云顶集团国家重大出版工程 中国能源科学2035发展战略

　　云顶集团国家重大出版工程 中国能源科学2035发展战略2023年5月26日，由中国科学院和国家自然科学基金委员会联合部署、学科领域知名院士专家共同研究编撰的《中国能源科学2035发展战略》正式发布，该报告是“十四五”国家重大出版工程“中国学科及前沿领域2035发展战略丛书”的分册之一，为能源科学的未来发展指明了方向。报告提出我国能源科学技术未来发展思路、关键科学问题、重点发展方向和前沿交叉重点研究方向，值得我们特别关注。

　　能源是经济社会持续稳定发展的基础和人民生活质量提高的重要保障，并且与气候及环境密切相关。能源既包括自然界广泛存在的化石能源、核能和可再生能源等，也包括由此转换而来的电能和氢能。能源科学是研究勘探、开发、输运、转化、存储和利用能源的基本规律的科学；能源技术是根据能源科学研究成果，为能源工程提供设计方法和手段，确保工程目标实现的技术。能源科学发展战略制定与决策部门的宏观政策导向、治理机制密切相关。我国正处在新型工业化、电气化、信息化、城镇化、农业现代化同步发展进程中，能源生产量、消费量、温室气体排放总量均位居世界前列。在目前社会经济结构和所处的发展阶段中，由于受化石能源的可耗竭性、新能源消纳能力、能源技术和效率水平、环境污染与温室气体排放等因素制约，我国能源发展面临着重大挑战。发展先进能源科学技术和研究开发利用可再生能源是应对我国能源挑战的根本途径。因此，制定系统的能源科学技术发展战略具有重大的科学意义和紧迫的现实意义。我国政府远瞩，提出加快能源，构建能源强国，特别是在“碳达峰、碳中和”和“构建以新能源为主体的新型电力系统”等战略目标下，能源科学技术受到前所未有的关注和重视，能源生产和消费正在发生巨大变革。在此背景下，国家自然科学基金委员会和中国科学院在“中国学科及前沿领域发展战略研究（2021—2035）”项目中专门设置了能源科学发展战略研究专题。该系列发展战略研究报告的编写工作自2019 年12 月正式启动，集中了来自中国科学院、高校及行业研究机构从事能源相关研究的近百位专家和科技人员，形成了老中青相结合、经验丰富和充满活力的编写队伍，成立了项目组和秘书组，通过充分调研和分析、学术交流以及专业论坛讨论，形成了相应领域的研究成果，经过近20 次会议研讨、3 次专家院士咨询、近10 稿修改后，于2021 年12 月完成了本书稿件的编写工作。

　　我国能源发展的关键科学技术问题主要有：化石能源、多种可再生能源及储能系统耦合的清洁低碳燃料转换与发电机制；太阳能和风能利用过程的能量传递、转换、储存和利用机理；以新能源为主体的新型电力系统关键理论与技术、安全性及其调控机制、市场机制和法规体系的构建；以电为中心的能源系统形态构建及其传输运行控制理论；不同物质流、能量流、信息流之间的转换调控集成以及低成本规模化能量转换和利用理论与技术。具体包括以下各方面。

　　（1）化石燃料特性控制、混合设计及其清洁低碳高效燃烧基础理论；化石燃料的定向利用新机制和新途径；灵活多源智能发电系统集成控制的技术研发和工程示范；非常规油气开采过程中多相多组分输运与连续排采理论；超临界CO2提高非常规天然气开采技术；非常规油气资源的协同开发利用技术。

　　（2）可再生能源高效开发利用理论；可再生能源热力系统优化理论；先进能源转换理论；多类型水合物生成及分解热力学和动力学机理；生物质热化学转化机理与过程强化；可再生能源的高效准确勘查评估技术；数值核反应堆技术；规模化储能技术；新型太阳能电池制造技术；风能利用气动机理及结构动态特性调控技术。

　　（3）智能电网中物理—信息—社会系统基础理论；高比例可再生能源接入场景下的低惯量电力系统调度运行与控制理论；面向大规模可再生能源消纳的电力市场基础理论与定价机制；可再生能源并网与发电控制技术；面向高比例新能源并网的多端柔性直流输配电系统设计、控制与保护一体化技术；电力装备智能化技术；新型输电技术。

　　（4）异质能源系统耦合作用机理；多主体异质能流耦合的多尺度协同性；信息—能量—社会融合系统安全机理与协同优化；多能源市场时空耦合机理；数据—机理双重驱动的综合能源系统建模方法；综合能源系统数字孪生仿真技术及平台；面向“碳达峰、碳中和”的综合能源系统结构形态优化规划方法云顶集团公司。

　　（5）新概念/ 新原理气动热力布局；高参数、极端工况下流体机械复杂内流理论与流动控制；设计软件工具、系统集成、先进材料制造工艺、关键零部件；系统匹配优化、健康管理、故障诊断与智能化调控技术；700 ℃先进超超临界燃煤发电技术汽轮机关键部件金属材料技术。

　　（6）复合场作用和极端条件下电介质材料基础理论；多特征参量信号传感机理与状态诊断理论；复杂多约束条件下高效能高品质电机系统设计、分析与驱动控制理论；环保型绝缘材料设计与合成；高精度状态信息感知与诊断技术；直流高压开关、高速电弧开断、高压套管等高端输变电装备技术；复杂环境工况高效能电机技术。

　　（7）可再生能源储能系统优化理论与方法；新型储能与电力系统耦合机理；储能材料能/ 质多物理场耦合传递转化机理；复合储能技术；热化学储能技术；电化学储能技术；模块化飞轮储能技术；超级电容器的整体构筑策略。

　　（8）超临界水煤气化过程的多相流热物理化学基础理论；超临界水煤气化制氢耦合发电系统集成优化理论；新型储氢机理；复合储氢技术的结合机理；煤的超临界水气化制氢与发电多联产制氢技术；光催化光热耦合制氢技术；高效电解水制氢系统；氢压缩技术；燃料电池电催化剂与系统水热管理技术。

　　（9）能源高效清洁利用原理；污染物的处理及利用原理；规模化高效储能机制；能源梯级综合利用和系统集成理论；能源—经济—社会—环境复杂作用机理；建筑光储直柔配电系统构建方法；可再生能源应用于建筑的产—供—用—蓄—调一体化分析方法；交通能源全生命周期及对环境和生态的影响机制。

　　（10）面向碳减排的生态工业基础理论和技术示范；碳减排技术的环境影响评估与风险控制理论；碳减排对能源及工业产品价格波动的影响机制；碳交易对碳减排的激励和约束作用；高碳能源的无碳—低碳转换与排放技术；低碳燃料合成及二氧化碳资源化利用；基于可再生能源集成的多能互补碳减排技术；低成本高效率碳捕集、利用与封存技术。

　　（1）化石能源的清洁低碳智慧高效利用，包括：煤炭、石油、天然气的清洁、低碳、智慧、高效利用的基础理论、计算模型、测量方法、关键技术；非常规油气开采、炼制、利用全过程调控实现高效清洁开发利用；常规、非常规油气资源协同开发；多种资源的立体高效利用。

　　（2）可再生能源与新能源转换利用的调控、优化、匹配、集成，包括：可再生能源热力系统优化；变工况太阳能光热利用体系；生物质热化学转化机理与过程强化；高效制氢新方法；数值核反应堆技术；规模化储能方法；基于可再生能源与新能源的综合能源系统。

　　（3）面向高比例可再生能源的电力系统安全高效运行，包括：电力系统安全高效运行基础；清洁低碳电力技术；物理—信息—社会系统基础；电力装备智能化技术；新型输电技术。

　　（4）规模化综合能源系统的耦合安全与协同优化，包括：综合能源系统耦合建模与数字孪生仿真；综合能源系统安全评估与防御；综合能源系统能量管理与运行控制；规模化多能存储及储能系统集群优化；多元化辅助服务市场。

　　（5）高效、宽域、低碳动力装置与热能利用，包括：高超声速、新能源航空发动机；低碳/ 零碳燃气轮机；新概念/ 新原理气动热力布局；适应电网调频调峰需求的汽轮机负荷快速响应技术；新一代内燃机高效清洁燃烧技术；高参数、极端工况下流体机械复杂内流理论与流动控制；吸收—压缩耦合新型热泵循环；高效储热—热泵耦合系统。

　　（6）高可靠性、智慧感知、绿色环保的新型电力装备，包括：高可靠性、绿色环保的电工材料；复合场作用和极端条件下电介质材料演化规律；微电子、光学等高灵敏度、分布式信息感知方法；复杂多约束条件下的高性能电力器件与装备设计。

　　（7）储能系统中的核心器件研发与集成优化，包括：可再生能源储能系统优化；新型储能与电力系统耦合；复合式储能；储能器件的传热传质优化；热化学储能；电化学储能电极材料与电解液；高效固液相变储能材料；模块化飞轮储能；超级电容器云顶集团公司。

　　（8）氢能的绿色规模生产、安全储运及高效利用，包括：煤的超临界水气化制氢与发电多联产制氢技术；光催化光热耦合制氢技术；高效电解水制氢系统；氢压缩技术；安全高效的复合储氢材料；高性能低成本燃料电池电催化剂与系统水热管理。

　　（9）终端用能的能源清洁、高效、低碳利用，包括：能量高效和清洁转换；工业废物处理和噪声治理；新能源和可替代能源利用技术；“双碳”目标下建筑物本体的关键节能技术；可再生能源应用于建筑的产—供—用—蓄—调方法；高效清洁的发动机燃烧理论；替代燃料和动力电池技术。

　　（10）大规模低成本的碳捕集、利用与封存技术，包括：碳排放技术层面与系统层面；高碳能源的无碳—低碳转换与排放技术；低碳燃料合成及二氧化碳资源化利用；低成本高效率碳捕集、利用与封存技术；碳减排技术的环境影响评估与风险控制。

　　能源科学技术是一个高度综合、具有很强学科交叉特点的研究领域。能源与信息、智能、材料等领域的交叉融合迅猛发展，新技术不断涌现。

　　（1）化石能源与其他学科交叉研究：煤燃烧与材料科学、信息科学、计算机通信、人工智能、大气科学、环境科学、化学、地质学、生命科学、医学和经济学等领域交叉；与机械、材料、信息、环境等领域的新方法、新技术交叉融合，全面提升煤转化系统的本质安全、清洁高效和低碳绿色水平。

　　（2）可再生能源及新能源与其他学科交叉研究：太阳能利用与建筑节能；太阳能利用与环境保护；多能源供应体系下的能量利用系统优化；太阳—植物光合作用；太阳能化学与生物转化的基础科学问题研究；太阳能规模制氢与燃料电池耦合系统及其内部多相多物理及化学过程的理论及关键技术；风、水、光互补系统设计、运行与控制；基于生物质能—太阳能的农村多能互补系统设计、运行与控制；多能互补网络。

　　（3）电能及智慧能源系统与其他学科交叉研究：智能电网的信息平台；风能和太阳能的短期预测与电力调度；大容量高密度储能技术；新型电工材料；高效节能的照明技术；能源互联网与数字孪生；能源云与边缘计算；能源智能硬件及其智慧软件。

　　（4）储能与其他学科交叉研究：新抽水蓄能创新形式建设涉及工程热物理、地质学、采矿工程等交叉领域；先进储能材料；新型电磁/ 超导磁悬浮技术；电池管理系统的设计和开发。

　　（5）氢能与其他学科交叉研究：光生物制氢技术中的光能吸收、转化和利用；储氢材料；氢燃料电池应用中的新型关键材料、耐腐蚀材料，非铂或者低铂催化剂。

　　（6）CO2控制相关的基础理论研究涉及能源、环境、化工、生物、地学和规划管理等多个学科领域：燃料化学能梯级利用的温室气体控制（与化学学科交叉）；CO2储存与资源利用方法（与环境、地学学科交叉）；低碳排放型循环经济生态工业系统（与管理学科交叉）、CO2的化学利用云顶集团公司。

　　本文摘编自《中国能源科学2035发展战略》，项目组组长为中国科学院院士何雅玲和陈维江，标题和内容有调整。

　　21 世纪前20 年，能源科学蓬勃发展，为保障世界能源安全、应对全球气候变化、促进人类文明和经济社会的不断发展进步提供了有力支撑，我国也已经成为能源科学大国、能源技术装备产业大国和能源教育大国。《中国能源科学2035 发展战略》在总结国际能源发展趋势的基础上，全面分析了我国能源科学技术的发展现状，提出了我国能源科学技术发展的指导思想和发展目标，集中阐述了化石能源，可再生能源与新能源，智能电网，综合能源系统，能量转换中的动力装置与热能利用，电力装备，储能装备及系统，氢能的生产、储运及利用，终端用能及节能，碳减排技术等领域的关键科学技术问题，面向2035 年提出了我国能源科学技术的重点发展方向和相关建议。本书为相关领域战略与管理专家、科技工作者、企业研发人员及高校师生提供了研究指引，为科研管理部门提供了决策参考，也是社会公众了解能源科学发展现状及趋势的重要读本。

　　何雅玲，西安交通大学教授，中国科学院院士，工程热物理学家。第十九届、第二十届中央候补委员，国家储能技术产教融合创新平台（中心）主任，西安交通大学学术委员会主任。兼任中国科学院技术科学部常务委员会副主任，教育部高等学校能源动力类专业教指委主任，国务院学位委员会学科评议组（动力工程及工程热物理）召集人，教育部科技委学部副主任，中国制冷学会副理事长，中国动力工程学会副理事长，国家自然科学基金委工材部咨询委专家等。主要从事能源与动力工程、新能源及储能科学与技术的基础研究及重大工程技术创新研究，研究成果在航天、能源和化工领域得到广泛应用。获何梁何利科学与技术进步奖，国家自然科学二等奖 2项，国家技术发明二等奖 1项，国家科学技术进步奖一等奖（创新团队奖）1 项，省部级科技成果一等奖3项；国家教学成果一等奖3项、二等奖2项等。作为学术带头人，领导的团队获首批“国家储能技术产教融合创新平台”，国家自然科学基金委创新群体、教育部创新团队及全国高校黄大年式教师团队等。为服务国家双碳目标、培养急需的高层次人才，做了大量的开创性工作。

　　陈维江，高电压与绝缘技术专家，中国科学院院士，国家电网有限公司一级顾问。长期从事电力系统电磁瞬态分析方法及防护技术研究，主持交、直流特高压输电系统电磁与绝缘特性基础问题研究，获得了多时间尺度瞬态过电压特性，提出过电压深度抑制方法和绝缘配合方案，支撑我国自主研发成功特高压输电技术；还系统研究了电网雷击先导放电机理与绝缘线路雷击断线机理，提出了基于雷击风险概率分布、疏堵结合的差异化防护方法，在电力系统和高铁牵引供电系统获得广泛应用。先后获国家技术发明二等奖、科技进步特等奖和科技进步二等奖各一项，发表论文270余篇，获国家发明专利140余项。