能源和电力系统是有史以来最复杂的人造体系，在建设能源强国的总体目标下，原来相对自成体系的各个能源部门，在新型能源体系建设中日益表现出互为支撑、互相融合的格局，因此能源从业者和研究者不仅需要对各自的部门充分了解，也需要对整体能源体系有充分的认识和把握。《大能源观——能源革命与新型能源体系》为读者建立了一个全景式的能源系统介绍，在一个整体框架下条分缕析地介绍了从传统化石能源、水电、核电到风电、光伏、光热、生物质能源、氢能、储能、燃料电池等新型能源形式，并在全生命周期的能量效率分析、环境影响分析、经济效益分析的基础上，提出了能源系统优化的方案，对新型能源体系建设的产业技术路径提出了建议。
本书有助于读者建立一个超越具体部门的大能源观和系统思维，为探寻多能互补、多行业协同的新型能源体系之路提供分析基础。本书适合所有对能源问题有兴趣的研究人员、从业人员和投资者阅读参考，也可作为能源动力、热能工程、新能源等相关专业的高等院校师生全视野了解能源体系的教学参考书。

第1章 能源概述001
1.1 能源的分类和载体002
1.1.1 科学基础 002
1.1.2 一次能源与二次能源 003
1.1.3 化石能源、非化石能源、可再生能源003
1.1.4 终端能源形态004
1.1.5 能源生产、输配与消费005
1.2 能源消费006
1.2.1 终端能源消费和中间能源消费 006
1.2.2 交通能源消费008
1.2.3 工业能源消费009
1.2.4 家庭电器与烹饪能源消费012
1.2.5 建筑供暖与空调能源消费014
1.2.6 数据中心能源消费015
1.3 固体能源生产017
1.3.1 煤炭生产过程018
1.3.2 煤炭产业概况020
1.4 液体能源生产022
1.4.1 石油产品生产过程022
1.4.2 石油产业概况024
1.4.3 煤制油生产过程 026
1.4.4 煤制油产业概况 027
1.4.5 非石油液体能源产业概况 029
1.4.6 典型非石油液体能源031
1.5 气体能源生产036
1.5.1 产业概况037
1.5.2 生产过程039

第2章 电力系统概述047
2.1 电力生产048
2.1.1 电力系统简介048
2.1.2 发电053
2.2 储能与电池075
2.2.1 储能075
2.2.2 电池087
2.3 电力输配106
2.3.1 电力输配体系简介106
2.3.2 特高压输电110
2.3.3 异步联网112
2.3.4 灵活性管理 114
2.3.5 微电网 117

第3章 能源系统分析120
3.1 能量效率分析 121
3.1.1 能量效率 121
3.1.2 发电的能量效率122
3.1.3 储能的能量效率142
3.1.4 化石能源从开采到内燃机的能量效率149
3.1.5 电池路线的能量效率157
3.1.6 生物能源的能量效率169
3.1.7 工业与建筑用能的能量效率分析182
3.2 环境效应分析193
3.2.1 非电化石能源194
3.2.2 生物能源207
3.2.3 电力217
3.2.4 电池、储能和氢氨能244
3.3 经济分析 266
3.3.1 经济分析的理论与方法266
3.3.2 技术路线综合比较分析 274
3.3.3 多种储能形式的比较291

第4章 能源系统优化295
4.1 非电能源消费296
4.1.1 液体与气体燃料需求 296
4.1.2 钢铁行业的还原剂297
4.1.3 农村生物质能源 302
4.2 电力消费与生产304
4.2.1 电力消费的空间特点 305
4.2.2 电力消费的季节特点310
4.2.3 日间消费负荷分布313
4.2.4 2030 年中国电力产能与电源分布预测317
4.3 电力结构与传输优化319
4.3.1 日间电力负荷与电源匹配配置优化 320
4.3.2 富余电力消纳优化建议 322
4.3.3 国际经验 325

第5章 新型能源体系332
5.1 新型能源体系概述333
5.1.1 新型能源体系的目标 333
5.1.2 新型能源体系的主要不利因素与解决方案334
5.2 化石能源绿色化338
5.2.1 现有煤炭利用情况338
5.2.2 煤绿色化 343
5.2.3 油气行业低碳化352
5.3 新型电力系统：可再生电力稳定高比例消纳359
5.3.1 电力装机与消费需求预测 359
5.3.2 储能系统361
5.3.3 气电调峰368
5.3.4 中国电力格局优化建议381
5.4 未来能源 386
5.4.1 未来能源趋势、挑战与机遇386
5.4.2 液体燃料电池 388
5.4.3 海上风电- 绿氢- 甲醇能源岛392
5.4.4 新型储能 396
5.4.5 沙戈荒光伏/ 风电+ 生态治理+ 现代农业 399

参考文献404

能源是关系中国式现代化建设的基础保障。我们不能只把它作为一个产业问题，而是要从全局和实现中国式现代化目标的高度来看待，也就是要有大能源观。
从20 世纪90 年代之后，全球气候变化问题引起世界普遍关注，并聚焦到能源这一温室气体排放最多的领域上来。世界各国普遍提出了温室气体减排目标和能源转型方案，努力从传统上以化石能源为主体的能源体系转向以可再生能源和低碳能源为主体的新型能源体系。2020 年9 月，国家主席习近平在联合国大会上提出“二氧化碳排放力争于2030 年前达到峰值，努力争取2060 年前实现碳中和”的“双碳”目标，推动了我国能源转型的快速发展，光伏组件、锂电池、电动汽车作为“新三样”构成了经济发展的新动能，风电和海上风电、氢能产业也实现了高速成长，共同形成了我国新的竞争优势。
党的二十届四中全会通过的《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十五个五年规划的建议》（以下简称《十五五规划建议》） 明确提出“建设能源强国”。2025年10 月28 日，《十五五规划建议》正式公布。《十五五规划建议》明确提出，要着力构建新型能源体系和新型电力系统，建设能源强国。
能源强国是社会主义现代化强国不可或缺的重要组成部分，为社会主义现代化强国建设提供坚强有力的能源保障，与《十五五规划建议》提及的制造强国、科技强国、质量强国等共同构成支撑社会主义现代化强国建设的基础性保障。
加快建设新型能源体系，建设能源强国，是以有力支撑全面建成社会主义现代化强国为目标，统筹能源高质量发展和高水平安全，对能源领域未来发展作出的重要战略安排。
“十四五”期间能源领域的主要任务是建设“现代能源体系”。这一概念出现在国家发展改革委、国家能源局2022 年1 月《关于印发〈“十四五”现代能源体系规划〉的通知》（发改能源〔2022〕210 号）。《“十四五”现代能源体系规划》将现代能源体系归结为清洁低碳、安全高效的能源供给体系、生产消费体系和产业体系，旨在推动能源高质量发展，实现能源安全与绿色转型的有机统一。关键特征与内涵如下。
① 清洁低碳。以非化石能源为主导，逐步降低煤炭等传统化石能源占比。
② 安全高效。保障能源供应稳定，优化能源结构，提升技术创新和数字化水平。
③ 系统性。涵盖能源生产、输送、消费全链条，强调可再生能源（如风能、太阳能） 与传统能源的融合。
党的二十大报告提出“加快规划建设新型能源体系”，其特征包括：以清洁能源为主，风、光、水、核等占比显著提升；多元融合，传统能源清洁高效利用，与新兴技术（如氢能、智能电网） 结合；智慧化，依托数字技术实现能源系统的智能化管理。
因此，可以认为现代能源体系是“传统能源体系+ 大规模可再生能源”，主要是“十四五”期间的能源发展任务；新型能源体系是“以非化石能源为主体、源网荷储高度互动、彻底脱碳”的未来能源体系，是为了实现“双碳”目标的长期任务。
党的二十届四中全会定调：加快经济社会发展全面绿色转型，建设美丽中国的重要任务和重大举措。牢固树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，以碳达峰碳中和为牵引，协同推进降碳、减污、扩绿、增长，筑牢生态安全屏障，增强绿色发展动能。持续深入推进污染防治攻坚和生态系统优化。加快建设新型能源体系，积极稳妥推进和实现碳达峰，加快形成绿色生产生活方式。
2026 年6 月13 日，国家发展改革委、国家能源局印发《新型能源体系建设“十五五”规划》（发改能源〔2026〕884 号），提出，2030 年初步建成清洁低碳安全高效的新型能源体系。到2030 年，能源综合生产能力达到58 亿吨标准煤，电力系统互补互济和安全韧性水平全面提升，能源进口多元可控；煤炭和石油消费达峰，非化石能源消费比重达到25%，风电和太阳能发电装机比重超过50%，成为电力装机主体；非化石能源发电量比重达到50%，成为电量主体；坚强韧性、绿色低碳、集成融合、智能高效的新型能源基础设施体系加快建设，新型电力系统初步建成。在空间布局方面，坚持“全国一盘棋”，统筹能源和经济、总量和结构、全国和区域、国内和国际，推动非化石能源供应形成五大增长板块，巩固优化化石能源生产基地，加强能源开发与用能产业布局协同，统筹优化能源骨干通道布局，不断拓展多元化进口通道。
新型能源体系将为我国实现中国式现代化提供有效保障，主要体现在以下两个方面。
第一，建设能源强国为数字技术与数字经济发展提供基础保障，提高我国在尖端科技领域的竞争力。如今各种尖端科技，特别是以人工智能、空间技术为代表的技术进步迅猛。人工智能看似是芯片和大模型的主场，但其根基在于算力支撑，最终体现为对电力需求的急剧增长。目前全球算力格局中，美国位居第一，中国紧随其后。中国要快速发展算力和人工智能，必须依托大规模的电力保障和整个能源体系的升级。
第二，新型能源体系是供应链竞争的主要领域。现代竞争最终追求的是共赢局面，而非零和博弈。在能源领域，供应链竞争同样关键，涉及对关键金属、稀土、永磁材料等战略资源的布局。因此，能源强国建设还必须包含对可再生能源供应链的统筹规划，特别是关键矿产资源的保障问题。
我国能源强国战略的关键是制造业与产业技术体系的竞争力。我们要实现突破，主阵地就在制造业。而突破的关键，在于掌握各种核心技术，尤其是能够实现大规模、低成本产业化的核心技术。这不是单点技术的突破，而是需要构建一个完整的、有竞争力的产业生态，实现全方位的进步。
从国家整体能源战略的层面看，当前的研究更需要的是跨行业的融合。我们不能局限于各自的领域，必须加强相互之间的借鉴、了解与协同。只有这样，才能汇聚各方智慧，为国家作出最科学、最系统的战略决策提供坚实支撑。
现代能源体系是一个超级复杂的体系，从产业的角度来看，能源涉及固体、液体、气体和电力四种能源形式，涉及资源开采、石油化工、煤化工、发电和输配电、储能和电池等多种业态，近年来出现了电动汽车、氢能、氨动力、甲醇和生物能源等新型能源形式和业态；在消费领域，能源和电力又涉及生产和生活的所有方面。
传统上我国把能源分为不同的部门，并没有把它作为一个统一的体系来发展和管理。比如在计划经济时期我国有石油部、煤炭部、电力部、水利水电部、核工业部，后来随着改革开放的推进和经济的发展，虽然短暂出现过能源部，但是很快又被取消，到目前为止油气和电力仍然是明显分开的两个产业。而电力又可以细分为燃煤发电、燃气发电、水电、核电、风电、光伏和光热发电、生物质发电、抽水蓄能、锂电池、液流储能、飞轮储能等形式，近年来核聚变发电也取得了重大突破。从学科角度来看，石化和生物液体燃料的生产使用过程是化学化工过程，各种发电形式则是物理学中的电学过程，而电池行业基本上是制造业，不同的能源领域形成了非常不同的行业发展特点和管理方式。能源并不是一个单独的学科，而是一个跨领域、跨学科的高度复杂的领域。从能源强国建设角度来看，能源研究者和从业者需要从单一的石油天然气行业、煤炭行业、电力行业角度提高一个层次，从能源体系总体发展的高度来看待各自的产业发展，并应具备从全球趋势来观察能源产业与技术发展的视野。
《大能源观——能源革命与新型能源体系》试图提供一个能源体系的总体性阐述，力争使读者能够建立对能源领域的总体性认识，并了解各种能源产业技术路线的分析范式，即全生命周期的能量效率分析、环境影响和碳排放分析、经济成本分析范式，从而为相关研究、政策及投资决策提供一个科学的思考方法。本书针对能源领域的所有读者，这就产生了一个现象，对电力从业者来说本书有关电的部分就会显得很简单，对油气从业者来说书中的油气部分也会很简单，但是本书的目的是可以使不同细分领域的能源从业者建立对能源整体的认识和分析框架，因此这种对部分读者来说部分章节较简单的情况是不可避免的。
按最初计划，本书还应有一章相关新型能源体系的政策讨论。近几年随着能源转型的快速发展，出台了很多新政策，也修订了很多原来的政策，尤其是在可再生能源电力上网政策方面。然而，新型能源体系建设是一个全新的课题，有的政策取得了较好的效果，有的政策随着情况的发展显示出一些局限性。这给一本写作周期较长的著作造成了困难，在写作过程中政策几乎一直在变化。从实践的角度出发，能源产业的经济规律是最基本的，支撑新型能源体系建设和发展的新能源产业，包括风光电力、氢能、绿色甲醇、储能、智慧电网等新的产业和业态，如果不能通过技术进步实现成本的快速下降，任何鼓励政策都不会产生实质性的效果。因此，各种能源转型路径的能量效率和经济效率是根本性的规律，而政策只有符合这些能源转型路径的技术经济学特性才会取得实质性效果。基于这种认识和考虑，本书没有按最初计划撰写一章政策讨论，而是把重点放在了各种能源转型技术路径的分析上。
由于能源体系高度复杂，涉及学科众多，因此书中难免存在不足和疏漏之处，恳请读者批评指正。

著者