第一章工程熱力學(xué)可持續(xù)發(fā)展背景與現(xiàn)狀第二章可再生能源與工程熱力學(xué)的協(xié)同發(fā)展第三章碳捕集、利用與封存（CCUS）工程熱力學(xué)應(yīng)用第四章先進(jìn)熱力系統(tǒng)優(yōu)化與可持續(xù)設(shè)計第五章工程熱力學(xué)在建筑節(jié)能與智慧能源系統(tǒng)中的應(yīng)用第六章工程熱力學(xué)可持續(xù)發(fā)展未來展望與政策建議01第一章工程熱力學(xué)可持續(xù)發(fā)展背景與現(xiàn)狀全球能源危機(jī)與可持續(xù)發(fā)展的迫切需求在全球能源消耗持續(xù)增長的趨勢下，2024年的數(shù)據(jù)顯示，全球能源消費量達(dá)到了驚人的550EJ（艾焦），其中化石燃料的占比仍然高達(dá)80%。這一數(shù)據(jù)揭示了傳統(tǒng)能源體系的不可持續(xù)性，化石燃料的大量使用導(dǎo)致了氣候變化加劇，極端天氣事件頻發(fā)，對全球生態(tài)環(huán)境和人類社會造成了嚴(yán)重威脅。2023年歐洲能源危機(jī)的爆發(fā)，更是將這一問題的嚴(yán)重性暴露無遺。當(dāng)時，歐洲天然氣價格飆升300%，導(dǎo)致德國工業(yè)生產(chǎn)下降15%，這一系列事件凸顯了傳統(tǒng)能源體系的脆弱性。面對這一嚴(yán)峻形勢，聯(lián)合國《2030年可持續(xù)發(fā)展議程》明確提出，到2030年將可再生能源占比提升至40%，碳排放減少45%。這一目標(biāo)要求全球范圍內(nèi)的能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行重大調(diào)整，而工程熱力學(xué)作為能源轉(zhuǎn)換的核心技術(shù)，將成為實現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵。工程熱力學(xué)的研究和發(fā)展，不僅能夠提高能源利用效率，減少能源浪費，還能夠推動可再生能源的開發(fā)和利用，為全球能源轉(zhuǎn)型提供技術(shù)支撐。在這一背景下，工程熱力學(xué)的發(fā)展不僅具有重要的學(xué)術(shù)價值，更具有深遠(yuǎn)的社會意義和經(jīng)濟(jì)效益。工程熱力學(xué)可持續(xù)發(fā)展現(xiàn)狀：技術(shù)進(jìn)展與挑戰(zhàn)碳捕集與封存（CCS）太陽能熱發(fā)電（CSP）熱電材料技術(shù)進(jìn)展與挑戰(zhàn)技術(shù)進(jìn)展與挑戰(zhàn)技術(shù)進(jìn)展與挑戰(zhàn)工程熱力學(xué)可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)體系能源效率碳減排經(jīng)濟(jì)性工業(yè)鍋爐熱效率發(fā)電效率每單位GDP碳排放能源結(jié)構(gòu)中可再生能源占比可再生能源投資回報率熱電轉(zhuǎn)換效率02第二章可再生能源與工程熱力學(xué)的協(xié)同發(fā)展可再生能源整合的工程熱力學(xué)基礎(chǔ)在全球能源消耗持續(xù)增長的趨勢下，2024年的數(shù)據(jù)顯示，全球能源消費量達(dá)到了驚人的550EJ（艾焦），其中化石燃料的占比仍然高達(dá)80%。這一數(shù)據(jù)揭示了傳統(tǒng)能源體系的不可持續(xù)性，化石燃料的大量使用導(dǎo)致了氣候變化加劇，極端天氣事件頻發(fā)，對全球生態(tài)環(huán)境和人類社會造成了嚴(yán)重威脅。2023年歐洲能源危機(jī)的爆發(fā)，更是將這一問題的嚴(yán)重性暴露無遺。當(dāng)時，歐洲天然氣價格飆升300%，導(dǎo)致德國工業(yè)生產(chǎn)下降15%，這一系列事件凸顯了傳統(tǒng)能源體系的脆弱性。面對這一嚴(yán)峻形勢，聯(lián)合國《2030年可持續(xù)發(fā)展議程》明確提出，到2030年將可再生能源占比提升至40%，碳排放減少45%。這一目標(biāo)要求全球范圍內(nèi)的能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行重大調(diào)整，而工程熱力學(xué)作為能源轉(zhuǎn)換的核心技術(shù)，將成為實現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵。工程熱力學(xué)的研究和發(fā)展，不僅能夠提高能源利用效率，減少能源浪費，還能夠推動可再生能源的開發(fā)和利用，為全球能源轉(zhuǎn)型提供技術(shù)支撐。在這一背景下，工程熱力學(xué)的發(fā)展不僅具有重要的學(xué)術(shù)價值，更具有深遠(yuǎn)的社會意義和經(jīng)濟(jì)效益。工程熱力學(xué)可持續(xù)發(fā)展現(xiàn)狀：技術(shù)進(jìn)展與挑戰(zhàn)碳捕集與封存（CCS）太陽能熱發(fā)電（CSP）熱電材料技術(shù)進(jìn)展與挑戰(zhàn)技術(shù)進(jìn)展與挑戰(zhàn)技術(shù)進(jìn)展與挑戰(zhàn)工程熱力學(xué)可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)體系能源效率碳減排經(jīng)濟(jì)性工業(yè)鍋爐熱效率發(fā)電效率每單位GDP碳排放能源結(jié)構(gòu)中可再生能源占比可再生能源投資回報率熱電轉(zhuǎn)換效率03第三章碳捕集、利用與封存（CCUS）工程熱力學(xué)應(yīng)用碳捕集、利用與封存（CCUS）工程熱力學(xué)基礎(chǔ)碳捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)是減少溫室氣體排放的重要手段之一。在全球CO?排放量持續(xù)增長的情況下，2024年的數(shù)據(jù)顯示，全球CO?排放量達(dá)到了366Gt，而CCUS累計捕集量僅1.2Gt，占比僅為0.3%。這一數(shù)據(jù)表明，CCUS技術(shù)的發(fā)展仍處于起步階段，遠(yuǎn)未達(dá)到實際應(yīng)用的需求。然而，一些成功的CCUS項目已經(jīng)展示了該技術(shù)的潛力和可行性。例如，挪威的Sleipner項目自1996年以來已經(jīng)成功捕集并封存了超過1Mt的CO?，該項目利用天然氣田的鹽水層作為封存地點，已經(jīng)運(yùn)行了30年，沒有出現(xiàn)任何泄漏。這些成功的案例表明，CCUS技術(shù)在技術(shù)上是可行的，但仍然面臨許多挑戰(zhàn)。其中最大的挑戰(zhàn)是成本問題。目前，CCUS技術(shù)的成本仍然較高，例如，Shell氣化爐采用MEA胺洗技術(shù)，捕集率可達(dá)90%，但能耗占發(fā)電量的15%。此外，CCUS技術(shù)還需要解決長期封存的安全性和環(huán)境風(fēng)險問題。因此，工程熱力學(xué)在CCUS技術(shù)中的應(yīng)用顯得尤為重要。工程熱力學(xué)的研究可以幫助優(yōu)化捕集、利用和封存過程中的能量轉(zhuǎn)換效率，降低能耗，提高經(jīng)濟(jì)性，從而推動CCUS技術(shù)的實際應(yīng)用。CCUS工程熱力學(xué)關(guān)鍵技術(shù)燃燒后捕集燃燒前捕集富氧燃燒（Oxyfuel）技術(shù)原理與案例技術(shù)原理與案例技術(shù)原理與案例CCUS工程熱力學(xué)性能評估指標(biāo)捕集性能轉(zhuǎn)化效率封存安全性捕集率能耗占比CO?轉(zhuǎn)化率副產(chǎn)物經(jīng)濟(jì)價值地質(zhì)穩(wěn)定性評估CO?泄漏監(jiān)測頻率04第四章先進(jìn)熱力系統(tǒng)優(yōu)化與可持續(xù)設(shè)計傳統(tǒng)熱力系統(tǒng)可持續(xù)性瓶頸傳統(tǒng)熱力系統(tǒng)在可持續(xù)性方面存在許多瓶頸，這些瓶頸不僅影響了能源利用效率，還加劇了環(huán)境污染和氣候變化。在全球能源消耗持續(xù)增長的趨勢下，2024年的數(shù)據(jù)顯示，全球能源消費量達(dá)到了550EJ（艾焦），其中化石燃料的占比仍然高達(dá)80%。這一數(shù)據(jù)揭示了傳統(tǒng)能源體系的不可持續(xù)性，化石燃料的大量使用導(dǎo)致了氣候變化加劇，極端天氣事件頻發(fā)，對全球生態(tài)環(huán)境和人類社會造成了嚴(yán)重威脅。2023年歐洲能源危機(jī)的爆發(fā)，更是將這一問題的嚴(yán)重性暴露無遺。當(dāng)時，歐洲天然氣價格飆升300%，導(dǎo)致德國工業(yè)生產(chǎn)下降15%，這一系列事件凸顯了傳統(tǒng)能源體系的脆弱性。面對這一嚴(yán)峻形勢，聯(lián)合國《2030年可持續(xù)發(fā)展議程》明確提出，到2030年將可再生能源占比提升至40%，碳排放減少45%。這一目標(biāo)要求全球范圍內(nèi)的能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行重大調(diào)整，而工程熱力學(xué)作為能源轉(zhuǎn)換的核心技術(shù)，將成為實現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵。工程熱力學(xué)的研究和發(fā)展，不僅能夠提高能源利用效率，減少能源浪費，還能夠推動可再生能源的開發(fā)和利用，為全球能源轉(zhuǎn)型提供技術(shù)支撐。在這一背景下，工程熱力學(xué)的發(fā)展不僅具有重要的學(xué)術(shù)價值，更具有深遠(yuǎn)的社會意義和經(jīng)濟(jì)效益。先進(jìn)熱力系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)熱能梯級利用技術(shù)原理與案例系統(tǒng)動態(tài)平衡技術(shù)原理與案例先進(jìn)熱力系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)體系熱效率提升經(jīng)濟(jì)性碳減排余熱回收率系統(tǒng)綜合效率投資回收期運(yùn)維成本節(jié)約率每單位產(chǎn)品減排量能源結(jié)構(gòu)中可再生能源占比05第五章工程熱力學(xué)在建筑節(jié)能與智慧能源系統(tǒng)中的應(yīng)用建筑能耗與可持續(xù)建筑的熱力學(xué)挑戰(zhàn)建筑能耗是全球能源消耗的重要組成部分，而可持續(xù)建筑的熱力學(xué)設(shè)計則是降低建筑能耗的關(guān)鍵。在全球建筑能耗占全球總能耗40%的情況下，如何通過工程熱力學(xué)的設(shè)計和技術(shù)手段，降低建筑的能耗，實現(xiàn)建筑的可持續(xù)發(fā)展，是當(dāng)前建筑領(lǐng)域面臨的重要挑戰(zhàn)。2024年的數(shù)據(jù)顯示，全球建筑能耗中，供暖和制冷占70%，而傳統(tǒng)的建筑熱力學(xué)設(shè)計往往只關(guān)注建筑的舒適性，而忽略了建筑的能源效率。例如，倫敦某超高層建筑能耗高達(dá)500kWh/m2·a，遠(yuǎn)超歐盟標(biāo)準(zhǔn)（150kWh/m2·a），這一數(shù)據(jù)表明，傳統(tǒng)的建筑熱力學(xué)設(shè)計存在著很大的改進(jìn)空間。為了解決這一挑戰(zhàn)，需要從建筑的熱力學(xué)性能、建筑材料、建筑設(shè)備、建筑管理等各個方面入手，進(jìn)行綜合的優(yōu)化設(shè)計。例如，新加坡的零能耗建筑“裕廊生態(tài)建筑”就采用了地源熱泵系統(tǒng)，通過利用地?zé)崮苓M(jìn)行供暖和制冷，實現(xiàn)了建筑的能源自給自足。這一案例表明，通過合理的建筑熱力學(xué)設(shè)計，可以實現(xiàn)建筑的可持續(xù)發(fā)展，降低建筑的能耗，減少對環(huán)境的影響。建筑節(jié)能熱力學(xué)技術(shù)地源熱泵系統(tǒng)技術(shù)原理與案例建筑熱管理技術(shù)原理與案例智慧能源系統(tǒng)設(shè)計框架區(qū)域供冷智能控制熱電一體化冷水溫度穩(wěn)定性能源回收率能耗預(yù)測精度系統(tǒng)響應(yīng)時間熱電材料集成度06第六章工程熱力學(xué)可持續(xù)發(fā)展未來展望與政策建議可持續(xù)發(fā)展趨勢與工程熱力學(xué)使命在全球能源轉(zhuǎn)型的大背景下，工程熱力學(xué)作為能源轉(zhuǎn)換的核心技術(shù)，將面臨前所未有的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)。根據(jù)IEA的預(yù)測，到2030年，全球能源轉(zhuǎn)型需要投資120萬億美元，其中工程熱力學(xué)相關(guān)領(lǐng)域占比高達(dá)55%。然而，目前工程熱力學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)成熟度僅為中等，這表明該領(lǐng)域的發(fā)展仍有許多空間。為了實現(xiàn)能源系統(tǒng)的“碳中和+凈增長”，工程熱力學(xué)需要通過技術(shù)創(chuàng)新、政策協(xié)同和人才培養(yǎng)三重路徑，推動能源系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。技術(shù)創(chuàng)新是工程熱力學(xué)發(fā)展的核心驅(qū)動力，通過研發(fā)新型熱電材料、優(yōu)化熱能梯級利用技術(shù)等，提高能源利用效率，減少能源浪費。政策協(xié)同是工程熱力學(xué)發(fā)展的重要保障，通過制定合理的政策，鼓勵企業(yè)投資研發(fā)，推動工程熱力學(xué)技術(shù)的實際應(yīng)用。人才培養(yǎng)是工程熱力學(xué)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，通過加強(qiáng)工程熱力學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的人才培養(yǎng)，為工程熱力學(xué)的發(fā)展提供人才支撐。在這一背景下，工程熱力學(xué)的發(fā)展不僅具有重要的學(xué)術(shù)價值，更具有深遠(yuǎn)的社會意義和經(jīng)濟(jì)效益。工程熱力學(xué)可持續(xù)發(fā)展未來技術(shù)方向熱聲發(fā)電納米材料量子熱力學(xué)技術(shù)原理與案例技術(shù)原理與案例技術(shù)原理與案例政策建議與工程熱力學(xué)發(fā)展路徑碳定價機(jī)制對化石燃料征收100美元/tCO?預(yù)期效果實施難點研發(fā)補(bǔ)貼對熱電材料研發(fā)補(bǔ)貼50%預(yù)期效果實施難點標(biāo)準(zhǔn)制定強(qiáng)制要求工業(yè)余熱回收率≥70%預(yù)期效果實施難點國際合作建立全球工程熱力學(xué)創(chuàng)新聯(lián)盟預(yù)期