本書以綠色為主線，重點強調綠色思維與綠色理念。從太陽光、光合作用、能源、能量出發(fā)，闡述了碳中和的基本概念，對能源、能量與碳循環(huán)的關系進行了討論；從管理、技術、經濟、工程應用與人才培養(yǎng)等方面，對碳中和的實現(xiàn)進行了綜合分析和闡述。首先，介紹了雙碳目標的發(fā)展現(xiàn)狀、實現(xiàn)路徑和發(fā)展趨勢；其次，重點闡述了降碳、零碳、負碳技術和綠色經濟，并介紹了典型工程應用案例；最后，對碳中和人才需求和人才培養(yǎng)進行了論述。 本書內容豐富、設計新穎，采用主冊與副冊相結合的新型教材設計模式，力爭實現(xiàn)因材施教，適合不同專業(yè)背景的學生開展個性化學習。 本書既可作為碳中和相關專業(yè)研究生、本科生、高職學生的先導課程教材，又可作為非碳中和相關專業(yè)學生的通識課程教材，也可作為中小學教師和干部培訓的教科書，還可供有關專業(yè)人員和管理干部參考。
本書立足于堅持綠色低碳，建設一個清潔美麗的世界，面向碳中和人才培養(yǎng)的實際需求，深入淺出地介紹了碳中和的發(fā)展與未來，立體化展現(xiàn)了碳中和工程的體系結構與關鍵技術；在內容安排和形式呈現(xiàn)上兼顧不同讀者的需求，是具有創(chuàng)新性的通識課程《碳中和導論》教材，也是全民碳中和科普書。
習近平總書記在黨的二十大報告中指出：實現(xiàn)碳達峰碳中和是一場廣泛
而深刻的經濟社會系統(tǒng)性變革。應對全球氣候變化已成為國際社會的共識，
碳中和是人類史無前例的一場自我革命。雙碳目標是一項長期、復雜的系
統(tǒng)工程，將從根本上改變我們每個人的生產、生活、消費和思維方式，對社
會的方方面面產生深遠的影響和重大變革。
為深入貫徹《中共中央 國務院關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好
碳達峰碳中和工作的意見》等文件精神，落實《綠色低碳發(fā)展國民教
育體系建設實施方案》和《加強碳達峰碳中和高等教育人才培養(yǎng)體系建設工
作方案》等文件要求，在清華大學出版社策劃組織下，《碳中和導論》教材編
寫組特編寫本教材。
實現(xiàn)碳達峰碳中和是一場廣泛而深刻的經濟社會系統(tǒng)性變革，對加強新
時代各類人才培養(yǎng)提出了新要求。多措并舉培養(yǎng)踐行綠色低碳理念、適應綠
色低碳社會、引領綠色低碳發(fā)展的新時代人才，發(fā)揮好教育系統(tǒng)人才培養(yǎng)、
科學研究、社會服務、文化傳承的優(yōu)勢，為實現(xiàn)碳達峰碳中和目標做出教育
行業(yè)的特有貢獻。
加強綠色低碳教育，推動專業(yè)轉型升級，加快急需緊缺人才培養(yǎng)，深化產
教融合協(xié)同育人，提升人才培養(yǎng)和科技攻關能力，加強師資隊伍建設，推進
國際交流與合作，為實現(xiàn)碳達峰碳中和目標提供堅強的人才保障和智力支持。
本書以綠色為主線，重點強調綠色思維與綠色理念。全書由崔世鋼
負責總體設計，共分九章。
第1 章由崔世鋼編寫。萬物生長靠太陽，本章從太陽出發(fā)，對物質、能量與能源的關
系，能源與社會發(fā)展的關系進行分析；以綠色為中心，強調綠色思維和綠色理念，重
點突出綠色低碳發(fā)展的重要性和長遠意義；統(tǒng)領本書對雙碳是什么、為什么、怎么辦
展開介紹，內容層層遞進，是全書的內容提要及概述。
第2 章由張永立編寫。首先，介紹了能源的分類與綠色能源的內涵，著重從宏觀到微
觀的角度，基于熱力學基本原理和物理學基礎理論，分析了能源品質與能效的關系，并提
出了按能源品質的分類方法。其次，介紹了綠色能源利用技術的發(fā)展過程與現(xiàn)狀，并針對
太陽能、風能、水能、核能及其他能源的發(fā)展及其關鍵技術分別進行了較為詳細的介紹。
第3 章由杜志強編寫。本章主要介紹在保障能源安全的前提下，隨著越來越多綠色能
源發(fā)電接入，新型電力系統(tǒng)逐步完善并呈現(xiàn)出更多的綠色，最終發(fā)展為綠色電力系統(tǒng)。
內容主要圍繞建設綠色電力系統(tǒng)的關鍵技術展開，包括電網(wǎng)新技術、能源高效利用技術及
綠色電力系統(tǒng)市場機制等。
第4 章由杜志強編寫。本章主要包括兩方面內容：儲能技術和綠色燃料。第一部分從
能量儲存和轉化出發(fā)，介紹了綠色電力系統(tǒng)的建設過程、從發(fā)電端到能源消耗端儲能技術
的發(fā)展及應用，主要包括抽水儲能技術、儲熱技術及新型電力儲能技術；第二部分以氫燃
料和氫儲能為中心，對綠色燃料的發(fā)展與應用做了介紹，主要包括綠氫技術、綠氨技術及
綠氫、綠氨與綠電生態(tài)體系。
第5 章由李欣頎編寫。本章主要以清除碳排放的多余存量為出發(fā)點，講述了碳捕集、
利用與封存（CCUS）技術和生物固碳技術。CCUS 技術通過燃燒前捕集、燃燒后捕集、富
氧化捕集和化學鏈捕集等方式，將CO2 從工業(yè)生產過程或直接從空氣中捕捉出來，經分離、
提純后，在生物、化工、能源開采等領域循環(huán)再利用或直接封存到地下，是一種人工負碳
技術。而在自然界的碳循環(huán)中，同樣可以通過海洋固碳、陸地固碳等生物固碳技術，充分
利用自然界的內在調節(jié)機制，實現(xiàn)CO2 大規(guī)模綠色減排。
第6 章由張永立編寫。本章分析了節(jié)能減碳的本質及其在國民經濟發(fā)展和現(xiàn)代文明建
設中的重要性。節(jié)能減碳的主要內容是節(jié)約和提高能效，著重分析了能效提升的兩個重要
內容，即能源轉化效率和能量利用效率。由于節(jié)能減碳涉及的領域極其廣泛，難以盡述，
因此，本章主要從化石能源的開發(fā)利用與二次能源及能量的利用兩個方面，介紹了與工業(yè)、
農業(yè)、服務業(yè)等息息相關的一些關鍵技術，包括節(jié)煤、節(jié)油、節(jié)氣、節(jié)電，以及綜合能源
管理等方面的節(jié)能技術。
第7 章由崔世鋼編寫。本章主要介紹碳中和的綠色經濟手段。首先介紹了促進碳中和
的主要經濟手段碳市場、碳稅、碳匯及綠色電力交易的基礎知識；然后，分別介紹了
全球和中國碳市場的發(fā)展歷程及綠色金融發(fā)展現(xiàn)狀。最后，根據(jù)綠色評價指標，給出了一
種綜合性多元化的綠色評價參考標準。本章既包含綠色經濟相關理論知識，又提供了具有
可操作性的綠色評價量化參考標準。
第8 章由李云梅、孟憲陽、皮琳琳、薛利晨、趙元元編寫。本章選取國內外四個碳中
和工程典型案例，分別是國內首個碳中和小鎮(zhèn)中新天津生態(tài)城智慧能源小鎮(zhèn)、國內首
個碳中和園區(qū)金風科技亦莊智慧園區(qū)、首個碳中和奧運會北京2022 冬奧會賽事工
程和首屆碳中和世界杯卡塔爾賽事工程。四個案例均堅持綠色發(fā)展理念, 采用了多種技
術綜合應用，多項措施并舉實現(xiàn)碳中和目標。
第9 章由崔世鋼、李欣頎編寫。本章主要介紹碳中和人才需求、培養(yǎng)及就業(yè)。在綠色
低碳發(fā)展下，國家將碳達峰碳中和納入經濟社會發(fā)展全局，綠色能源及相關綠色產業(yè)獲得
極大的發(fā)展機遇，其相關崗位需求大幅增加，產業(yè)需求的變化和技術的變革也帶來了人才
需求規(guī)格、層次的變化。本章在闡述現(xiàn)階段碳中和人才需求的轉變的基礎上，首先介紹了
國內外碳中和人才的培養(yǎng)現(xiàn)狀；然后，根據(jù)我國碳中和相關崗位人才需求制定了碳中和相
關專業(yè)（學科）群人才培養(yǎng)方案；最后，分析了碳中和相關領域（涵蓋理、工、農、經、
管、法多個學科門類）的職業(yè)發(fā)展、人才就業(yè)及升學情況。
參加編寫工作的研究生有：楊夢玉、蔡興宗、陳子川、李云飛、孫晨、石蘭婷、王曉莉、
孫玉豪、蘇繼平、李夢婕、索美霞、彭巖超、曲新悅、李小林、邢淼潔、陳扶璽、李學慧、
袁銳艦等。
雙碳目標的實現(xiàn)是推動我國經濟社會高質量發(fā)展的重要路徑，也是構建人類命運共
同體、促進人類社會可持續(xù)發(fā)展的必由之路。
鑒于首次編寫《碳中和導論》教材，加之碳中和相關內容具有覆蓋面廣、戰(zhàn)線長、技
術創(chuàng)新迭代快等特點，同時介于編著者知識、能力、視野及認識水平的局限性，教材的內
容和呈現(xiàn)方式距離社會的期待還有差距。但考慮到雙碳目標發(fā)展對人才需求和人才培
養(yǎng)迫切需求導論教材，所以我們決定拋磚引玉，盡早補上這一空缺。真誠期望各位專家和
讀者在使用過程中提出寶貴意見，以便再版時更新和完善。
教材編寫組
2023 年9 月
崔世鋼 二級教授，工學博士，博士生導師，中國科學院半導體研究所-信息傳感與智能控制產學研聯(lián)合實驗室副主任。長期從事機器人與人工智能、半導體能源應用、科學技術哲學等方面的科研和教學工作。主持完成國家863計劃、國家自然科學基金等十余項。獲省部級科技進步獎七項；國家教學成果一等獎一項，天津市教學成果獎三項。
曾任天津市信息傳感與智能控制重點實驗室主任，天津市控制科學與工程一級重點學科帶頭人。第42屆世界技能大賽移動機器人項目中國技術指導專家組組長，科技部生產力促進中心協(xié)會服務機器人專委會副主任。第二屆基礎教育課程教材專家工作委員會委員。政協(xié)天津市第十三屆委員會委員，民革天津市第十二、十三屆委員會常委，第二屆天津市高校教學名師，享受國務院政府特殊津貼。
1.1 太陽光、能源與碳循環(huán) / 2
1.1.1 萬物生長靠太陽 / 2
1.1.2 太陽能源之源 / 3
1.1.3 能源與碳循環(huán) / 4
1.1.4 能源利用技術進步是人類文明和社會進步的梯級 / 6
1.2 碳達峰碳中和概述 / 10
1.2.1 氣候變化及應對策略 / 10
1.2.2 碳中和的本質與綠色思維 / 12
1.2.3 碳中和工程與綠色能源 / 13
1.3 碳達峰碳中和的發(fā)展現(xiàn)狀 / 15
1.3.1 全球碳中和進展 / 15
1.3.2 中國碳中和發(fā)展現(xiàn)狀 / 16
1.4 碳中和的實現(xiàn)路徑和發(fā)展方向 / 19
1.4.1 中國的碳中和策略 / 20
1.4.2 實現(xiàn)雙碳目標的技術路徑 / 21
1.4.3 綠色理念與公眾生活 / 22
1.4.4 碳中和未來發(fā)展方向 / 23
1.5 本書內容提要 / 24
思考題 / 25
第1 章
緒 論
1
>>> 碳中和導論 主冊
C H A P T E R 2
2.1 概述 / 28
2.1.1 能源利用與分類 / 28
2.1.2 能源的品質及其分類 / 29
2.1.3 能源利用與生態(tài)文明 / 34
2.1.4 綠色能源的發(fā)展 / 35
2.2 光伏發(fā)電技術 / 35
2.2.1 太陽能電池原理與分類 / 36
2.2.2 太陽能電池制造關鍵技術 / 38
2.2.3 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng) / 40
2.2.4 光伏技術的機遇與挑戰(zhàn) / 42
2.3 風力發(fā)電技術 / 42
2.3.1 風力發(fā)電設備和技術 / 43
2.3.2 風力發(fā)電的運維與回收技術 / 47
2.3.3 其他風能技術 / 47
2.3.4 風能技術的機遇與挑戰(zhàn) / 48
2.4 水力發(fā)電技術 / 49
2.4.1 水力發(fā)電的特點 / 49
2.4.2 水資源的開發(fā)利用技術 / 51
2.4.3 水力發(fā)電關鍵技術 / 51
2.4.4 水力發(fā)電機遇與挑戰(zhàn) / 53
2.5 核能發(fā)電技術 / 53
2.5.1 核能發(fā)電的基本原理 / 53
2.5.2 核反應堆類型 / 54
2.5.3 核能利用的關鍵技術 / 54
2.5.4 核能利用的機遇與挑戰(zhàn) / 56
2.6 其他綠色能源技術 / 56
2.6.1 太陽能光熱技術 / 57
2.6.2 海洋能及相關技術 / 60
2.6.3 地熱能及相關技術 / 63
2.6.4 其他能源技術的機遇與挑戰(zhàn) / 65
2.7 綠色能源的互補利用 / 65
2.7.1 綠色能源轉型的必要性 / 65
2.7.2 構建智能化綠色能源綜合體系 / 66
思考題 / 67
第2 章
綠色
能源
27
VII
>>> 目 錄
C H A P T E R 3
3.1 概述 / 70
3.2 綠色電力系統(tǒng)關鍵技術 / 70
3.2.1 綠色電力系統(tǒng)概念 / 70
3.2.2 傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的特征與面臨的挑戰(zhàn) / 72
3.2.3 大力發(fā)展儲能技術在綠色電力系統(tǒng)中的戰(zhàn)略意義 / 75
3.2.4 火電轉型升級 / 78
3.2.5 關鍵技術 / 80
3.2.6 安全保障機制 / 81
3.3 電網(wǎng)新技術 / 84
3.3.1 先進輸電網(wǎng)技術 / 84
3.3.2 先進配電網(wǎng)技術 / 87
3.4 能源高效利用技術 / 90
3.4.1 電能生產消費融合互動技術 / 90
3.4.2 多能源低碳供能技術 / 92
3.4.3 消費終端電氣化替代技術 / 93
3.5 綠色電力系統(tǒng)市場機制 / 94
3.5.1 電力市場發(fā)展路徑 / 94
3.5.2 電碳協(xié)同電力市場機制 / 95
3.5.3 綠色電力交易 / 96
思考題 / 97
第3 章
綠色電力
系統(tǒng)
69
C H A P T E R 4
4.1 概述 / 100
4.1.1 能量的儲存與轉化 / 100
4.1.2 儲能技術的分類與應用 / 101
4.2 抽水儲能技術 / 102
4.2.1 抽水儲能發(fā)展概述 / 102
4.2.2 抽水儲能原理 / 102
4.2.3 抽水儲能的主要功能 / 103
4.2.4 抽水儲能機遇與挑戰(zhàn) / 104
第4 章
儲能技
術與綠
色燃料
99
VIII
>>> 碳中和導論 主冊
C H A P T E R 5
5.1 概述 / 128
5.2 碳捕集技術 / 130
5.2.1 什么時候捕集二氧化碳 / 130
5.2.2 如何捕集二氧化碳 / 133
5.3 二氧化碳利用與封存技術 / 135
5.3.1 生物利用 / 135
5.3.2 化工利用 / 136
5.3.3 物理利用與封存 / 138
5.4 生物固碳 / 144
5.4.1 海洋固碳 / 144
5.4.2 陸地固碳 / 145
思考題 / 148
第5 章
負碳
技術
127
4.3 儲熱技術 / 105
4.3.1 儲熱技術發(fā)展概述 / 105
4.3.2 儲熱技術的分類和基本原理 / 106
4.3.3 電熱儲能 / 107
4.3.4 儲熱技術的機遇與挑戰(zhàn) / 107
4.4 新型電力儲能技術 / 107
4.4.1 新型電力儲能技術概述 / 108
4.4.2 基本工作原理 / 108
4.4.3 發(fā)展趨勢及擬突破的關鍵技術 / 112
4.4.4 新型電力儲能技術比較 / 115
4.5 綠色燃料 / 116
4.5.1 綠氫技術 / 117
4.5.2 綠氨技術 / 123
4.5.3 綠氫、綠氨與綠電生態(tài)體系 / 124
思考題 / 126
IX
>>> 目 錄
C H A P T E R 6
6.1 概述 / 150
6.2 化石能源節(jié)能減碳技術 / 151
6.2.1 煤炭的節(jié)能減碳技術 / 151
6.2.2 石油的節(jié)能減碳技術 / 153
6.2.3 天然氣的節(jié)能減碳技術 / 156
6.2.4 其他節(jié)能增效技術 / 158
6.2.5 工藝改造與節(jié)能意識 / 160
6.3 能量利用的節(jié)能減碳技術 / 160
6.3.1 節(jié)電技術 / 160
6.3.2 節(jié)油技術 / 165
6.3.3 節(jié)氣技術 / 168
6.4 綜合能源管理節(jié)能技術 / 168
6.4.1 信息與通信技術 / 169
6.4.2 綜合能源管理系統(tǒng) / 169
6.4.3 能源路由器 / 170
思考題 / 171
第6 章
節(jié)能減
碳技術
149
C H A P T E R 7
7.1 概述 / 174
7.1.1 碳交易市場 / 175
7.1.2 碳稅和碳關稅 / 177
7.1.3 碳匯 / 178
7.1.4 綠色電力交易 / 180
7.2 全球碳市場的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 / 181
7.2.1 全球碳市場的現(xiàn)狀 / 181
7.2.2 全球碳市場的發(fā)展趨勢 / 183
7.3 中國碳市場的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 / 184
7.3.1 中國碳市場的現(xiàn)狀 / 184
7.3.2 中國碳市場的發(fā)展趨勢 / 187
7.4 綠色金融 / 188
第7 章
綠色
經濟
173
X
>>> 碳中和導論 主冊
C H A P T E R 8
8.1 國內首個碳中和小鎮(zhèn)中新天津生態(tài)城智慧能源小鎮(zhèn) / 196
8.1.1 綠色能源技術應用 / 197
8.1.2 綠色電力技術應用 / 199
8.1.3 節(jié)能減碳技術應用 / 202
8.1.4 負碳技術應用 / 204
8.1.5 零碳示范單元標準體系 / 204
8.1.6 小結 / 205
8.2 國內首個碳中和園區(qū)金風科技亦莊智慧園區(qū) / 205
8.2.1 綠色能源技術應用 / 206
8.2.2 綠色電力技術應用 / 208
8.2.3 節(jié)能減碳技術應用 / 208
8.2.4 綠色經濟運行 / 210
8.2.5 小結 / 210
8.3 首個碳中和奧運會北京2022 冬奧會賽事工程 / 210
8.3.1 綠色能源技術應用 / 211
8.3.2 節(jié)能減碳技術應用 / 214
8.3.3 負碳技術應用 / 217
8.3.4 綠色經濟運行 / 218
8.3.5 小結 / 219
8.4 首屆碳中和世界杯卡塔爾賽事工程 / 219
8.4.1 綠色能源技術應用 / 220
8.4.2 節(jié)能減碳技術應用 / 221
8.4.3 負碳技術應用 / 225
8.4.4 碳匯經濟實施 / 225
8.4.5 小結 / 226
8.5 總結 / 227
第8 章
碳中和工
程典型應
用案例
195
7.5 綠色評價 / 190
7.5.1 概述 / 190
7.5.2 綠色量化評價 / 190
7.5.3 綠色評價應用舉例 / 193
思考題 / 194
XI
>>> 目 錄
C H A P T E R 9
9.1 碳中和人才需求 / 230
9.1.1 能源行業(yè)發(fā)展對碳中和人才需求 / 230
9.1.2 碳中和相關人才需求 / 231
9.2 碳中和人才培養(yǎng) / 232
9.2.1 碳中和人才培養(yǎng)現(xiàn)狀 / 232
9.2.2 碳中和人才培養(yǎng)特點和課程體系 / 233
9.3 碳中和人才就業(yè) / 237
第9 章
碳中和人
才需求與
人才培養(yǎng)
229
參考文獻 / 239
書單推薦
