能源供给与能源消费的系统动力学模型

能源供给与能源消费的系统动力学模型一、本文概述本文旨在探讨能源供给与能源消费之间的动态关系，通过构建系统动力学模型来深入理解这一复杂系统的运作机制。随着全球经济的快速发展和人口规模的不断扩大，能源问题已成为全球共同面临的挑战。能源供给的稳定性和能源消费的可持续性对于经济社会的可持续发展至关重要。本文首先介绍了能源供给与能源消费的基本概念及其在全球能源系统中的地位，随后阐述了系统动力学模型在能源领域的应用及其优势。在此基础上，本文将详细阐述所构建的系统动力学模型的结构、参数设定以及模拟分析方法。通过模型的运行结果，我们将揭示能源供给与能源消费之间的相互作用关系，分析不同政策情景下能源系统的演变趋势，为决策者提供科学依据和决策支持。本文的研究不仅对于推动能源领域的学术研究具有重要意义，也为实现全球能源可持续发展提供了有益的参考和启示。二、能源供给系统分析能源供给系统是一个复杂的网络，它涉及到多种能源资源的开采、转换、运输和分配。这个系统不仅受到自然资源丰度的限制，还受到技术进步、环境政策、经济成本以及国际政治关系等多重因素的影响。对能源供给系统进行深入的分析，需要运用系统动力学的方法，以全面理解其动态行为和内在机制。在系统动力学的视角下，能源供给系统可以被看作是由多个子系统相互关联、相互作用的复合系统。这些子系统包括但不限于能源资源开发子系统、能源转换子系统、能源运输子系统和能源分配子系统。每个子系统都有其特定的动态行为和影响因素，它们共同决定了整个能源供给系统的性能和稳定性。能源资源开发子系统主要关注的是能源资源的开采和利用。这个子系统受到资源丰度、开采技术、环境限制以及经济成本等因素的影响。随着能源资源的不断开采，资源丰度会逐渐减少，这会对能源供给系统的稳定性和可持续性造成挑战。如何合理开发和利用能源资源，是能源供给系统分析的重要课题。能源转换子系统主要关注的是将原始能源转换为可使用的能源形式。这个子系统受到转换技术、能源效率以及环境排放等因素的影响。随着技术的进步，能源转换效率会不断提高，但同时也要注意减少环境排放，以实现可持续发展的目标。能源运输子系统关注的是如何将转换后的能源输送到需求地。这个子系统受到运输网络、运输能力以及能源价格等因素的影响。合理的运输网络规划和能源价格机制设计，可以提高能源运输的效率和稳定性。能源分配子系统则是将运输到的能源按照需求进行分配。这个子系统受到能源需求、能源价格以及市场机制等因素的影响。合理的能源定价和市场机制设计，可以确保能源分配的公平性和效率性。能源供给系统是一个复杂的复合系统，需要运用系统动力学的方法进行深入分析。通过对各个子系统的动态行为和影响因素进行深入研究，可以更好地理解整个能源供给系统的性能和稳定性，从而为制定有效的能源政策和战略提供决策支持。三、能源消费系统分析能源消费系统是一个复杂且多元的动态系统，它涉及到社会、经济、技术、环境等多个方面。在能源消费的过程中，各种因素相互作用，共同影响着能源的消费结构和消费水平。对能源消费系统进行系统动力学分析，有助于我们深入理解能源消费的内在规律和运行机制，为制定合理的能源消费策略提供科学依据。我们需要明确能源消费的主要影响因素。这些影响因素包括经济发展水平、人口规模、产业结构、能源价格、能源利用效率等。经济发展水平决定了能源消费的总体规模和增长速度，人口规模则直接影响能源消费的总量，产业结构决定了不同种类能源的消费比例，能源价格则通过市场机制影响能源消费的结构和水平，能源利用效率则体现了技术进步对能源消费的影响。我们需要建立能源消费系统的动力学模型。这个模型应该能够全面反映各种影响因素之间的相互作用关系，以及它们对能源消费总量和结构的影响。在模型构建过程中，我们需要运用系统动力学的基本原理和方法，如因果关系分析、流图构建、方程设定等。通过模型模拟和仿真，我们可以预测未来能源消费的发展趋势，评估不同政策措施对能源消费的影响效果。我们需要对能源消费系统进行优化分析。在优化分析过程中，我们需要根据能源消费系统的内在规律和运行机制，以及经济社会发展对能源消费的需求，制定合理的能源消费策略。这些策略包括提高能源利用效率、优化能源消费结构、推动能源技术创新、加强能源市场建设等。通过实施这些策略，我们可以实现能源消费的可持续发展，为经济社会的可持续发展提供有力支撑。对能源消费系统进行系统动力学分析，是深入了解能源消费内在规律和运行机制的重要途径。通过建立动力学模型和优化分析，我们可以为制定合理的能源消费策略提供科学依据，推动能源消费的可持续发展。四、系统动力学模型构建在深入研究能源供给与能源消费的关系时，构建系统动力学模型是一种有效的手段。系统动力学模型能够综合考虑各种因素之间的相互作用，揭示能源系统的内在动态机制。我们明确了模型的主要目标和边界。我们的目标是理解能源供给与能源消费之间的动态关系，并预测未来的发展趋势。模型的边界包括能源生产、能源转换、能源分配、能源消费以及环境影响等多个方面。我们根据系统动力学理论，选择了适当的变量和因果关系来描述能源系统的动态行为。这些变量包括能源生产量、能源消费量、能源价格、能源效率、环境排放等。我们分析了这些变量之间的因果关系，构建了系统的反馈结构。我们根据历史数据和专家知识，对模型进行了参数估计和验证。我们采用了系统动力学常用的方法，如回归分析、敏感性分析等，来确定模型参数。同时，我们通过对比模型模拟结果和实际数据，验证了模型的有效性和准确性。我们利用构建好的系统动力学模型进行了模拟和预测。我们分析了不同情景下能源供给与能源消费的变化趋势，以及这些变化对环境和社会经济的影响。这些模拟和预测结果为我们制定能源政策、优化能源结构提供了重要的参考依据。构建系统动力学模型是理解能源供给与能源消费关系的重要手段。通过模型构建和模拟分析，我们可以更深入地理解能源系统的内在机制，为能源可持续发展提供科学支持。五、模型应用与案例分析能源供给与能源消费的系统动力学模型具有广泛的应用前景。在能源政策制定方面，该模型可以为政策制定者提供定量分析工具，以预测和评估不同能源政策对能源供给与消费的影响，从而指导能源政策的制定。在能源规划方面，该模型可以用于预测未来的能源需求和供应情况，为能源规划提供科学依据。在能源企业管理方面，该模型可以帮助企业预测市场需求，优化生产计划，降低运营成本。为了验证能源供给与能源消费的系统动力学模型的有效性和实用性，我们选取了一个典型的国家作为案例进行分析。该国近年来面临能源短缺和环境污染问题，需要通过制定合理的能源政策来优化能源结构，提高能源利用效率。我们利用模型对该国当前的能源供给与消费情况进行了模拟，并分析了其能源结构和能源利用效率。我们设计了几种不同的能源政策方案，包括提高可再生能源比重、优化能源消费结构、加强能源管理等，并利用模型对这些方案进行了预测和评估。通过对比分析，我们发现提高可再生能源比重和优化能源消费结构可以有效缓解该国的能源短缺问题，同时降低环境污染。而加强能源管理则可以提高能源利用效率，降低能源浪费。基于这些分析结果，我们为该国制定了一套综合能源政策，旨在促进能源可持续发展。能源供给与能源消费的系统动力学模型在能源政策制定、能源规划和能源企业管理等方面具有广泛的应用前景。通过案例分析，我们验证了该模型的有效性和实用性，为未来的能源研究和应用提供了有力支持。六、政策建议与未来展望优化能源结构：应进一步推动清洁能源的发展，减少对化石能源的依赖。通过政策引导和市场机制，鼓励企业和个人使用太阳能、风能等可再生能源。提高能源效率：加强技术研发和推广，提高能源生产和消费的效率。通过技术创新，降低能源损耗，实现能源的可持续利用。加强能源管理：建立完善的能源管理体系，实时监测和分析能源供给与消费的变化情况，为政策制定提供科学依据。促进国际合作：面对全球性的能源问题，各国应加强合作，共同应对。通过技术交流、资源共享等方式，推动全球能源治理体系的完善。深化模型研究：未来可以进一步完善系统动力学模型，考虑更多的影响因素，提高模型的预测精度和实用性。拓展应用领域：除了能源领域，该模型还可以应用于环境、经济等其他领域，为相关政策的制定提供科学支持。推动跨学科研究：能源问题涉及多个学科领域，未来应推动跨学科研究，综合运用各种方法和手段，为解决能源问题提供更为全面和深入的视角。通过合理的政策引导和科学研究，我们有望实现能源供给与消费的平衡和可持续发展。七、结论随着全球能源需求的日益增长和能源环境的日益复杂，能源供给与能源消费之间的平衡问题成为了我们迫切需要解决的重大问题。本文旨在通过构建系统动力学模型，对能源供给与能源消费之间的动态关系进行深入分析，以期为能源政策的制定和能源系统的优化提供理论支撑和实践指导。在系统动力学模型的构建过程中，我们综合考虑了能源供给与能源消费的各种影响因素，如能源价格、技术进步、能源储量、环境政策等，这些因素在系统模型中形成了复杂的反馈关系。通过模型的模拟运行，我们观察到能源供给与能源消费之间的动态变化过程，并揭示了其中蕴含的深层次规律。研究结果表明，能源供给与能源消费之间存在着密切的联系和互动关系。能源价格的波动会直接影响能源消费的需求和供给，而技术进步则可以提高能源的开发利用效率和降低能源消费的成本。能源储量的变化也会对能源供给产生重要影响，而环境政策则可以通过调整能源结构和促进清洁能源的发展来推动能源系统的可持续发展。基于以上研究结果，我们提出了以下政策建议：一是加强能源市场的监管和调控，稳定能源价格，避免价格过度波动对能源供给和消费造成的不利影响二是加大科技创新力度，推动能源技术的进步，提高能源的开发利用效率和降低能源消费的成本三是加强能源储量的监测和管理，合理规划能源开发和利用的规模和速度四是制定科学的环境政策，推动清洁能源的发展，促进能源结构的优化和升级。本文构建的系统动力学模型为我们深入理解和分析能源供给与能源消费之间的动态关系提供了有力工具。未来的研究可以进一步拓展模型的适用范围和精度，以更好地服务于能源政策的制定和能源系统的优化。同时，我们也需要不断探索新的能源技术和能源管理模式，以实现能源供给与能源消费的长期平衡和可持续发展。参考资料：中国作为世界上最大的能源消费国，其能源消费结构与经济增长之间的关联性是国际关注的焦点。随着工业化、城市化的快速发展，中国能源消费量持续增长，而能源消费结构也正在经历深刻的变化。近年来，中国能源消费量呈现持续增长态势。煤炭、石油和天然气等传统能源消费仍占据主导地位，但可再生能源消费占比逐渐提高。由于中国正处于工业化、城市化快速发展的阶段，能源需求仍将持续增长，这给能源供应和环境带来了巨大压力。随着经济结构的调整和能源技术的进步，中国能源消费结构正在发生变化。一方面，煤炭消费占比逐渐下降，石油、天然气消费占比保持稳定，可再生能源消费占比逐年提高。另一方面，清洁能源和新能源的开发利用得到了大力推动，如风能、太阳能等。这不仅有助于改善环境质量，也为经济增长提供了新的动力。能源消费与经济增长之间存在着密切的关系。一方面，经济增长推动能源消费增加，另一方面，优化能源消费结构可以促进经济可持续发展。中国政府在推动经济发展的同时，正在积极采取措施调整能源消费结构，以实现经济和环境的双重目标。中国能源消费和能源消费结构的变化对经济增长产生了深远的影响。面对能源供应和环境的挑战，中国应继续加大清洁能源和新能源的开发利用力度，优化能源消费结构，以实现经济和环境的可持续发展。国际社会应加强合作，共同应对全球能源和环境问题。能源动力学科是近年来新兴起的一门学科，它包括技术基础课程和专业课程涉及到多学科领域的知识，以热能动力工程专业为例，就涉及到以下各学科：热学学科；力学学科；机械制造学科；自动控制及计算机学科；水力发电学科；化学学科。为适应21世纪初我国能源学科发展的需要，应当在各专业课程的设置中，适当安排各个有关学科的知识。美国设有机械系的各高等院校，之所以专业的研究范围如此之宽（除了机械与热流科学外还包括信息控制，生物力学，MEMS等），也是与本专业的多学科交叉特性密切相关的。我国能源动力类专业形成于20世纪50年代。以交通大学为例，1952年院系调整时，当时设在机械系中的动力组就单独成立了动力机械系。由于受当时苏联教育体制的影响，在该学科的发展过程中，专业面曾一度越分越细。50年代初期只有锅炉、汽轮机、内燃机等专业，以后又先后办起制冷专业与风机专业，制冷专业又细分出压缩机、制冷及低温专业。在50年代末又创办了核能专业，在六七十年代有些学校先后设立了工程热物理专业。能源动力学科中的专业就先后包括有锅炉、涡轮机、电厂热能、风机、压缩机、制冷、低温、内燃机、工程热物理，水力机械以及核能工程等11个专业，形成了明显的以产品带教学的基本格局。热能与动力工程专业中包含的水利水电动力工程专业的前身为水电站动力装置专业。该专业形成于20世纪50年代。新中国成立以后，随着国家对水患的治理和经济建设的发展，国家设立了华东水利学院、武汉水利水电学院、华北水利水电学院等一些专门的水利院校，1958年起在这些院校和西安交通大学水利系（西安理工大学水电学院的前身）设立了水电站动力装置专业，以满足国家对水电建设人才的迫切需求。1977年恢复高考招生后，该专业更名为水电站动力设备专业。1984年该专业更名为水利水电动力工程专业，涵盖了原水能动力工程、水电站动力装置、水电站动力设备、水能动力及其自动化、机电排灌工程、水能动力与提水工程等专业，昆明工业学院、成都科技大学等一些院校都设置了该专业。1998年，按照教育部颁布的新的专业目录，水利水电动力工程专业并入热能与动力工程专业，新的热能与动力工程专业包含了原来的热力发动机、流体机械及流体工程、热能工程与动力机械、热能工程、制冷与低温技术、能源工程、工程热物理、水利水电动力、工程冷冻冷藏工程等9个专业。客观上说，这种专业划分与当时我国计划经济的体制以及工业发展的实际情况，在一定程度上是相适应的。过窄的专业面，但却培养了专业工作能力较强的学生。在当时对我国经济的发展和工业体系的重建，曾经起到过积极的作用。但随着社会经济向现代化方向的发展和高新科学技术的进步，特别是我国改革开放以后，国外先进科技、管理体系的大量引进，学科的交叉融合不断产生新的经济增长点，原有的过细过窄的工科专业设置，总体上已不能适应新的形势和发展对人才的需要，必须进行专业调整。在1993年原国家教委进行的专业目录调整中，将能源动力学科的上述前10个专业压缩为4个专业，即热能工程、热力发动机、制冷与低温工程、流体机械与流体工程，核工程与核技术保留。1998年，教育部颁布了新的专业目录，将上述前4个专业进一步合并为热能与动力工程专业，核工程与核技术专业单独设立，而在引导性的专业目录中，则建议将热能工程与核能工程合并。但当时我国大多数学校还是采用了热能工程与核能工程单独设专业的方案。在2000年教育部设立的新一轮教学指导委员会中，在能源动力学科教学指导委员会下分设了三个委员会：热能动力工程，核工程与核技术以及热工基础课程教学指导分委员会。就核科学与技术类专业而言，既与能源动力学科有联系（如核能工程类专业）,又有其不同于能源动力学科的特征（如核技术应用类专业）。该学科和专业是为了适应我国核武器事业和核科技工业的发展而与能源动力学科同期建立起来的，创建初期同样参照了前苏联模式，划分较细，主要有核反应堆工程、核动力装置、同位素分离、核材料、核物理(包括实验核物理、理论物理、辐射防护、加速器物理及核电子学)、核化工(包括前处理、后处理和轻同位素分离)、核地质、核矿冶等，这样的专业学科体系延续了近40年。1998年教育部颁布的新专业目录将核工程、核技术两个本科专业合并为“核工程与核技术”专业。将核工程、核技术相关的研究性学科合并为“核科学与技术”一级学科，下设4个二级学科，即核能科学与工程（含部分等离子体物理）、核燃料循环与材料、核技术及应用、辐射防护与环境保护；将与核物理相关的学科合并为“物理学”下的“等离子体物理”、“粒子物理与原子核物理”等学科；将与核地质铀矿冶相关的学科合并入“矿产普查与勘探”、“水文学及水资源”、“采矿工程”等学科。本研究以核工程与核技术专业为重点，同时兼顾与此相关的其他专业。全国现有100余所高校设有能源动力类专业，近20所高校设有核工程或核技术专业（其中5所高校设有核工程专业）。根据我们的初步调查，以美国为例，一般相应于我国热能动力工程专业的内容，大部分设置在机械中，作为机械系的一个专业方向，称为热流科学（ThermalandFluidScience）或能量系统（Energysystem），而核工程与核技术则一般单独设立或者在化工系中，例如美国麻省理工学院、佛罗里达大学等均如此（见附录）。以下是该两校机械系的专业方向设置。麻省理工学院机械系：（1）热流科学(Thermalandfluidscience)；（2）计算工程（ComputationalEngineering）；（3）能量利用与传输（EnergyUtilizationandTransportation）;（4）生物机械工程（BiomechanicalEngineering）；（5）制造与材料加工（ManufacturingandMaterialsProcessing）;（6）力学与材料（MechanicsandMaterials）；（7）信息（Information）；（8）设计（Design）；（9）系统，计算机与控制（Systems,ComputersandControl）。麻省理工学院工学院核工程系：（1）核能方向（NuclearEnergyOption）；（2）医学与工业辐射方向（RadiationformedicineandindustryOption）。佛罗里达大学机械系：（1）生物力学系统（Biomechanicalsystems）；（2）能量转换系统（EnergyConversionSystem）；（3）机械系统（MechanicalSystem）；（4）热系统（Thermalsystem）；（4）制造（Manufacturing）；（6）机械手（Robotics）。佛罗里达大学工学院核工程系：（1）核与辐射工程方向；（2）核工程科学方向。从上面美国2所有代表性学校（麻省理工为一流大学，佛罗里达大学为高水平知名大学）的机械系与核工程系的设置可以看出以下共同特点：（1）机械系学科的方向高度交叉，一些在我国是属于信息与电气类专业的内容，美国机械系照样研究；（2）专业面相当地宽，即使能源动力方向也是比我们如今的专业设置要宽得多；（3）核工程是单独设系的。能源动力工业是我国国民经济与国防建设的重要基础和支柱型产业，同时也是涉及多个领域高新技术的集成产业，在国家经济建设与社会发展中一直起着极其重要的作用。随着我国各个方面改革的深化发展，包括市场经济的逐步建立、国有大中型企业机制的转换、加入WTO后面临的挑战，以及能源动力领域技术的发展，并考虑到我国核科技工业“十一五”以及到2020年发展所面临的形势与任务，我国能源动力类以及核相关专业人才的培养面临着严峻的挑战。能源动力及环境是世界各国所面临的头等重大的社会问题，我国能源工业面临着经济增长、环境保护和社会发展的重大压力。我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，煤炭占商品能源消费的76%，已成为我国大气污染的主要来源。已经探明的常规能源剩余储量(煤炭、石油、天然气等)及可开采年限十分有限。2000年的统计资料表明，我国化石能源剩余可储采比煤炭为92年，石油5年，仅为世界储采比的一半；天然气为63年，优质能源十分匮乏。我国已成为世界第二大石油进口国，对国际石油市场的依赖度逐年提高，能源安全面临挑战，存在着十分危险的潜在危机，比世界总的能源形势更加严峻。能源资源的国际间竞争愈演愈烈，从伊拉克战争及战后重建，到中日双方在俄罗斯输油管线走向上的角逐等一系列国际问题，无不是国家间能源战略利益冲突、斗争的具体反映。开发利用可再生能源、实现能源工业的可持续发展更加迫切、更具重大意义。我们应该清楚地认识到：我国的能源资源是有限的，我国现有能源开发利用程度与效率很低，在清洁能源开发、能源综合高效利用和环境保护领域内，与发达国家存在着较大的差距：我国水能资源理论蕴藏量（未包括台湾省）为76亿千瓦，可开发容量78亿千瓦,相应年发电量19200亿千瓦时，均居世界第一；至2003年底，水电装机容量达到9139万千瓦，年发电量2710亿千瓦时，开发率按电量算只有14%，按装机容量算只有2%，远远落后于美国、加拿大、西欧等发达国家，也落后于巴西、埃及、印度等发展中国家。高耗能产品能源单耗比发达国家平均水平高40%左右，单位产值能耗是世界平均水平的3倍。同时，实施可持续发展战略对能源发展提出了更高的要求。长期以来，粗放型的增长方式使能源发展与保护环境、资源之间的矛盾日益尖锐。未来能源发展中，如何充分利用天然气、水电、核电等清洁能源，加快新能源与可再生能源开发，推广应用洁净煤技术，逐步降低用于终端消费煤炭的比重，实现能源、经济、环境的可持续发展将是“十五”以及中长期能源发展面临的重要选择。特别地，我国核科技工业是国家的战略行业。完善的核科技工业体系是确立一个国家核大国地位的基本条件。它既是国家战略威慑力量和国防科技工业的重要组成部分，是国家政治、国防安全的重要保障和外交利益所在，同时又是国民经济的重要产业。核军工、核能、核燃料和核应用技术产业，是我国核科技工业的主要组成部分。与此相适应，如何培养适应21世纪社会需要的能源动力类以及核相关专业的人才，是每个大学相关专业以及每位从事能源动力类专业教育的工作者需要解决的重要问题。常规化石能源的使用是能源动力学科专业教学的主要内容之一，而常规化石能源的使用与环境问题密切相关。煤炭、石油、天然气等化石能源仍在整个能源构成中占据主导地位，而且估计在今后几十年的时间内这一局面还不会改变。这些常规化石能源主要直接应用于火力发电，这会带来一系列严重的环境问题，比如硫氧化物、氮氧化物等的大气污染、固体废物、水污染和热污染等。据最近的报载，当前我国每年火力发电的煤炭耗量超过8亿吨，电厂的烟尘排放量约为350万吨，占全国烟尘排放量的35%。其中，微细粒子（小于10微米）排放量超过250万吨，是影响大城市大气质量和能见度的主要因数，并严重危害人体健康。对能源动力生产过程中的这些环境问题必须进行妥善处理和控制，实现其环境友好化，才能保证人类的生存和社会经济的可持续发展。环境问题已经成为能源动力技术研究中的重要组成部分，也必须在专业课程的教学中有相应的体现。也正是基于这一原因，浙江大学已经将原来的热能与动力工程专业改名为能源与环境系统工程专业。核能发电虽然没有上述火力发电那样的问题，但有其独特的问题，如辐射防护与保健、核废料的处置与处理等均与环境保护有关。迫于环境方面对能源开发与利用的巨大压力，作为常规能源的水能由于具有清洁与可再生的特点，其开发与利用越来越得到重视，在我国能源发展战略占有十分重要的地位。类似地，核科学与技术类专业不但要以传统的热、力、机械、强/弱电等为专业基础，还与新兴的信息、生命、生物以及能源等相互交叉。能源动力学科专业的发展极大地依赖于国家的发展政策。最典型的是核工程专业。在20世纪七八十年代，国家在核能发电上没有投资新建项目，使得我国各高校的有关核能发电方向的教师都一度没有足够的学生，有的甚至准备转业。以后国家开始大力发展核电，情况就有了巨大的变化，以至于需要核能专业毕业生的数目超过了可分配毕业生的人数。节能是我国能源发展战略的重要组成部分，关于节能的知识不仅能源动力学科的学生应当掌握，也是几乎所有工科学生应当掌握的内容。这就要求不仅要做好本学科专业人才的培养，而且也应当承担起向所有工程专业的学生进行节能技术教学的任务。我国能源动力学科的不同专业方向服务于不同的工程技术领域，还多少带有产品专业的烙印。不仅在冷的方向与热的方向中，主导专业的工作机械与系统差别巨大（例如制冷机与发电厂），就是在同一个专业方向，例如热方向中，锅炉与汽轮机就有很大的差别。对于旨在以零距离模式培养学生的专业与学校，密切关注当前经济发展以及行业发展的需要，使得学生能到对口的专业单位工作，及时充分发挥其专业特长，具有重要意义。在每年的毕业生就业过程中，也遇到类似的问题：一些专业工厂希望能找到进厂后能立即从事本专业具体技术工作的学生，而宽口径的培养方式不能满足这些单位的需要。所以，急需解决以能源动力类宽口径专业人才培养与能源动力类大部分企业对专业人才的知识结构强调专门化要求之间的矛盾。以上这些特点是能源动力学科专业确定发展战略时必须予以充分关注的。能源是国民经济的基础产业，对经济持续快速健康发展和人民生活的改善发挥着十分重要的促进与保障作用。我国是能源生产和消费大国，面对新世纪，如何保持能源、经济和环境的可持续发展是我们面临的一个重大战略问题。21世纪我国在能源问题上面临的挑战是：（1）人均能耗低：我国一次能源消费量为8亿吨标准煤，为世界第二大能源消费国。能源消费总量虽大，但人口过多，人均能耗水平很低（低于世界平均水平）；（2）能源效率低：我国能源效率约为4%，与先进国家相差10个百分点，主要工业产品单位能耗比先进国家高出30%以上；（3）人均能源资源不足：中国拥有居世界第一位的水能资源，居世界第二位的煤炭探明储量，石油探明采储量居第11位。但中国人口众多，我国煤炭人均探明储量是世界人均值208吨的70%，石油人均探明储量为世界人均数的11%，天然气为世界人均数的4%；即使水能资源，按人均数也低于世界人均值；（4）以煤为主的能源结构需要调整：我国高度依赖煤炭的消费，煤炭在一次能源消费构成中占75%，过多地使用煤炭必然会带来效率低、效率差、环境污染严重的后果。针对上述我国能源状况，我国中长期能源发展规划中采取了相应的措施。这些现状与中长期能源发展规划是我们考虑能源动力类培养方案的基本依据。我国中长期能源发展战略是：以保障供应为主线，实施“节能优先、供应安全、结构优化、环境友好”的可持续发展能源战略。远近结合、分阶段部署，争取用三个15年，初步实现我国能源可持续发展的目标。提高能源利用率是确保我国中长期能源供需平衡的先决条件，中国人口基数大，到下世纪中叶将超过15亿。无论是从国内资源还是世界资源的可获量考虑,中国只有创造比工业化国家更高的能源效率，才可能在有限的资源保证下，实现高速经济增长和达到中等发达国家人均水平。如果用国际上先进的技术和设备替代现有落后技术和设备，全部节能潜力可达能源消费量的50%，如用国内已有的先进技术和设备进行落后设备的更新，总节能潜力可达能源消费量的30%。从世界各国发展趋势看，工业化国家无一例外均采用了以油、气燃料为主的能源路线，逐步减少固体燃料的比例是世界各国提高能源效率，降低能源系统成本，提供优质能源服务的必然选择。中国由于历史的原因，一直维持着以煤为主要能源的结构，但随着消费量的增大，其弊端日益明显。中国要改变能源消费以煤为主的状态需要几十年的时间，但是我们必须向着这个方向努力。由于中国能源消费总量巨大，优质能源所占比例过小，先进国家油气比例在60%以上，中国如今为20%，到2020年，水电和核电可分别占一次能源的10%和7%。可见能源供应优质化是一项很艰巨的工作，需要采取多种措施去发展多种优质的清洁能源。从全国来看，改变以煤为主的能源结构需要很长的时间，但某些大城中可否先行，率先实现能源供应的优质化？煤炭在未来几十年中仍将是我国的主要能源，因此清洁地利用煤炭必将是能源工业的重要任务之一。从长远来看，应减少煤炭在终端的直接利用，提高煤炭转换为电力和气体、液体燃料的比例，必须发展清洁煤燃烧技术。充分利用我国已经形成的核电设计、制造、建设和运营能力，以我为主、中外合作，以有竞争力的电价为目标，实现核电国产化。同时，积极支持我国自行开发新一代核电站工作，为“十一五”及以后核电的发展奠定基础。国家发展和改革委员会、科技部和商务部联合发布的“当前优先发展的高技术产业化重点领域指南（2004年度）”中，将核电及核燃料设备、民用非动力核技术等也列为重点领域。为了保证能源供应的安全，降低进口的风险，拟采取以下措施替代石油：一是水煤浆代油，此技术应积极推广；二是煤合成液体燃料，中国分别与美国、日本、德国等合作研究开发；三是生物质液化，可引进技术或进行合作生产；四是发展天然气汽车和电动汽年。从根本上来说，只有可再生能源才是清洁能源。因而，可再生能源是我们最终的追求目标。世界上可再生能源发展迅速，技术逐步趋于成熟，经济上也逐步被人们接受。欧洲一些国家拟在2010年使可再生能源在一次能源中的比例达到10%，中国政府也制定了1996—2010年新能源和可再生能源发展纲要，要求在15年中实际使用的可再生能源数量从近300Mtce增长到390Mtce。上述我国能源的中长期发展规划，对今后5～10年内能源动力学科专业发展战略提出了以下几方面要求：（1）要大力培养具备洁净煤燃烧技术知识的人才。（2）要大力培养从事核电和水电技术工作的人才。（3）要培养具备从事新能源和再生能源技术工作的人才。（4）要使所有培养的人才掌握节能理论与基本节能技术。（5）大力加强能源预测与规划人才的培养。我国能源动力学科人才的培养目标及模式（1）多层次——根据我国当前高等学校和学科专业设置情况，能源动力学科的人才层次可分为：博士－硕士－本科－专科。（2）多规格——在本科层次中，根据学校的定位不同，可以区分为以下4种人才规格：(1)研究型大学（更为确切地应为研究型专业）毕业生。(2)教学研究型大学毕业生。(3)教学为主型大学毕业生。(4)高等职业学院毕业生。（1）研究型大学毕业生——培养学术型以及复合型（研究与应用）人才，是研究生考生的主要来源；专业教学内容可偏于通识（详细要求与规格待补充）。（2）教学研究型大学毕业生——培养学术和应用型人才为主，部分学生构成研究生的考生源；教学内容以宽口径专业为主。（3）教学为主型大学毕业生——培养应用型为主，部分学生为复合型，专业教学内容可以宽口径及大模块相结合。（4）高等职业学院毕业生——培养应用型学生，专业教学内容以大模块为主。能源动力学科专业发展的研究和建设课题根据调查，发达国家的企业之所以能接受专业面很宽的学生且能保持工业技术的领先，是与国外企业有完善的岗前培训以及有效的继续教育制度分不开的。例如：(1)美国WestinghouseElectricCompany新员工就职，就有专职导师培养指导，为期一年。导师职责明确，培养内容具体，按步骤进行，最终由经理查核新员工的工作情况。对新员工开设本企业专业培训课程，由经验丰富者讲授；具体工作中有成文的设计规范作指导，详细具体。对新员工定期开设科技讲座。新员工入厂训练两周，包括实验室工作，参观生产线设备，质量控制，室内设计，软件训练，公司标准。在第二年内，初级工程师的大部分工作是参与用户返回的信息分析、测试等，以加深对公司产品的了解。日本企业并没有十分强调专业对口。实际上，无论是偏专业或偏综合的企业，对人才的要求都近乎是一种毛坯式的要求，即解决问题的能力以及综合素质的要求。至于专业则是根据任务的要求，在工作中不断深入细化，学校不可能把所有毕业生工作后可能遇到的问题都教会。进入公司后，一般先进行培训，大约半年，然后从事有关工作。一般头三年主要是学习，不独立承担项目，由于公司的严格培训制度以及学生较广的专业面，三年后基本能独立工作。另外，日本企业正在实行选拔培训制度，把有发展潜力的员工派到外面去进修。根据我们对部分国内大中型企业负责人的调查，企业负责人一致希望毕业生要有新的知识结构。关于专业对口问题，国内大中型企业的要求大致有两种类型：一类不十分强调，如大亚湾核电站，原因是该企业已经建立起了相对完善的岗前培训制度；另一类则比较强调对口，希望立即能派上用处，这种企业占多数，他们一般还没有建立起较好的岗前培训以及继续教育制度。为使我国能源动力类专业的人才培养与国际接轨，对美国麻省理工学院、康乃尔大学、德克萨斯州（Austin）大学、明尼苏达大学、卡内奇-梅隆大学、佐治亚理工学院、德克萨斯农工大学、普渡大学等8所著名大学机械工程系有关能源动力类专业的培养体系进行了深入的调研，得出的结论是：国外能源动力类专业仅是机械类人才培养的一个方向。国外大学机械工程系的教学与研究范围覆盖了国内本科生专业目录中的机械类、能源动力类的范围。相比之下，我国机械与能源动力类的专业面相对较窄。从现代微机电系统（MEMS）科学技术的发展过程，也可以有力地说明我国现有的机械类专业与能源动力类专业有必要逐步合并。在MEMS的发展过程中需要将机械与流动和传热的知识结合起来，这在美国的机械系中是一件非常顺理成章的事情。但在我国，由于机械类与热能动力类的截然分家，造成教授们的知识也相应偏窄，关于MEMS的研究常常分别在机械系或能源动力系中进行，这在一定程度上影响了我国MEMS技术的发展。从长远的观点看，在我国部分高等学校建设大机类（即将现有的机械类与能源动力类合并）专业的构想应当成为努力探索的目标。与此同时，我们还就国外大学机械工程系在相对较低的学时学分（本科四年一般为120～130学分）情况下设置有关的技术基础课及专业方向课程作了深入的剖析和比较研究，揭示了美国高等工程教育中重基础、薄专业的特点。值得指出，美国的专门化课程实际上是某一方面（如旋转机械）的基本知识，并非十分深入。因此我们建议，在今后5～10年内本学科专业的发展战略中，我国研究型大学应该进行建设大机类专业的探索。还不宜作为本学科专业的全国性发展战略去推广。高等学校的专业改革是一个社会与系统工程，除了高等学校本身的努力以外，还必需要有相应的社会支撑。我们认为，与高等学校拓宽专业面相适应，我国的企业应当逐渐建立起岗前培训以及对在职人员的继续教育制度。我们建议教育部与国家其他行政部门协调，通过有关部门指导性的意见促使在我国尽快建立起这种企业的岗前培训与继续教育制度。只有毕业生分配中遇到的“以专业大类宽口径为对象的培养方式与我国能源动力类大部分工厂企业对人才专业对口要求之间的矛盾”才能较好地得到解决。也只有这样，才能为在我国部分高等学校中探索建设大机类专业提供一定的社会基础。能源消费是指生产和生活所消耗的能源。能源消费按人平均的占有量是衡量一个国家经济发展和人民生活水平的重要标志。人均能耗越多，国民生产总值就越大，社会也就越富裕。在发达国家里，能源消费强度变化与工业化进程密切相关。随着经济的增长，工业化阶段初期和中期能源消费一般呈缓慢上升趋势，当经济发展进入后工业化阶段后，经济增长方式发生重大改变，能源消费强度开始下降。能源消费值与社会生产值之间的比率，形成能源消费率。能源消费率即单位产品或单位货币的能源消费，它反映于能源的使用效率。一定量的能源消费所产生的经济社会效益的程度，标志着一定的科学技术水平和劳动者的素质。我国的能源消费率比发达国家偏高，提高能源使用效率，是我国现代化建设的一个重要课题。能源消费表现为多种类型：(2)实际能源消费，即最终能源消费加上能源转换、输送和分配中损失的能源。(3)校正后的能源消费，是对由于特定气候或经济因素造成的差别进行补偿后计算得出的能源消费。(4)高峰负荷能源消费，指当能源网络的负荷需求达到高峰值时该网络的能源消费。(5)满负荷能源消费，指当能源网络在满负荷时间内运行时的能源消费，一般发生在工作日的白天。(6)低负荷能源消费，指当能源网络在低需求状态下运行时的能源消费。(7)基荷能源消费，是在一个较长时期内(通常为一年)每小时、每天或每周的能源消费量几乎没有波动的能源消费。一个国家或地区某一年度一次能源消费量增长率与经济增长率之比。经济增长率通常采用国民生产总值或国内生产总值、国民收入的增长率。它反映能源与经济增长的相互关系。由于产值和能耗都是综合性指标，涉及经济结构、管理体制、资源状况、技术水平、人口多寡、气候条件以至国际关系等许多因素。因此在一个国家的年度之间以及不同国家之间有很大的差异。第一次石油危机以来，能源来源和品种趋于多样化，节能取得很大发展，各种能源之间的相互替代复杂多变，能源市场更加灵活，国际化更为突出，电气化进程加速。这些因素使得能源与经济的相互关系发生畸变，总的趋向是从紧密相关变得没有规律，甚至相互脱节。能源消费弹性系数不宜用作预测能源需求的依据。能源消费弹性系数是反映能源消费增长速度与国民经济增长速度之间比例关系的指标。计算公式为：能源消费弹性系数=能源消费量年平均增长速度/国民经济年平均增长速度指某个统计期（如月、季、年）内，按能源品种分类的能源消费量和按消费部门分类的能源消费量及其比重。研究能源消费结构，可以掌握能源消费状况，为搞好能源供需平衡奠定基础；查明能源消费流向，为合理分配和利用能源提供科学依据；根据能源消费结构分析耗能状况，寻求挖掘节能潜力的方向；历年能源消费结构的变化，可作为预测未来。在一次能源消费中各种一次能源（如煤炭、石油、天然气、水能和其他可再生能源，以及核能等）所占的比重，包括一次能源直接消费和一次能源转换为二次能源的消费。一般说来，能源消费特别是用电量是经济发展的同步指标，能够准确、直接地反映经济运行状况。三次产业结构的变化。在经济运行出现上升或者下滑的转折时，电力消耗最大的第二产业波动最大，而用电量相对较少的第第三产业往往波动较小，这是三次产业结构变化导致“不同步”现象的基本原因。作为国民经济主体和电力消耗最大部门，工业经济的运行状况直接关系到用电量的变化。随着工业增速的下降，GDP增幅随之下降，导致工业用电量增幅下降，甚至出现负增长。工业内部结构的变化。轻工业等低载能工业用电量少，而重化工业等高载能工业耗电量大，在经济运行低迷时，后者生产及用电量增长放缓，而前者增速相对较快。高载能产品具有典型的基础性、资源性特征，当经济运行处于上升期，其需求快速增长，而一旦经济运行开始减速或者下滑，对它们的需求则快速下降，价格下跌，库存增加。消化库存是企业削减成本的普遍做法，因此经济周期由低谷走向新一波增长的过程往往伴随着高载能产品“去库存化”。美国2001年电力消费下降6%，而GDP增长8%；1991年电力消费增长0%，GDP则下降2%。日本2003年电力消费下降3%，而GDP增长8%，在1980年、1982年和2001年也曾经出现电力消费下降而国内生产总值增长的情况，在1998年和1999年则出现电力消费增长的同时国内生产总值下降的情况。韩国1980年电力消费增长4%，GDP则下降5%。需要指出的是，这种“不同步”现象的出现基本上都是发生在经济运行出现转折阶段，在国际上表现为一种周期性的现象。截止2009年10月末，世界能源市场供需形势已经发生较大变化，能源输出国能源禁运或主动切断能源供应的可能性已经大大降低，同时高能源价格对世界经济的冲击明显减弱，与历史上曾经发生的能源危机相比已经发生巨大变化。但能源供需分布不平衡格局进一步加剧，气候变化和能源环境问题日益突出，形势日趋严峻，能源地缘政治与能源冲突依然存在，能源安全问题有可能越来越复杂。从能源消费看，能源增长将主要向亚太地区转移，当前亚太地区已超过欧、美，成为世界第一大能源消费区和第一大石油消费区。从能源供应上，世界对欧佩克的依赖将趋于加重，中亚地区的供应能力将逐渐提高。当前，许多机构都预测未来20年世界石油产量，普遍认为欧佩克产量份额将上升至50%左右。从消费大国看，将难以避免依赖中东等地区，这确实增加了能源供应风险，在能源外交上客观上存在被能源国要挟的可能。从输出国看，它们的经济命脉也受到消费大国的影响，能源输出多元化也是其战略方向。2009年11月12日，国际能源署在《世界能源展望2009》中预计，受金融危机和经济衰退影响，2009年全球能源消费可能出现自1981年来的首次下降。报告表示，基于现行政策，一旦经济复苏，能源消费将很快回升，预计从2007年至2030年，全球一次能源需求量将增加四成。而当能源需求开始恢复时，会导致在随后的一些年里价格突升，并成为全球经济增长的障碍。报告预计，到2030年，全球原油日均需求量将增至05亿桶。按2008年美元估值，油价到2020年将达每桶100美元，2030年将升至每桶115美元。国际能源署预计，要满足预计的能源需求，到2030年累计需要26万亿美元的资金投入——相当于平均每年1万亿美元（全球GDP的4%）的投资量。2006年，世界平均的人均能源消费量为4吨标准煤，而德国、日本和美国的人均能源消费量分别为7吨标准煤、8吨标准煤和1吨标准煤，中国的人均能源消费量与高收入国家相比还很低。据国家人口和计划生育委员会预测，2020年中国人口总量达到6亿人左右，由此估算2020年中国能源消费总量约为35亿吨标准煤。以此为基础计算的2009年至2020年中国能源消费总量的年平均增长率将达到14%。虽然发达国家的人均能源消费高于中国，但其消费增速却远低于中国，世界新增能源消费主要靠中国。有统计显示，2011年全球能源消费增长5%，与历史平均数值大致相符，但远低于2010年的1%的增长率。能源消费量的净增长全部来自新兴经济体，而经合组织成员国的能源需求则在过去四年中第三次下降，但中国的能源消费增长仍高居榜首，占到全球新增能源消费的71%。能源消费增长与各国的经济增长密切相关。国际货币基金组织(IMF)的统计资料显示，世界按汇率计算的生产总值（GDP）在2000～2010年间世界总值增长率为92%，相比之下，美国、欧盟和日本低于世界均值，分别为95%、70%和58%，中国和印度却明显高于世界均值，分别为24%和35%，日本同期GDP年增率仅为58%。与此同时，美国、欧盟、日本各自的全球GDP份额从2000年的88%、40%、47%，降低到2010年的30%、88%、68%；中国和印度的全球GDP份额则分别从72%、49%，上升至2010年的34%、44%。对此，油气领域著名专家、中石化石油勘探开发研究院咨询委员会副主任张抗曾撰文表示，二战后，作为"世界油库"的中东，其原油绝大部分流向大西洋两岸、特别是欧洲和北美。但两次石油危机后，东亚的日本和继之而起的“四小龙”经济迅速发展，分流了部分中东石油的出口。而在2000年到2010年10年间，世界基础能源(包括石油、天然气、煤炭、水电和核电，未计入新能源)消费总量的年增率为67%，北美、欧洲和独联体地区的这一增长率仅为20%，亚太区(不包括独联体和中东)这一数字却达到了34%。以2010年能源消费占世界总量计，北美欧洲和独联体共占53%，亚太区达34%。在亚太区内，同期日本的能源总量年增率为-29%，中国(包括香港)和印度则分别达54%和18%。能源消费重心东移这一现象在石油行业体现得比较明显。在欧洲，炼油业的开工率已降至上世纪80年代以来的最低水平，炼油利润微薄，不少炼厂都处于关闭或对外出售的状态。美国和欧洲的许多大型炼油企业等都纷纷制定了出售炼油业务的战略。中国工程院院士、中国石化高级顾问曹湘洪说，炼油生产正从发达国家向石油生产国和亚太发展中国家转移。相比而言，中国的炼油产能一直在不断扩张。2009年底，我国的原油一次加工能力由2000年的76亿吨猛增至77亿吨，稳居世界第二位。近两年，炼油产能扩张势头不减，2011年一年中，中石化即建成投产了26套炼化装置。当前，中石化的石油炼制能力已跃居世界第二，截至2011年底，原油一次加工能力达49亿吨，年加工能力在1000万吨以上的企业有11家。能源消费增长重心东移直接影响到国际能源贸易格局，特别是油气进口的地区构成。从2010年与2001年世界石油进口量地区构成的对比中可以发现，北美、日本进口量呈降势，期间年增率分别为-14%和-51%；欧洲呈微弱增势，为01%。同期，东亚和南亚地区的石油进口年增率为81%。有专家预计，东亚和南亚的全球石油进口份额可能在2013年左右超越美国和欧洲。2013年1月30日国务院总理温家宝主持召开国务院常务会议，提出加快形成能源消费强度和消费总量双控制的新机制。“控制能源消费总量，是贯彻落实科学发展观，加快转变经济发展方式，促进资源节约型、环境友好型社会建设的重要举措。”国家能源局有关负责人说。会议同意国家发改委提出的预期目标：到2015年，全国能源消费总量控制在40亿吨标准煤左右，用电量控制在15万亿千瓦时左右。国务院常务会议提出，要把总量控制目标科学分解到各地区，地方各级政府对本行政区域的控制能源消费总量工作负总责。除划定能源消费总量“红线”外，国务院常务会议还提出，充分发挥市场机制作用，加强科技创新。完善水电、核电及可再生能源电价定价机制，理顺天然气与可替代能源比价关系和煤电价格关系，完善差别电价和惩罚性电价政策。推进资源税改革，强化能源消费环节税收调节，严格控制高耗能产业。当前，北京、上海、河南、浙江等省市编制印发了能源消费总量控制方案，并将目标任务进一步分解到各地市。例如，到2015年，河南全省能源消费总量控制在29000万吨标准煤以内，年均增长2%；用电量控制在3900亿千瓦时以内，年均增长6%。在20世纪的最后二十年里，中国国内生产总值（GDP）翻了两番，但是能源消费仅翻了一番，平均的能源消费弹性仅为5左右。然而自2002年进入新一轮的高速增长周期后，中国能源强度却不断上升，经济发展开始频频受到能源瓶颈问题的困扰。中国是煤炭资源比较丰富的国家，从能源消费结构来看，煤炭依然在中国能源消费总量中占主导地位。建国初期，中国煤炭消费量占一次能源消费总量的90%以上，随着中国石油天然气工业和水电事业的发展，煤炭消费比例有所下降。与2004年相比，2005年全国能源消费总量22．2亿吨，比