存技术 / 135

5.3.1 生物利用 / 135

5.3.2 化工利用 / 136

5.3.3 物理利用与封存 / 138

5.4 生物固碳 / 144

5.4.1 海洋固碳 / 144

5.4.2 陆地固碳 / 145

思考题 / 148

第5 章

负碳

技术

127

4.3 储热技术 / 105

4.3.1 储热技术发展概述 / 105

4.3.2 储热技术的分类和基本原理 / 106

4.3.3 电热储能 / 107

4.3.4 储热技术的机遇与挑战 / 107

4.4 新型电力储能技术 / 107

4.4.1 新型电力储能技术概述 / 108

4.4.2 基本工作原理 / 108

4.4.3 发展趋势及拟突破的关键技术 / 112

4.4.4 新型电力储能技术比较 / 115

4.5 绿色燃料 / 116

4.5.1 绿氢技术 / 117

4.5.2 绿氨技术 / 123

4.5.3 绿氢、绿氨与绿电生态体系 / 124

思考题 / 126

IX

>>> 目 录

C H A P T E R 6

6.1 概述 / 150

6.2 化石能源节能减碳技术 / 151

6.2.1 煤炭的节能减碳技术 / 151

6.2.2 石油的节能减碳技术 / 153

6.2.3 天然气的节能减碳技术 / 156

6.2.4 其他节能增效技术 / 158

6.2.5 工艺改造与节能意识 / 160

6.3 能量利用的节能减碳技术 / 160

6.3.1 节电技术 / 160

6.3.2 节油技术 / 165

6.3.3 节气技术 / 168

6.4 综合能源管理节能技术 / 168

6.4.1 信息与通信技术 / 169

6.4.2 综合能源管理系统 / 169

6.4.3 能源路由器 / 170

思考题 / 171

第6 章

节能减

碳技术

149

C H A P T E R 7

7.1 概述 / 174

7.1.1 碳交易市场 / 175

7.1.2 碳税和碳关税 / 177

7.1.3 碳汇 / 178

7.1.4 绿色电力交易 / 180

7.2 全球碳市场的现状与发展趋势 / 181

7.2.1 全球碳市场的现状 / 181

7.2.2 全球碳市场的发展趋势 / 183

7.3 中国碳市场的现状与发展趋势 / 184

7.3.1 中国碳市场的现状 / 184

7.3.2 中国碳市场的发展趋势 / 187

7.4 绿色金融 / 188

第7 章

绿色

经济

173

X

>>> 碳中和导论 主册

C H A P T E R 8

8.1 国内首个碳中和小镇——中新天津生态城智慧能源小镇 / 196

8.1.1 绿色能源技术应用 / 197

8.1.2 绿色电力技术应用 / 199

8.1.3 节能减碳技术应用 / 202

8.1.4 负碳技术应用 / 204

8.1.5 “零碳”示范单元标准体系 / 204

8.1.6 小结 / 205

8.2 国内首个碳中和园区——金风科技亦庄智慧园区 / 205

8.2.1 绿色能源技术应用 / 206

8.2.2 绿色电力技术应用 / 208

8.2.3 节能减碳技术应用 / 208

8.2.4 绿色经济运行 / 210

8.2.5 小结 / 210

8.3 首个碳中和奥运会——北京2022 冬奥会赛事工程 / 210

8.3.1 绿色能源技术应用 / 211

8.3.2 节能减碳技术应用 / 214

8.3.3 负碳技术应用 / 217

8.3.4 绿色经济运行 / 218

8.3.5 小结 / 219

8.4 首届碳中和世界杯——卡塔尔赛事工程 / 219

8.4.1 绿色能源技术应用 / 220

8.4.2 节能减碳技术应用 / 221

8.4.3 负碳技术应用 / 225

8.4.4 碳汇经济实施 / 225

8.4.5 小结 / 226

8.5 总结 / 227

第8 章

碳中和工

程典型应

用案例

195

7.5 绿色评价 / 190

7.5.1 概述 / 190

7.5.2 绿色量化评价 / 190

7.5.3 绿色评价应用举例 / 193

思考题 / 194

XI

>>> 目 录

C H A P T E R 9

9.1 碳中和人才需求 / 230

9.1.1 能源行业发展对碳中和人才需求 / 230

9.1.2 碳中和相关人才需求 / 231

9.2 碳中和人才培养 / 232

9.2.1 碳中和人才培养现状 / 232

9.2.2 碳中和人才培养特点和课程体系 / 233

9.3 碳中和人才就业 / 237

第9 章

碳中和人

才需求与

人才培养

229

参考文献 / 239