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高效发电指尽可能多地将电厂中使用的初级能源转换为电力和有用的热能。只要把化石燃料发电厂的能源效率提升几个百分点，就能大大节省资源，显著降低二氧化碳排放。对使用可再生能源的电厂来说，提高能效对能源生成的费用起着决定性的影响，进而决定他们相较于传统电厂的竞争优势。

到21世纪中叶，火力发电将仍是主要的能源来源。在改建燃煤电厂上仍有很大的能效提升空间。在中国，火电厂的平均能效为36%。但是火力发电耗费大量的能源，不利于能源的储存和可持续利用。

在火力发电方面，燃气轮机和蒸汽轮机发电厂目前已经实现了迄今最高的能源效率 - 超过60%。由于启动时间非常短，这类电厂最适宜于补充风力和太阳能发电带来的自然电力波动。而通过热电联产电厂可以达到更高的能源效率 - 超过90% 。

给太阳能和风能发电方面带来最大挑战的是电力供给的不稳定。其经济效益取决于是否选对于发电地点以及是否最有效地利用了其天然具有的低能源密度特点。中国拥有世界上增长最快的风电市场，其风电装机容量自2005年以来每年要翻一番。到2020年，中国国内风电厂运行中的总装机容量有望达到15万兆瓦。太阳能风力发电综合运用风力和太阳能，利用可再生资源，节能环保，是发电行业的发展方向。