“顶石”项目之科技前沿：全球能源发展格局下的新能源生产与高效利用探究【高中组】

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2024-03-20

　　开始日期: 2024-07-05

　　课时安排: 7周在线小组科研学习+5周不限时论文指导学习

　　适合人群

　　适合年级 (Grade): 高中生

　　适合专业 (Major): AP/A-Level/IBDP等课程体系物理、化学，未来想申请化学工程、应用化学、能源化学、石油工程、能源科学与工程、热能与动力工程等专业的学生

　　学生需要具备物理、化学基础

　　建议选修: 化学物质构成与反应原理

　　导师介绍

　　Daniel

　　耶鲁大学 Yale University终身正教授

Daniel

　　Daniel 导师现任耶鲁大学物理与电子工程、应用物理终身正教授，应用物理系本科负责人(Director of Undergraduate Studies)和研究生录取委员会成员(Graduate Admissions Committee)。荣获电气和电子工程师协会(IEEE;世界规模最大的非营利性专业技术学会)终身成就奖、IBM全球杰出学者奖(IBM Faculty Awards)以及两项美国航空航天局(NASA)发明奖，持有美国物理学会(APS)席位，在耶鲁大学开设博士、硕士和本科项目，讲授“能源、技术与社会”等课程。导师的研究兴趣为纳米系统、超导电性、量子噪声和超灵敏光子探测器。

　　Prof.Daniel is the director of undergraduate studies, graduate admissions committee，energy studies program advisory committee and Yale-Weizmann institute research collaboration‘s director. His research interests are experimental solid-state physics and superconductivity, coherent quantum transport and noise studies; superconducting quantum detectors: microwave UV and x-ray detectors; nanostructure fabrication techniques.

　　任职学校

　　耶鲁大学(Yale University)始建于1701年，是闻名世界的私立研究型大学，常青藤盟校之一，美国第三古老的高等教育学府，也是美国大学协会(AAU;研究型大学联盟，会员门槛极高，被许多机构视为衡量大学学术研究和品质的基准)14个创始院校之一。耶鲁大学长期以来蝉联泰晤士高等教育THE最具声望大学前十名，在2020年U.S.News美国大学排名位列第3。

　　项目背景

　　能源问题是各国发展的咽喉。“煤、石油、天然气”等传统化石能源消费主体带来的能源安全和环境问题日益突出，能源转型势在必行。清洁能源的供应可以保证一国经济持续和稳定地发展。以“低碳化、无碳化”理念为核心的新一轮能源革命在全球范围内蓬勃兴起。世界能源发展正在由高碳能源时代进入低碳能源时代，由化石能源时代进入可再生能源时代。发展可再生能源是保障能源安全，加强环境保护，应对气候变化的重要途径，是各国政府、学界和行业各领域关注的焦点。世界能源开发现状和前景如何?能源领域前沿技术有哪些?如何运用能源理论解决实际能源问题?这些问题，将在项目中一一得到解答。

　　项目介绍

　　本课程将围绕新能源这个话题逐步展开，将深入研究太阳能、风能、水能、地热能等各种新能源形态，学生将深刻了解不同新能源形态的优势、挑战以及在全球范围内的应用现状。除此之外，课程还将重点聚焦新能源创新技术，如太阳能电池、涡轮机、潮汐发电能力等它们解析在塑造未来能源格局中的我们将探讨新能源技术的最新发展，以及它们如何推动可持续能源的普及，助力应对气候变化的挑战。通过参与本次课程，您将获得对新能源领域全景的深刻理解，为投身未来能源行业奠定坚实的基础。让我们面对21世纪新时代能源的挑战与机遇，为构建清洁、可持续的能源未来做出贡献一份力量。学生在项目结束时提交项目报告，进行成果展示。

　　个性化研究课题参考：新能源风电发展预测与评价模型研究，高比例可再生能源电力系统关键技术及发展挑战，碳中和背景下氢能利用关键技术及发展现状

　　This course will focus on the topic of new energy gradually, will be in-depth study of solar energy, wind energy, water energy, geothermal energy and other new energy forms, students will have a deep understanding of the advantages of different new energy forms, challenges and global application status. In addition, the course will focus on innovative new energy technologies, such as solar cells, turbines, tidal power, etc. They are shaping the energy landscape of the future. We will explore the latest developments in new energy technologies and how they can promote the spread of sustainable energy and help meet the challenges of climate change. By participating in this course, you will gain a deep understanding of the panorama of the new energy sector and lay a solid foundation for working in the energy industry of the future. Let us face the challenges and opportunities of the new era of energy in the 21st century, and contribute to building a clean and sustainable energy future. At the end of the project, students submit a project report and present their results.

　　Suggested Future Research Fields:

　　Research on Forecast and Evaluation Model of New Energy Wind Power Development

　　Key technologies and development challenges of high-proportion renewable energy power systems

　　Key technologies and development status of hydrogen energy utilization in the context of carbon neutrality

　　项目大纲

　　能源基础：全球能源发展趋势 Energy Fundamentals: Global energy trends

　　能源利用：建筑与交通行业中的能源利用 Energy use. Building and transportation use; new near-term technologies

　　能源热力学：热、功和熵、储热和传热、理想气体、热机与热机效率 Energy thermodynamics: heat, work and entropy, heat storage and heat transfer, ideal gases, heat engine and heat engine efficiency

　　可再生能源与减少能源损耗相关政策：未来城市设计，中国、美国、欧洲能源发展模式比较 Policies to promote energy reduction, adoption of renewable. Design of new, future cities; comparisons between the models of China, USA, and Europe.

　　专题1：化石燃料 Fossil fuel intro

　　专题2：太阳能与光伏发电 Solar electric

　　专题3：风能 Wind

　　专题4：水电 hydro electric future

　　专题5：交通能源(电动汽车、氢能源汽车等)Electric cars and hydrogen energy cars

　　专题6：城市建筑能源,地球工程和建筑设计如何最大程度降低环境影响 Building energy

　　专题7：全球气候变化 Climate science

　　项目回顾与成果展示 Program Review and Presentation

　　论文辅导 Project Deliverables Tutoring

　　项目收获

　　7周在线小组科研学习+5周不限时论文指导学习共125课时

　　项目报告