应用型高校产教融合系列教材·大电类专业系列

新能源与可持续发展概论

张菁蔡光宗主编

王宇卫朱宏声田羽王国良臧甲杰副主编

内 容 简 介

本书共有12章内容，系统地介绍了太阳能、风能、生物质能等新能源的概念与新能源技术，并对国内外新能源近些年的发展、应用与相关政策进行了系统的阐述，对可持续发展的内涵和要求，人口、资源、环境、经济、社会、科技与可持续发展的关系，实现可持续发展的途径和意义以及新能源与可持续发展的现状和未来展望进行了深入的论述。 本书可作为高等院校新能源科学与工程本科专业的教材或参考书，也可作为高等院校相关专业通识选修课教材，还可供有意进军能源领域的人士和关注环境问题的人士参考。

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图书在版编目 （CIP） 数据

新能源与可持续发展概论 / 张菁, 蔡光宗主编.  北京 : 清华大学出版社, 2026. 8. 

(应用型高校产教融合系列教材).  ISBN 9787302722656 

Ⅰ. TK01 

中国国家版本馆CIP数据核字第20260F3D67号

责任编辑：  王欣

封面设计：  何凤霞

责任校对：  王淑云

责任印制：  杨艳

出版发行：  清华大学出版社

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印装者：  三河市天利华印刷装订有限公司

经销：  全国新华书店

开本：  185mm×260mm印张：  22.75〓〓  字数：  551千字

版次：  2026年8月第1版印次：  2026年8月第1次印刷

定价：  86.00元

产品编号：  10587001

丛书序

教材是知识传播的主要载体、教学的根本依据、人才培养的重要基石。《国务院办公厅关于深化产教融合的若干意见》明确提出，要深化“引企入教”改革，支持引导企业深度参与职业学校、高等学校教育教学改革，多种方式参与学校专业规划、教材开发、教学设计、课程设置、实习实训，促进企业需求融入人才培养环节。随着科技的飞速发展和产业结构的不断升级，高等教育与产业界的紧密结合已成为培养创新型人才、推动社会进步的重要途径。产教融合不仅是教育与产业协同发展的必然趋势，更是提高教育质量、促进学生就业、服务经济社会发展的有效手段。

上海工程技术大学是教育部“卓越工程师教育培养计划”首批试点高校、全国地方高校新工科建设牵头单位、上海市“高水平地方应用型高校”试点建设单位，具有40多年的产学合作教育经验。学校坚持依托现代产业办学、服务经济社会发展的办学宗旨，以现代产业发展需求为导向，学科群、专业群对接产业链和技术链，以产学研战略联盟为平台，与行业、企业共同构建了协同办学、协同育人、协同创新的“三协同”模式。

在实施“卓越工程师教育培养计划”期间，学校自2010年开始陆续出版了一系列卓越工程师教育培养计划配套教材，为培养出具备卓越能力的工程师作出了贡献。时隔10多年，为贯彻国家有关战略要求，落实《国务院办公厅关于深化产教融合的若干意见》，结合《现代产业学院建设指南（试行）》《上海工程技术大学合作教育新方案实施意见》文件精神，进一步编写了这套强调科学性、先进性、原创性、适用性的高质量应用型高校产教融合系列教材，深入推动产教融合实践与探索，加强校企合作，引导行业企业深度参与教材编写，提升人才培养的适应性，旨在培养学生的创新思维和实践能力，为学生提供更加贴近实际、更具前瞻性的学习材料，使他们在学习过程中能够更好地适应未来职业发展的需要。

在教材编写过程中，始终坚持以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，全面贯彻党的教育方针，落实立德树人根本任务，质量为先，立足于合作教育的传承与创新，突出产教融合、校企合作特色，校企双元开发，注重理论与实践、案例等相结合，以真实生产项目、典型工作任务、案例等为载体，构建项目化、任务式、模块化、基于实际生产工作过程的教材体系，力求通过与企业的紧密合作，紧跟产业发展趋势和行业人才需求，将行业、产业、企业发展的新技术、新工艺、新规范纳入教材，使教材既具有理论深度，能够反映未来技术发展，又具有实践指导意义，使学生能够在学习过程中与行业需求保持同步。

系列教材注重培养学生的创新能力和实践能力。通过设置丰富的实践案例和实验项目，引导学生将所学知识应用于实际问题的解决中。相信通过这样的学习方式，学生将更加具备竞争力，成为推动经济社会发展的有生力量。

本套应用型高校产教融合系列教材的出版，既是学校教育教学改革成果的集中展示，也是对未来产教融合教育发展的积极探索。教材的特色和价值不仅体现在内容的全面性和前沿性上，更体现在其对于产教融合教育模式的深入探索和实践上。期待系列教材能够为高等教育改革和创新人才培养贡献力量，为广大学生和教育工作者提供一个全新的教学平台，共同推动产教融合教育的发展和创新，更好地赋能新质生产力发展。

中国工程院院士、中国工程院原常务副院长

2024年5月

前言

能源是人类社会和经济发展的重要物质基础，其消费水平也是各国社会经济发展水平的重要标志。21世纪人类使用能源的方向在于实现能源结构转型，即由化石能源体系转向清洁低碳的新能源体系。方向已定，目标已明，关键是如何加快推进能源结构的转型。为此，许多国家围绕推进新能源发展制定了国家战略，而要落实战略目标，迫切需要培养大批专业人才，尤其是高级工程科技人才。

毫无疑问，培养新能源专业人才是新能源高等教育工作者的责任。未来让新能源更好地服务于人类可持续发展的目标，则更多的是新能源相关专业一批批青年学子的责任。为了引导学生进入充满魅力和挑战的新能源世界并爱上新能源，我们组织专家对本教材的架构进行了深入思考和广泛讨论，并形成了以下知识架构： 

本书以制约可持续发展的资源和环境问题为主线，以新能源的召唤、人与自然的和谐为核心，重点阐述新能源、环境与可持续发展的关系。同时，融入环境污染、新能源的开发及综合应用的典型案例，以此分析新能源的开发和应用对资源、环境及可持续发展带来的机遇与挑战。本书兼顾基本性、多元性、整合性、趣味性，力争妥善处理能源领域通识教育与专业教育中存在的“通”与“专”的问题，有意识地打破专业壁垒，开阔学生视野，培养其文化通感和科学精神。

第一，围绕能源与环境这两个关系人类可持续发展的重大主题，描述新能源发展的宏大时代背景和世界能源消耗趋势，使学生了解新能源快速发展背后的逻辑，这是第1章的主题。

第二，全面介绍各种新能源技术，重点介绍太阳能、风能、生物质能等新能源技术，使学生形成对新能源技术的整体认知，以避免进入专业学习阶段后产生“只见树木、不见森林”的问题，这是第2~5章的主要任务。

第三，系统介绍新能源技术的应用，主要介绍在新能源汽车方面的技术现状和未来发展趋势。这是第6章的主要内容。

第四，整体分析资源利用与环境问题的产生，进而引出可持续发展的理念，介绍了其内涵、历史沿革及基本理论； 接着阐述了人口、资源、环境、经济、社会、科技与可持续发展的关系，分析了新能源的开发和应用对各种资源及可持续发展带来的机遇与挑战，主要明确了资源、环境与可持续发展的辩证关系和实现可持续发展的路径。这是第7~11章要实现的目标。

第五，主要明确新能源与可持续发展的现状和未来发展趋势。首先探讨了环境污染、资源约束和可持续发展的关系； 接着介绍了世界主要国家新能源产业政策的研究进展，进而阐述了各国新能源战略的演进与中国新能源战略的选择； 最后分析了全球能源互联网如何推动能源社会的可持续发展，阐明了构建全球能源互联网的重大意义。这是第12章的主要内容。

本书具备以下特点： 

第一，本书是产教融合系列教材。产教融合能从根本上解决人才培养与社会需求脱节的问题，而产教融合教材是这场教育改革、转型发展的重要载体。本书应用特征明确，校企双元协同开发，能推动学生的应用能力培养。本书内容体现产业需求或工程实际，具有显著应用型特征。

第二，具有时代性、先进性、创新性，能为培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才和卓越工程师打下良好的专业基础。

第三，特色鲜明，实用性强，方便读者自学。相关章节中安排有新能源技术的相关实例，方便学生自学，将每个知识点紧密结合到相关学科，可以提高学生学习兴趣，方便不同基础的学生自学。

第四，重点突出，简明清晰，结论表述准确。对新能源和可持续发展的理论阐述清楚，结论准确，有利于培养学生的思维能力和解决实际工程问题的能力。

第五，难易适中，适用面广，符合因材施教的要求。本书适合不同的读者学习和参考使用，也适合普通高校教学之用。

第六，系统性强，强化应用，培养学生的动手能力。在本书的编写过程中，在确保新能源知识系统性的基础上，调研并参考了相关行业专家的意见。本书特别适用于卓越工程师培养以及创新型、实用型人才培养，相关工程技术人员在解决实际问题时也可参考使用。

鉴于首次编写这样一本教材，加之新能源专业方向的多样性及其所涉及学科的广泛性，同时囿于作者知识、能力和视野的局限性，教材的整体内容和呈现方式与所设定的目标还有差距，但考虑到国内新能源高等教育发展到今天，迫切需求新能源相关专业导论教材，所以我们决定先将其付梓，尽早补上这一空缺。真诚期望各所院校在使用过程中能不断提出宝贵意见，以便再版时更新和完善。

本书由上海工程技术大学电子电气工程学院张菁和上海电力设计院有限公司党委书记、董事长蔡光宗担任主编，上海电力设计院有限公司的王宇卫、朱宏声、田羽和上海工程技术大学的王国良、臧甲杰担任副主编。在本书的编写过程中，作者总结和吸收了新能源领域前辈的研究成果和有益经验，力求重点突出、理论结合实际，还得到了上海电力设计院有限公司的大力支持，在此一并表示衷心感谢!

编者

2025年12月

目录

第1章〓绪论

1.1能源可持续利用时代图景概览 / 

1．1．1丹麦——新能源事业的先驱者 / 

1．1．2日本——新能源事业的开拓者 / 

1．1．3美国——新能源事业的领跑者 / 

1.2发展新能源的历史逻辑 / 

1．2．1世界能源消耗趋势 / 

1．2．2现阶段能源结构存在的诸多问题 / 

第2章〓新能源概述

2.1三次能源革命 / 

2.2新能源的概念 / 

2.3新能源的分类 / 

2.4新能源的特点 / 

2.5储能 / 

2．5．1储能方式 / 

2．5．2储能技术的应用 / 

2.6新能源的发展趋势及展望 / 

2．6．1新能源发展趋势 / 

2．6．2新能源及其行业发展趋势展望 / 

第3章〓太阳能——新能源的领军者

3.1太阳能的概念 / 

3.2太阳能的转换利用技术途径 / 

3．2．1光热发电 / 

3．2．2光伏发电 / 

3.3我国的太阳能资源分布 / 

3.4太阳能光伏发电的优势和问题 / 

3.5光伏发电的原理与光伏并网体系架构 / 

3.6光伏并网逆变器拓扑介绍 / 

3．6．1隔离型光伏并网逆变器 / 

3．6．2非隔离型光伏并网逆变器 / 

3.7最大功率输出点跟踪控制原理 / 

3.8光伏发电的发展历程 / 

3．8．1光伏发电的发展现状 / 

3．8．2光伏发电的发展趋势 / 

3.9中国光伏产业发展现状： 挑战与对策 / 

3.9.1我国光伏产业现状 / 

3．9．2对中国光伏产业链的分析 / 

3．9．3中国光伏产业面临的主要问题与对策建议 / 

第4章〓风能及其利用

4.1风能利用的历史和现状 / 

4.2风力发电系统的组成、原理及应用 / 

4.3风力发电系统的类型 / 

4．3．1定速风力发电系统 / 

4．3．2变速风力发电系统 / 

4．3．3变速恒频风力发电机组 / 

4．3．4风力发电能量转换原理 / 

4.4风力发电场的选址及运维 / 

4.5风力发电并网 / 

4.6风能资源 / 

4.7基于产业链与产业集群视角的中国风电产业发展研究 / 

4．7．1中国风电产业链的构成 / 

4．7．2中国风电产业链的发展历程 / 

4．7．3中国风电产业链各环节的竞争格局 / 

4．7．4风电产业链主要环节的国际对标 / 

4．7．5中国风电产业链存在的问题 / 

4．7．6中国风电产业链问题的成因 / 

4．7．7中国海上风电发展现状及未来展望 / 

4．7．8完善中国风电产业链的建议 / 

第5章〓生物质能

5.1生物质能的概念及分类 / 

5.2生物质能的特点 / 

5.3生物质转化利用技术途径 / 

5．3．1生物质热化学转化 / 

5．3．2生物质生物化学转化 / 

5．3．3生物质其他转化利用途径 / 

5．3．4生物炼制 / 

5.4中国生物质能产业链发展现状及趋势 / 

5．4．1生物质能产业发展趋势 / 

5．4．2中国生物质能产业链建设现状 / 

5．4．3中国生物质能产业链发展面临的挑战 / 

5．4．4优化中国生物质能产业链的对策与建议 / 

第6章〓新能源技术的应用

6.1新能源汽车 / 

6.2新能源汽车技术 / 

6．2．1混合动力汽车 / 

6．2．2天然气汽车 / 

6．2．3纯电动汽车 / 

6．2．4燃料电池汽车 / 

6.3新能源汽车的发展前景 / 

第7章〓资源利用与环境问题的产生

7.1环境的基本概念 / 

7．1．1环境的概念及其基本类型 / 

7．1．2环境污染与环境问题 / 

7．1．3全球性环境问题 / 

7.2气候危机 / 

7．2．1概述 / 

7．2．2气候危机的产生原因 / 

7．2．3气候变化问题的兴起 / 

7．2．4温室效应的影响 / 

7．2．5温室效应的控制对策 / 

7.3臭氧层被破坏的原因、危害及防治措施 / 

7．3．1臭氧层及其作用 / 

7．3．2臭氧层空洞解析 / 

7．3．3臭氧层空洞的危害及对策 / 

7.4大气污染 / 

7．4．1大气污染实录 / 

7．4．2大气污染解析 / 

7．4．3大气污染的危害 / 

第8章〓可持续发展概述

8.1可持续发展的定义 / 

8.2可持续发展思想的产生 / 

8.3可持续发展的地学思考 / 

8.4可持续发展的基本理论 / 

8．4．1可持续发展的形式  / 

8．4．2可持续发展的主要内容  / 

8．4．3可持续发展的基本原则  / 

8．4．4实施可持续发展的要求  / 

8．4．5可持续发展的要素  / 

8．4．6可持续发展理论和经济学  / 

8.5可持续发展的案例 / 

8．5．1德国12号矿区变身工业遗址公园  / 

8．5．2其他案例解析  / 

第9章〓人口、资源、环境可持续发展研究

9.1人口可持续发展 / 

9．1．1人口内涵与人口观 / 

9．1．2人口在可持续发展中的地位和作用 / 

9.2资源可持续发展 / 

9.2.1资源物质观 / 

9.2.2资源稀缺论 / 

9.2.3人口压力观 / 

9.2.4资源系统观 / 

9.2.5资源经济观 / 

9.2.6资源消费观 / 

9.3环境内涵与环境观 / 

9．3．1环境保护意识萌创和环境科学兴盛 / 

9．3．2环境统一观的具体内容及在现代社会中的应用 / 

9．3．3环境经济观 / 

9．3．4环境和谐观——现代“三圈”发展模式 / 

9．3．5环境协调观 / 

第10章〓经济、社会、科技可持续发展研究

10.1经济可持续发展 / 

10.1.1新的经济发展观 / 

10.1.2可持续经济发展能力 / 

10.1.3经济可持续发展战略目标及实现途径 / 

10.1.4区际关系可持续发展 / 

10.2社会可持续发展 / 

10．2．1社会可持续发展的内涵与社会观 / 

10．2．2社会可持续发展的哲学基础 / 

10．2．3社会可持续发展自然观 / 

10．2．4可持续社会发展能力及其指标体系 / 

10.3科技可持续发展 / 

10．3．1新技术革命与人类社会文明转型 / 

10．3．2高科技产业化的背景与社会意义 / 

10．3．3创新 / 

第11章〓人口、资源、环境、经济、社会、科技与可持续发展的关系

11.1可持续发展的辩证关系 / 

11．1．1可持续发展的内涵与基本模式 / 

11．1．2可持续发展系统互动关系 / 

11.2可持续发展系统内部稀缺性 / 

11．2．1人口、资源、环境的稀缺性及其合理配置 / 

11．2．2人口、资源与环境经济学 / 

11．2．3人类行为外部效应 / 

11.3从经济人到生态人 / 

11．3．1经济效益变革为系统生态经济效益 / 

11．3．2从恶性循环到良性循环 / 

第12章〓新能源与可持续发展现状及展望

12.1环境污染、资源约束和可持续发展探讨 / 

12．1．1气候变化在物理层面和制度层面都对各国形成碳约束 / 

12．1．2应对碳约束的能力将成为重要的国际竞争力 / 

12．1．3发展新能源及其产业是应对碳约束的重要手段 / 

12．1．4新能源产业发展迎来重大机遇 / 

12.2关于中国新能源产业政策的研究进展 / 

12．2．1产能调控视角： 针对产能非理性扩张问题 / 

12．2．2产业竞争力视角： 针对创新能力等问题 / 

12．2．3内需创造视角： 针对能源—环境政策等问题 / 

12.3关于中国新能源战略的研究进展 / 

12．3．1能源安全的视角 / 

12．3．2环境安全的视角 / 

12.4主要国家新能源战略的演进与中国新能源战略的选择 / 

12．4．1主要发达国家新能源战略的演进 / 

12．4．2其他重要国家新能源发展战略与政策 / 

12．4．3主要国家新能源战略的特点比较与启迪 / 

12．4．4中国新能源战略定位与能源系统转型 / 

12.5全球能源互联网推动能源社会的可持续发展 / 

12．5．1构建能源互联网的重大意义 / 

12．5．2能源互联网的内涵与特征 / 

12．5．3国内外能源互联网的发展现状 / 

12.5.4中国能源互联网建设系统推进阶段面临的突破与挑战 / 

12．5．5中国破解能源互联网困境的对策与建议 / 

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