可持续能源 技术 规划和政策基础 约翰·伦道夫 可持续能源 新能源 碳减排 清洁能源 能源环境等专业高年级本科生及研究生

《可持续能源——技术、规划和政策基础》在全球能源问题日益严峻的大背景下，介绍说明可持续能源这一得到广泛认可的解决方案，内容涉及科学、技术、设计、经济、金融、规划、政策、政治和社会等诸多维度，整合了能源数据分析、工程设计、生命周期经济成本效益、环境影响评估及规划和政策等方面的内容，展现了多年来能源模式、高效可再生能源系统及能源规划政策的研究实践综合成果，令可持续能源理论科学化，并通过实例使理论在技术层面更易理解。《可持续能源——技术、规划和政策基础》可供广大能源、环境等领域研究人员和技术人员阅读参考，还可供对新能源、碳减排等感兴趣的社会各界人士阅读，同时，可作为能源、环境等专业的高年级本科生和研究生教材使用。

《可持续能源——技术、规划和政策基础》首先介绍了能源模式和发展趋势与能源基本原理，而后探究了可持续能源在建筑、电力、交通和土地方面的实际应用，此外还讨论了可持续能源相关的政策和规划，并附有丰富的图表、模型和实例，全面地展现了可持续能源的发展历程、专业基础、实际应用、发展前景和相关政策规划等。
本书可供广大能源、环境等领域研究人员和技术人员阅读参考，还可供对新能源、碳减排等感兴趣的社会各界人士阅读，同时，可作为能源、环境等专业的高年级本科生和研究生教材使用。

宋欣，水电水利规划设计总院教授级高工。多年从事可持续能源、清洁能源的科研工作，具有丰富的相关工作经验。

第一部分能源模式和发展趋势
第1章能源危机和利用模式2
1.1我们的能源困境3
1.2历史的观点：能源与文明4
1.3全球能源供应和消费6
1.4美国的能源供应和消费14
1.5本章总结21

第2章能源与可持续性23
2.1可持续能源标准24
2.2化石燃料的资源限制25
2.3化石燃料的环境限制35
2.4核能：曾经的伟大希望，现在正在衰落43
2.5向清洁能源的过渡正在发生：能效和可再生能源45
2.6本章总结52

第3章能源未来54
3.1不断变化的能源系统的复杂性55
3.2未来规划和展望56
3.3官方对能源未来的展望：美国EIA和IEA展望63
3.4未来能源情景：不同的假设、不同的路径、不同的未来69
3.5可能的能源未来：可持续能源路线图73
3.6能源市场力量和投资情景80
3.7本章总结84


第二部分能源的基本原理
第4章能源科学的基本原理88
4.1简介88
4.2能源科学基础89
4.3机械能93
4.4热能96
4.5电能100
4.6化学能104
4.7太阳能108
4.8核能114
4.9本章总结118

第5章能量分析与生命周期评估120
5.1生命周期思想和可持续性分析的原则121
5.2能量分析122
5.3能源审计、能源数据监测、能源控制和管理129
5.4能源系统经济分析133
5.5能源和材料系统的环境分析143
5.6本章总结152


第三部分建筑与能源
第6章建筑物的能源效率154
6.1住宅和商业建筑155
6.2场地能源和一次能源156
6.3热损失计算简介157
6.4窗户的热损失163
6.5墙体、天花板和地面的热损失167
6.6渗透作用热损失171
6.7总体热损失系数176
6.8供暖规模制定178
6.9年均供暖费用179
6.10提高能效的影响182
6.11供暖、通风和空调系统184
6.12热泵188
6.13本章总结192

第7章接近净零能耗：建筑物太阳能应用193
7.1太阳能资源193
7.2节能建筑设计策略199
7.3制冷负荷202
7.4被动式太阳能供暖210
7.5生活用水加热系统217
7.6接近净零能耗的太阳能房屋224
7.7本章总结225

第8章全建筑净零能耗226
8.1绿色建筑和绿色社区的发展226
8.2全建筑能源技术：电气设备和照明设备230
8.3建筑物能源效益准则：面向全建筑能耗241
8.4全建筑生命周期：建筑中的隐含能源245
8.5绿色建筑评估249
8.6零能耗建筑256
8.7面向全社区能源257
8.8本章总结258


第四部分可持续电力
第9章集中式电力系统260
9.1简介260
9.2电磁：电力的技术基础261
9.3实现现代电能应用：爱迪生、威斯汀豪斯和英萨尔261
9.4电力基础设施263
9.5电能的产生269
9.6传统发电厂的经济效益276
9.7本章总结282

第10章分布式能源284
10.1以分布式能源进行电网平衡284
10.2另一种挑战：“鸭型曲线”286
10.3需求侧管理（DSM）288
10.4需求响应项目291
10.5能源储存之一：蓄热295
10.6能源储存之二：储电298
10.7分布式发电（DG）302
10.8本章总结308

第11章光伏系统310
11.1光伏的历史310
11.2晶体硅太阳能电池311
11.3光伏制造316
11.4从单元到模块再到阵列最终到系统317
11.5太阳能性能评估319
11.6光伏系统的经济性323
11.7离网光伏系统329
11.8本章总结331

第12章大规模可再生能源333
12.1分布式太阳能333
12.2公用事业规模的可再生能源系统融资336
12.3风力发电338
12.4集中式太阳能（CSP）系统347
12.5本章总结350


第五部分可持续交通和土地利用
第13章交通能源与高效交通工具354
13.1交通中的能源使用356
13.2交通运输车辆能效362
13.3汽车排放和燃料标准：主要的三级减排，2017—2025年368
13.4新兴车辆技术：行业变革者？371
13.5车辆技术：未来燃料消耗减少和制造成本383
13.6本章总结391

第14章替代燃料、生物燃料和生物质能393
14.1替代运输燃料394
14.2生物质燃料的前景和潜力401
14.3生物乙醇燃料406
14.4生物柴油和可再生柴油413
14.5其他生物质能和新兴生物技术416
14.6天然气和氢气作为运输燃料419
14.7本章总结420

第15章全社区能源、交通和土地利用422
15.1社区交通422
15.2共享、电动、自主交通：城市客运新时代430
15.3可持续交通、宜居社区和土地利用436
15.4交通以外：土地利用、城市热岛和太阳能接入445
15.5社区能源和气候行动规划448
15.6本章总结451


第六部分能源政策与规划
第16章可持续能源的市场转型454
16.1市场转型的基本因素454
16.2技术经济解决方案456
16.3政策解决方案461
16.4社会解决方案469
16.5本章总结473

第17章能源政策474
17.1国际能源政策展望474
17.2联邦能源政策493
17.3联邦能源政策的总结和前景512

第18章美国各州和社区的能源政策和规划516
18.1州能源政策517
18.2社区能源规划与政策539
18.3本章总结556


参考文献558

中英文词汇对照表580

人类对能源的开发和利用促进了经济增长和生活水平的提高，推动了文明的进步。化石燃料深远地改变了世界。然而以化石燃料为基石的人类能源系统是不可持续的。化石燃料有功亦有过，其开采、加工、运输和使用对环境造成了严重的危害。面对日益严峻的能源和环境困境，由传统能源系统向可持续能源系统转型迫在眉睫。党的十九大报告中指出“推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的能源体系”，突出了能源安全和能源可持续性在生态文明建设中的重要地位。大力发展可持续能源、推进能源系统转型，是我国社会主义生态文明建设的必由之路，也是建设人与自然和谐共生的社会主义现代化强国的重要前提。
我们之所以选择John Randolph和Gilbert M.Masters所编著的Energy for Sustainability：Foundations for Technology，Planning，and Policy进行引进和翻译，是因为该书详尽介绍了：可持续能源相关基础理论，包括能源历史回顾；建筑、交通和电力等重要能源相关领域的基础知识、前沿技术和发展前景，以及能源相关规划和政策问题；能源模型、示例及大量案例。这本书可以向读者展现多年来可持续能源研究所取得的综合成果，可作为能源、环境等领域研究和工作人员的参考书。
本书由宋欣(水电水利规划设计总院)、鞠美庭(南开大学)和苏锋(中水北方勘测设计研究有限责任公司)主持翻译并统稿。各部分翻译人员分别为：第一部分(第1～3章)张文进、宋欣、鞠美庭；第二部分(第4～5章)李奇伦、宋欣、鞠美庭；第三部分(第6～8章)余冠杰、何珊、苏锋；第四部分(第9～12章)龙俊、王冰雪、宋欣；第五部分(第13～15章)赖睿特、苏锋、鞠美庭；第六部分(第16～18章)王琦、李兰兰、鞠美庭。
余冠杰和张文进对全书进行了第一次统稿，宋欣、鞠美庭和苏锋对全书进行了第二次统稿。
本书得以翻译出版要感谢化学工业出版社的大力支持。
由于时间及水平有限，翻译可能存在疏漏之处，希望得到专家、学者及广大读者的批评指教。

译者
2023年12月于南开园