本书系统总结了清洁能源工程技术的前沿理论和研究成果，分析了在清洁能源工程实践中取得成功的案例，针对清洁能源在电力领域的工程技术问题提出了相应的解决方案。

全书共11章，主要内容包括绪论、清洁能源工程技术基本理论、清洁能源规划工程技术原理与应用、清洁能源发电工程技术原理与应用、清洁能源市场化运营工程原理与应用、清洁能源电网工程技术原理与应用、清洁能源储能工程技术原理与应用、清洁能源北方供热工程技术原理与应用、清洁能源消纳工程技术原理与应用、电力物联网工程技术原理与应用以及绿色能源低碳工程技术原理与应用。

读者通过本书不仅可以学习清洁能源工程的技术理论和基础知识，也可以掌握清洁能源和绿色能源低碳工程组织、管理和技术实现的方法。

本书可作为高等院校、能源电力行业的教材，也可作为企事业单位领导及从事清洁能源工程的负责人、管理人员以及工程相关技术人员的参考用书。

前

言

能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。纵观人类社会发展的历史，人类文

明的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替。能源的开发利用极大地推进了世界经济

和人类社会的发展。在过去的100 多年里，发达国家先后完成了工业化，消耗了地球上大

量的自然资源，特别是能源资源。当前，一些发展中国家正在步入工业化阶段，能源消费

增加是经济社会发展的客观必然。

全球气候变化是人类社会共同面临的巨大挑战。2015 年12 月12 日《巴黎协定》在巴

黎气候变化大会上通过，并于2016 年4 月22 日在纽约签署。该协定为2020 年后全球应

对气候变化行动做出了安排。《巴黎协定》的主要目标是将全球平均气温上升幅度控制在

工业化前水平以上低于2℃，并努力将气温升幅限制在1.5℃以内。在《巴黎协定》的框架

之下，中国提出了有雄心、有力度的国家自主贡献的四大目标：第一，到2030 年中国单

位生产总值的二氧化碳排放比2005 年下降60% 

～ 

65%；第二，到2030 年非化石能源占

能源消费总量的比重要提升到20% 左右；第三，到2030 年左右，中国的二氧化碳排放要

达到峰值，并且争取尽早达到峰值；第四，增加森林蓄积量和增加碳汇，到2030 年中国

的森林蓄积量要比2005 年增加45 亿立方米。2020 年9 月22 日，习近平主席在第七十五

届联合国大会一般性辩论上宣布，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和

措施，力争于2030 年前二氧化碳排放达到峰值，努力争取2060 年前实现碳中和。

能源是经济社会发展的动力和运行的血液，同时也是大气污染治理的重点领域。随着

近年来我国对能源需求的不断增长和环境保护的日益加强，特别是雾霾等环保问题的不断

来袭，清洁能源的推广应用已成必然趋势。能源供应和安全事关我国现代化建设全局。当前，

世界政治、经济格局深刻调整，能源供求关系深刻变化。我国能源资源约束日益加剧，生

态环境问题突出，调整结构、提高能效和保障能源安全的压力进一步加大，清洁能源发展

面临一系列新问题和新挑战。同时，我国可再生能源、非常规油气和深海油气资源的开发

潜力很大，能源科技创新取得新突破，能源国际合作不断深化，能源发展面临着难得的机遇。

清洁能源工程技术是十分复杂的系统工程，包括国家能源安全和能源战略、人类生存

的环境要求、国家鼓励清洁能源发展的政策和策略、国家经济政策与市场化运行、清洁能

源的合理开发利用、利用清洁能源技术处理过的化石能源（如洁净煤、洁净油）等，其涉

及领域广，工程技术复杂。因此，清洁能源的开发利用日益受到许多国家的重视，尤其是

能源短缺的国家，这是任何国家发展过程中必须面对的课题。

辽宁省能源发展研究中心是辽宁省发展和改革委员会批准，依托国网辽宁省电力有限

公司经济技术研究院设立的省级能源智库和创新平台，主要开展能源生产消费革命战略、

电力及可再生能源规划和消纳以及能源经济和价格政策等方面的研究，并为能源建设项目



前 言

提供前期咨询、评价和评审等服务。同时，依托国网辽宁省能源与电力规划实验室，重点

开展能源经济和电力发展理论及相关专题研究，综合能源服务和能源“互联网+”等新技

术和新业态的研究；分析宏观经济和能源供需形势，开展电力供求平衡和新能源消纳空间

预测，为制定能源战略规划和政策提供技术支撑。本书是作者组织国网辽宁省电力有限公

司科技创新中心攻关团队及国网辽宁省能源与电力规划实验室的工程技术人员，结合辽宁

省、国家电网公司及辽宁省电力有限公司清洁能源发展战略及电力规划重点科研和重大工

程，在深入开展清洁能源工程技术理论研究和吸收成功的工程实践经验的基础上，全面分

析国内外清洁能源的应用现状与发展趋势以及我国清洁能源电力发展特点的基础上编写而

成的。

全书共分11 章，主要内容包括：第1 章绪论；第2 章清洁能源工程技术基本理论；

第3 章清洁能源规划工程技术原理与应用；第4 章清洁能源发电工程技术原理与应用；

第5 章清洁能源市场化运营工程原理与应用；第6 章清洁能源电网工程技术原理与应用；

第7 章清洁能源储能工程技术原理与应用；第8 章清洁能源北方供热工程技术原理与应用；

第9 章清洁能源消纳工程技术原理与应用；第10 章电力物联网工程技术原理与应用；第

11 章绿色能源低碳工程技术原理与应用以及在清洁能源工程技术实践中成功的案例。本

书的突出特点是系统总结了前沿的清洁能源工程技术理论和研究成果，分析了清洁能源工

程实践取得的成功案例，针对清洁能源电力领域的工程技术问题提出了相应的解决方案。

本书是阐述清洁能源工程技术原理与应用的工具书，读者通过本书既可以学到清洁能源工

程技术理论和基础知识，也可以掌握清洁能源工程组织、管理和技术实现的方法。本书既

可作为高等院校、能源电力等行业的教材，也可作为企事业单位领导及从事清洁能源工程

相关工作的负责人、管理人员、工程技术人员的参考用书。

本书在编写过程中得到了很多领导、专家与工作人员的帮助，在此衷心感谢国网能源

研究院，国网经济技术研究院，国网辽宁省电力有限公司科技互联网部、发展策划部，哈

尔滨工业大学，大连理工大学，东北大学，沈阳工业大学的领导和专家给予的指导与帮助；

衷心感谢国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院和战略发展研究中心（科技创新中心、

电价政策研究中心）以及辽宁省能源发展研究中心、国网辽宁省电力有限公司科技创新中

心攻关团队、辽宁省能源与电力规划实验室的领导和同事们对本书的出版提供的大力支持；

衷心感谢辽宁省电力有限公司享受国务院特殊津贴专家、辽宁省优秀专家、教授级高级工

程师潘明惠博士的指导和帮助。由于时间仓促，作者水平有限，书中难免存在错误或不妥

之处，敬请读者批评与指正。

潘霄

2021 年8 月于沈阳



第1章 绪论 / 1 

1.1 背景与意义 / 2 

1.2 国内外清洁能源工程技术发展趋势 / 7 

1.2.1 国际清洁能源工程技术发展趋势 / 7 

1.2.2 我国清洁能源工程技术发展趋势 / 16 

1.3 我国清洁能源工程技术发展面临的挑战 / 20 

1.3.1 清洁能源工程技术发展面临的形势 / 20 

1.3.2 我国能源电力转型发展展望与挑战 / 22 

1.3.3 清洁能源工程技术主要研究方向 / 26 

第2章 清洁能源工程技术基本理论 / 31 

2.1 能源与清洁能源基本概念 / 32 

2.1.1 能源的基本定义 / 32 

2.1.2 化石能源基本概念 / 34 

2.1.3 清洁能源基本概念 / 36 

2.2 能源电力绿色发展基础知识 / 40 

2.2.1 能源电力重点关注绿色发展 / 40 

2.2.2 绿色发展是经济社会发展的必然选择 / 43 

2.2.3 绿色经济与绿色能源 / 46 

2.2.4 区块链在能源电力行业应用分析 / 48 

2.3 清洁能源工程技术基本原理 / 51 

2.3.1 能源电力规划工程系统动力学原理 / 51 

2.3.2 清洁能源工程技术相关理论 / 52 

2.3.3 新发展格局下的我国绿色电力发展研究 / 56 

2.3.4 加快以新能源为主体的新型电力系统战略研究 / 60 

第3章 清洁能源规划工程技术原理与应用 / 63 

3.1 清洁能源规划工程技术基础知识 / 64 

3.1.1 清洁能源规划工程的概念 / 64 



目 录

3.1.2 我国能源电力发展趋势与展望 / 66 

3.1.3 清洁能源工程技术发展实施策略 / 69 

3.2 能源规划技术及实现方法 / 76 

3.2.1 能源规划设计步骤及基本方法 / 76 

3.2.2 能源消费预测技术方法 / 77 

3.2.3 能源平衡分析技术方法 / 78 

3.2.4 主要指标计算分析方法 / 80 

3.3 国家能源安全与发展战略 / 85 

3.3.1 能源安全与发展战略基本概念 / 85 

3.3.2 我国能源安全面临的主要挑战 / 87 

3.3.3 我国能源安全与能源发展战略 / 87 

3.3.4 实施电能替代推动能源消费革命 / 90 

第4章 清洁能源发电工程技术原理与应用 / 95 

4.1 清洁能源发电工程技术基础 / 96 

4.1.1 太阳能发电基本概念 / 96 

4.1.2 风能发电基本概念 / 99 

4.1.3 生物质能发电基本概念 / 102 

4.2 常规能源发电工程技术原理与应用 / 105 

4.2.1 火力发电工程技术原理与应用 / 105 

4.2.2 水力发电工程技术原理与应用 / 110 

4.2.3 核能发电工程技术原理与应用 / 113 

4.3 国家清洁能源工程发展规划策略 / 116 

4.3.1 清洁能源工程太阳能发展规划 / 116 

4.3.2 清洁能源工程风能发展规划 / 121 

4.3.3 清洁能源工程生物质能发展规划 / 125 

第5章 清洁能源市场化运营工程原理与应用 / 129 

5.1 清洁能源市场化运营的基本原理 / 130 

5.1.1 电力市场基本概念 / 130 

5.1.2 电力市场改革对清洁能源企业的影响 / 131 

5.1.3 我国电力交易市场模式与运行方式 / 133 

5.1.4 我国电力市场与碳市场协同发展研究 / 137 

5.2 我国电力市场化电价形成机制 / 140 



清洁能源工程技术原理与应用

5.2.1 电价的定义 / 140 

5.2.2 电价的构成 / 141 

5.2.3 电费的结算方式 / 142 

5.2.4 电价的政策性调节 / 143 

5.3 清洁能源市场化运营工程应用案例 / 145 

5.3.1 多种形式能源协调的电力交易计划模型 / 145 

5.3.2 我国分布式发电市场化交易应用案例 / 147 

5.3.3 我国碳排放权交易市场启动应用案例 / 150 

5.3.4 美国机动车碳减排事例及对我国的启示 / 152 

第6章 清洁能源电网工程技术原理与应用 / 156 

6.1 清洁能源电网工程基本概念 / 157 

6.1.1 电力系统及电网工程基本概念 / 157 

6.1.2 微电网技术与能源互联网应用 / 158 

6.1.3 电、热等多种能量形式的协调优化与调度策略 / 161 

6.2 绿色能源电网运行与发展面临的挑战 / 164 

6.2.1 多种能源电网调峰模式及调度策略 / 165 

6.2.2 清洁能源网源储运行控制技术 / 168 

6.2.3 新型电力系统与现代化电网企业 / 174 

6.3 构建以新能源为主体的新型电力系统 / 177 

6.3.1 新型电力系统对电网及企业发展影响 / 177 

6.3.2 “双碳”目标下构建新型电力系统 / 179 

6.3.3 能源电力企业转型面临的挑战与机遇 / 182 

第7章 清洁能源储能工程技术原理与应用 / 186 

7.1 储能及储能技术基本概念 / 187 

7.1.1 储能及储能技术 / 187 

7.1.2 储能技术原理及分类 / 188 

7.1.3 我国储能工程技术发展战略 / 195 

7.2 清洁能源储能工程发展综合分析 / 198 

7.2.1 储能及国内外发展概况 / 198 

7.2.2 抽水蓄能发展及新机投产情况 / 199 

7.2.3 电化学储能发展情况 / 202 

7.2.4 我国储能技术及行业未来发展趋势 / 203 



目 录

7.3 储能技术及其产业发展应用分析 / 207 

7.3.1 储能系统参与电网调峰技术应用 / 207 

7.3.2 储能是新型能源电力系统构建的基石 / 209 

7.3.3 “两个一体化”是新型电力系统高质量发展的必然选择 / 211 

第8章 清洁能源北方供热工程技术原理与应用 / 215 

8.1 清洁能源北方供热工程技术基础知识 / 216 

8.1.1 清洁能源北方供暖基本概念 / 216 

8.1.2 北方地区清洁能源供暖情况及存在的问题 / 221 

8.1.3 清洁能源供暖主要类型及效能分析 / 224 

8.2 利用弃风储热北方供暖技术体系构建 / 228 

8.2.1 利用弃风储热北方供暖技术发展趋势 / 228 

8.2.2 利用弃风储热北方供暖技术体系构建方法 / 233 

8.2.3 构建北方供暖技术体系实施步骤 / 235 

8.3 清洁能源北方供热工程实施的保障措施 / 237 

8.3.1 加快清洁能源北方供热体制机制变革 / 237 

8.3.2 构建清洁供暖产业体系及能源供应 / 240 

8.3.3 清洁能源供热工程技术典型应用 / 242 

第9章 清洁能源消纳工程技术原理与应用 / 245 

9.1 清洁能源消纳工程技术基础知识 / 246 

9.1.1 清洁能源消纳工程基本概念 / 246 

9.1.2 清洁能源消纳工程技术实施方法 / 248 

9.1.3 对电网及电源应采取的主要措施 / 250 

9.1.4 电网企业推动构建新型电力系统 / 253 

9.2　新时代我国清洁能源发展现状与趋势 / 256 

9.2.1 我国清洁能源发展历程与成就 / 256 

9.2.2 变革能源消费方式，建设清洁能源供应体系 / 258 

9.2.3 发挥科技创新作用，深化能源体制改革 / 263 

9.3 辽宁省清洁能源消纳工程技术案例分析 / 265 

9.3.1 清洁能源装机及机组运行特性 / 266 

9.3.2 用电负荷特性及负荷预测 / 267 

9.3.3 各类型机组发电成本分析 / 269 

9.3.4 未来几年清洁能源消纳特点分析 / 271 



清洁能源工程技术原理与应用

第10章 电力物联网工程技术原理与应用 / 275 

10.1 电力物联网工程基本理论 / 276 

10.1.1 物联网工程技术基础知识 / 276 

10.1.2 电力物联网基本概念 / 278 

10.1.3 互联网与物联网比较分析 / 279 

10.2 电力物联网工程技术在电网中的应用 / 280 

10.2.1 能源互联网工程技术应用 / 281 

10.2.2 电力物联网技术在智能电网技术中的应用 / 284 

10.2.3 基于物联网的电力系统应用分析 / 287 

10.2.4 电网GIS与物联网工程技术应用 / 290 

10.3 电力物联网在电网企业应用分析 / 292 

10.3.1 电力企业发展面临的形势与挑战 / 292 

10.3.2 电力物联网企业应用与发展现状 / 295 

10.3.3 电力物联网应用与发展的重点领域 / 297 

第11章 绿色能源低碳工程技术原理与应用 / 304 

11.1 绿色能源低碳工程基础知识 / 305 

11.1.1 绿色能源低碳工程 / 305 

11.1.2 碳源与碳汇 / 307 

11.1.3 碳排放、碳达峰与碳中和 / 309 

11.2 绿色低碳经济发展的主要工程方法 / 313 

11.2.1 二氧化碳的捕集、固定与利用技术 / 313 

11.2.2 电力与工业领域是绿色低碳经济结构转型重点 / 317 

11.2.3 碳达峰与碳中和背景下工业企业的减碳措施 / 320 

11.2.4 绿色低碳循环发展经济体系的新模式 / 323 

11.3 我国实现碳达峰与碳中和的主要目标及途径 / 328 

11.3.1 我国实现碳达峰与碳中和的目标与重大意义 / 328 

11.3.2 我国实现碳达峰与碳中和的机遇与挑战 / 330 

11.3.3 我国实现碳达峰与碳中和的主要途径 / 333 

11.3.4 构建新型电力系统对电网企业发展的影响 / 338 

参考文献 / 341 



? 紧密结合国网辽宁省电力有限公司清洁能源发展战略及电力规划；

? 详细剖析国内外清洁能源应用现状、发展趋势以及我国清洁能源电力的发展特点；

? 系统总结清洁能源工程技术的理论研究成果和成功的工程实践经验；

? 全面解读针对清洁能源电力领域的工程技术问题提出的解决方案。