陳 偉 郭楷模 岳 芳

1 中國科學(xué)院武漢文獻(xiàn)情報(bào)中心 武漢 430071

2 中國科學(xué)院大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院 北京 100190

能源是人類生存和文明發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，攸關(guān)國計(jì)民生和國家戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)力。當(dāng)前經(jīng)濟(jì)全球化面臨新形勢(shì)，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革方興未艾，國際分工體系加速演變，全球產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈深度重構(gòu)。全球能源生產(chǎn)消費(fèi)革命蓬勃興起，能源科技創(chuàng)新在其中發(fā)揮核心引領(lǐng)作用，而從系統(tǒng)層面開展多學(xué)科交叉的全價(jià)值鏈創(chuàng)新已成為能源頂層戰(zhàn)略規(guī)劃和科研活動(dòng)組織的典型模式。準(zhǔn)確判斷世界能源科技前沿突破方向，強(qiáng)化能源科技戰(zhàn)略導(dǎo)向，全面加強(qiáng)能源科技創(chuàng)新高端供給，對(duì)我國搶占能源競(jìng)爭(zhēng)戰(zhàn)略制高點(diǎn)、維護(hù)國家長遠(yuǎn)戰(zhàn)略利益極為重要。

1 發(fā)達(dá)國家加強(qiáng)能源科技領(lǐng)域頂層設(shè)計(jì)，謀劃主導(dǎo)戰(zhàn)略

當(dāng)今世界面臨百年未有之大變局，國際能源格局發(fā)生重大變化，圍繞能源科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的國際競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。近年來基于國際、國內(nèi)形勢(shì)變化及自身能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，世界主要發(fā)達(dá)國家均把綠色低碳能源技術(shù)視為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的突破口，積極實(shí)施和調(diào)整中長期能源科技戰(zhàn)略，并將其作為頂層指導(dǎo)，出臺(tái)重大科技計(jì)劃調(diào)動(dòng)社會(huì)資源持續(xù)投入，不斷優(yōu)化改革能源科技創(chuàng)新體系，以增強(qiáng)國家競(jìng)爭(zhēng)力和保持領(lǐng)先地位。在能源危機(jī)和氣候變化成為國際主流議題的大背景下，“低碳能源規(guī)?；?，傳統(tǒng)能源清潔化，能源供應(yīng)多元化，終端用能高效化，能源系統(tǒng)智慧化”的整體思路已成為主要國家能源戰(zhàn)略布局的核心內(nèi)容。

1.1 美國：謀求世界能源霸主地位

美國自奧巴馬政府以來，通過制定《全面能源戰(zhàn)略》[1]及配套行動(dòng)計(jì)劃，設(shè)立先進(jìn)能源研究計(jì)劃署和能源創(chuàng)新中心等新型創(chuàng)新平臺(tái)，支持變革性能源技術(shù)開發(fā)和有效整合產(chǎn)學(xué)研各方資源，推動(dòng)清潔能源技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型[2]，在能源獨(dú)立和清潔能源轉(zhuǎn)型上已取得了明顯進(jìn)展。

2017 年特朗普上臺(tái)后，推出《美國優(yōu)先能源計(jì)劃》[3]，將“美國利益優(yōu)先”作為核心原則；退出《巴黎協(xié)定》避免承擔(dān)過多的國際責(zé)任，強(qiáng)調(diào)發(fā)展國內(nèi)的石油、天然氣、煤炭等傳統(tǒng)能源產(chǎn)業(yè)，振興核電；并將能源作為一種重要的國家戰(zhàn)略資源，擴(kuò)大能源出口，在實(shí)現(xiàn)能源獨(dú)立的過程中謀求世界能源霸主的發(fā)展之路。其重要舉措包括：實(shí)施全面能源戰(zhàn)略，多樣化能源結(jié)構(gòu)，開發(fā)減排技術(shù)；推動(dòng)可再生能源并網(wǎng)，同時(shí)保留基荷電源，確保電網(wǎng)可靠性；解決核廢料處置問題，確保核能發(fā)展的安全性；減少貿(mào)易赤字，促進(jìn)就業(yè)，提振美國經(jīng)濟(jì)，同時(shí)保護(hù)環(huán)境；將能源作為外交政策重點(diǎn)之一，通過能源戰(zhàn)略推動(dòng)實(shí)現(xiàn)國家最重要的利益訴求。2018 年，特朗普政府還以中美貿(mào)易摩擦之名行高科技打壓之實(shí)，重點(diǎn)打擊包括新能源、先進(jìn)核能技術(shù)在內(nèi)的高科技產(chǎn)業(yè)，遏制中國科技創(chuàng)新快速崛起及戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

1.2 歐盟：推進(jìn)低碳轉(zhuǎn)型，開展系統(tǒng)創(chuàng)新

自 2010 年以來，歐盟率先構(gòu)建了面向 2020、2030、2050 年的短、中、長期可持續(xù)、前瞻性的能源氣候戰(zhàn)略框架[4-6]，以此推進(jìn)能源及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型，帶動(dòng)歐盟產(chǎn)業(yè)調(diào)整及經(jīng)濟(jì)增長。2014 年，新一屆歐盟委員會(huì)上臺(tái)后全面實(shí)施能源聯(lián)盟戰(zhàn)略，旨在全面提升歐洲能源體系抵御能源、氣候及經(jīng)濟(jì)安全風(fēng)險(xiǎn)的能力，建立安全、可持續(xù)和有競(jìng)爭(zhēng)力的低碳能源體系。

作為落實(shí)歐洲能源聯(lián)盟戰(zhàn)略研究、創(chuàng)新與競(jìng)爭(zhēng)力目標(biāo)的舉措之一，歐盟委員會(huì)于 2015 年 9 月開始實(shí)施升級(jí)版《戰(zhàn)略能源技術(shù)規(guī)劃》（SET-Plan）[7]。該規(guī)劃聚焦能源轉(zhuǎn)型中面臨的系統(tǒng)性、跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，以應(yīng)用為導(dǎo)向打造能源科技創(chuàng)新全價(jià)值鏈，圍繞可再生能源、智能能源系統(tǒng)、能效和可持續(xù)交通 4 個(gè)核心領(lǐng)域，以及碳捕集與封存和核能 2 個(gè)特定領(lǐng)域，開展研究與創(chuàng)新優(yōu)先行動(dòng)，確立歐盟低碳能源技術(shù)研發(fā)和部署在全球范圍的領(lǐng)先地位。

1.3 日本：壓縮核能，發(fā)展新能源，掌控產(chǎn)業(yè)鏈上游

日本能源科技創(chuàng)新戰(zhàn)略秉承了“技術(shù)強(qiáng)國”的整體思路，重點(diǎn)集中在產(chǎn)業(yè)鏈上游的高端技術(shù)，依靠對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈的掌控和影響，使日本的能源技術(shù)產(chǎn)品和能源企業(yè)在世界市場(chǎng)上占據(jù)最大份額，以此促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2016 年，日本政府綜合科技創(chuàng)新會(huì)議公布的《能源環(huán)境技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略》[8]，確定了日本到 2050 年前將要重點(diǎn)推進(jìn)的五大技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域，包括：利用大數(shù)據(jù)分析、人工智能、先進(jìn)傳感和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建智能能源集成管理系統(tǒng)，創(chuàng)新制造工藝和先進(jìn)材料開發(fā)實(shí)現(xiàn)深度節(jié)能，新一代蓄電池和氫能制備、儲(chǔ)存與應(yīng)用，新一代光伏發(fā)電和地?zé)岚l(fā)電技術(shù)，以及二氧化碳固定與有效利用。

在經(jīng)歷福島核事故之后，日本在能源科技發(fā)展重點(diǎn)上有較大調(diào)整，日本政府于 2018 年 7 月發(fā)布《第五次能源基本計(jì)劃》[9]，定調(diào)未來發(fā)展方向是壓縮核電發(fā)展，降低化石能源依賴度，舉政府之力加快發(fā)展可再生能源，以氫能作為二次能源結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，同時(shí)充分融合數(shù)字技術(shù)，構(gòu)建多維、多元、柔性能源供需體系，實(shí)現(xiàn) 2050 年能源全面脫碳化目標(biāo)。

1.4 德國：推動(dòng)高比例可再生能源轉(zhuǎn)型

德國一貫堅(jiān)持以可再生能源為主導(dǎo)的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，經(jīng)過多年的政策激勵(lì)和研發(fā)支持，在可再生能源技術(shù)和裝備制造方面的實(shí)力位居世界前列。日本福島核事故后，德國政府率先提出了全面棄核的能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略[10]，把可再生能源和能效作為兩大支柱，并以法律形式明確了可再生能源發(fā)展的中長期目標(biāo)，提出到 2050 年可再生能源電力占比達(dá)到 80%[11]。

為從科技層面支持能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，德國在 2018 年出臺(tái)了《第七能源研究計(jì)劃》[12]，未來 5 年總預(yù)算達(dá) 64 億歐元。該計(jì)劃聚焦于能源消費(fèi)端節(jié)能增效、電力供應(yīng)、系統(tǒng)集成、跨系統(tǒng)研究和核安全等五大領(lǐng)域，重點(diǎn)解決能源轉(zhuǎn)型面臨的跨部門和跨系統(tǒng)問題，同時(shí)利用“應(yīng)用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”機(jī)制建立用戶驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，加快成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化。

1.5 發(fā)達(dá)國家能源科技創(chuàng)新研發(fā)趨勢(shì)

盡管上述各發(fā)達(dá)國家/地區(qū)的發(fā)展理念、資源稟賦和制度背景不同，但均將能源科技創(chuàng)新放在能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的核心位置，通過分析其研發(fā)重點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)三大共性趨勢(shì)：① 在能源生產(chǎn)端，大力開發(fā)大型風(fēng)電、高效低成本太陽能、生物能等可再生能源技術(shù)，積極研發(fā)碳捕集與利用技術(shù)，以期降低化石能源利用的碳排放，并將氫能開發(fā)利用作為重要戰(zhàn)略儲(chǔ)備技術(shù)和新興產(chǎn)業(yè)培育；② 在能源消費(fèi)端，研發(fā)新工藝、新材料，并利用自動(dòng)化控制以及智能能源管理系統(tǒng)，提高建筑、工業(yè)和交通等行業(yè)終端用能效率；③ 在能源系統(tǒng)集成層面，融合儲(chǔ)能、智能微網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、計(jì)算機(jī)仿真模擬、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，優(yōu)化各類能源系統(tǒng)，構(gòu)建高效、經(jīng)濟(jì)、安全的新型智慧化能源系統(tǒng)。

2 能源科技創(chuàng)新前沿突破不斷涌現(xiàn)

隨著能源技術(shù)和一系列新興技術(shù)（如納米、生物、新材料、人工智能等）的發(fā)展和深度融合，能源生產(chǎn)、轉(zhuǎn)化、運(yùn)輸、存儲(chǔ)、消費(fèi)全產(chǎn)業(yè)鏈正發(fā)生深刻變革。從傳統(tǒng)集中式到分布式能源，從智能電網(wǎng)到能源互聯(lián)網(wǎng)，從石化智能工廠到煤炭大數(shù)據(jù)平臺(tái)，從用戶側(cè)智慧用能到汽車充電設(shè)施互聯(lián)互通，一些重大或顛覆性技術(shù)創(chuàng)新在不斷創(chuàng)造新產(chǎn)業(yè)和新業(yè)態(tài)，改變著傳統(tǒng)能源格局。

能源生產(chǎn)端諸如可再生能源、先進(jìn)安全核能、化石能源清潔高效利用等先進(jìn)技術(shù)正在改變傳統(tǒng)能源開發(fā)利用方式，并穩(wěn)步推進(jìn)主體能源的清潔低碳更替。能源消費(fèi)端致力于研發(fā)低能耗、高效能的綠色工藝與裝備產(chǎn)品，工業(yè)生產(chǎn)向更綠色、更輕便、更高效方向發(fā)展，交通動(dòng)力能源向智能化、電氣化方向轉(zhuǎn)變，建筑行業(yè)用能將實(shí)現(xiàn)潔凈化、綠色化、智能化。而分布式智慧供能系統(tǒng)、能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展應(yīng)用正在引發(fā)能源系統(tǒng)整體變革，智慧能源新業(yè)態(tài)初現(xiàn)雛形。

2.1 能源轉(zhuǎn)型邁向數(shù)字化智能創(chuàng)新時(shí)代

人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字技術(shù)為能源行業(yè)重大挑戰(zhàn)提供全新的數(shù)字化解決方案，數(shù)字化創(chuàng)新集中在數(shù)字技術(shù)和數(shù)據(jù)的智能使用上。

國際能源署 2017 年底發(fā)布首份《數(shù)字化與能源》[13]報(bào)告指出，能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型的最大潛力是其能夠破除能源各部門之間的壁壘，推動(dòng)全球能源系統(tǒng)向互聯(lián)、智能、高效、可靠和可持續(xù)方向發(fā)展。英國石油公司《技術(shù)展望報(bào)告 2018》[14]指出，隨著數(shù)字技術(shù)（包括傳感器、超級(jí)計(jì)算、數(shù)據(jù)分析、自動(dòng)化、人工智能等）依托云網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，到 2050 年一次能源需求和成本將降低 20%—30%。大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的普及，也推動(dòng)著科研工作開始采用以人工智能和數(shù)據(jù)挖掘?yàn)榛A(chǔ)的新興研究手段，從而提升研究效率。美國斯坦福大學(xué)基于人工智能技術(shù)，利用現(xiàn)有的鋰離子電池文獻(xiàn)中的所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，構(gòu)建了具備深度學(xué)習(xí)能力的計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)模型，僅耗時(shí)數(shù)分鐘，即從材料數(shù)據(jù)庫的 1 萬多種候選材料中篩選出了 20 余種有潛力的固態(tài)電解質(zhì)材料，其篩選效率是傳統(tǒng)隨機(jī)測(cè)試的百萬倍[15]。美國能源部還資助了機(jī)器學(xué)習(xí)在地?zé)犷I(lǐng)域應(yīng)用的研究項(xiàng)目，聚焦機(jī)器學(xué)習(xí)用于地?zé)豳Y源勘查和開發(fā)先進(jìn)數(shù)據(jù)分析工具[16]。日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)也部署了相關(guān)研究課題，利用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)改善地?zé)岚l(fā)電站的管理運(yùn)營效率[17]。

2.2 油氣領(lǐng)域數(shù)字化智能化競(jìng)爭(zhēng)激烈

化石能源行業(yè)正在從傳統(tǒng)重資產(chǎn)行業(yè)轉(zhuǎn)型為技術(shù)密集型、技術(shù)精細(xì)型產(chǎn)業(yè)，各競(jìng)爭(zhēng)主體對(duì)數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用速度與水平將會(huì)決定未來的行業(yè)座次和競(jìng)爭(zhēng)版圖，智能精細(xì)化勘采技術(shù)的進(jìn)步將支撐開發(fā)深水深層和非常規(guī)油氣資源。

2017 年世界經(jīng)濟(jì)論壇發(fā)布的《數(shù)字化轉(zhuǎn)型倡議——石油和天然氣行業(yè)》[18]報(bào)告指出，大數(shù)據(jù)和分析工具、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)技術(shù)正成為油氣企業(yè)首要的數(shù)字化主題，而機(jī)器人和無人機(jī)、可穿戴技術(shù)、人工智能將成為未來 3—5 年增長最快的領(lǐng)域。全球多家油氣企業(yè)相繼推出數(shù)字化創(chuàng)新舉措：殼牌集團(tuán)宣布在石油行業(yè)大規(guī)模推進(jìn)人工智能應(yīng)用計(jì)劃，俄羅斯天然氣公司實(shí)施 2030 年數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，巴西國家石油公司成立數(shù)字化轉(zhuǎn)型部門，中石油發(fā)布國內(nèi)油氣行業(yè)首個(gè)智能云平臺(tái)等。

此外，IT 企業(yè)也在加強(qiáng)跨界和傳統(tǒng)油氣企業(yè)開展合作：華為公司的油藏模擬、油氣物聯(lián)網(wǎng)等解決方案已服務(wù) 70% 的全球 TOP20 油氣企業(yè)；IBM 公司牽手阿布扎比國家石油公司，首次將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于油氣生產(chǎn)核算；通用電氣公司和來寶集團(tuán)聯(lián)合推出世界第一艘數(shù)字鉆井船；谷歌公司和道達(dá)爾公司將聯(lián)合攻堅(jiān)人工智能在油氣勘探領(lǐng)域的應(yīng)用。

2.3 化石能源清潔高效梯級(jí)利用

先進(jìn)高效率低排放燃燒發(fā)電和深加工分級(jí)轉(zhuǎn)化是煤炭和天然氣清潔高效利用的未來發(fā)展方向，碳基能源高效催化轉(zhuǎn)化、新型富氧燃燒、先進(jìn)聯(lián)合循環(huán)等高效低排放技術(shù)正處于研發(fā)階段。

美國碳利用研究理事會(huì)（CURC）和電力科學(xué)研究院（EPRI）在 2018 年 7 月更新的《先進(jìn)化石能源技術(shù)路線圖》[19]中，規(guī)劃了增壓富氧燃燒、化學(xué)鏈燃燒、超臨界 CO2動(dòng)力循環(huán)發(fā)電、先進(jìn)超超臨界（A-USC）、煤氣化聯(lián)合循環(huán)等高效低碳發(fā)電技術(shù)到 2035 年的研發(fā)與大規(guī)模示范路徑。美國、日本等發(fā)達(dá)國家已將超臨界 CO2動(dòng)力循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)作為革命性前沿技術(shù)進(jìn)行積極研究，目前在實(shí)驗(yàn)室已建成了小功率的試驗(yàn)機(jī)組，正在向工業(yè)示范電站邁進(jìn)[20,21]。增材制造（3D 打?。┘夹g(shù)在燃?xì)廨啓C(jī)制造中的應(yīng)用已從原型試制逐漸走向?qū)嶋H生產(chǎn)，如通用電氣公司、西門子公司等燃機(jī)制造巨頭穩(wěn)步推進(jìn)制造工藝轉(zhuǎn)型升級(jí)[22,23]。

經(jīng)過多年發(fā)展，中國的先進(jìn)煤化工合成技術(shù)取得了重大突破，已掌握了世界領(lǐng)先的百萬噸級(jí)煤直接液化和煤間接液化技術(shù)。中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所成功實(shí)現(xiàn)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的百萬噸級(jí)煤制烯烴和煤制乙醇技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用，對(duì)保障我國能源安全等具有重要的戰(zhàn)略意義。該所還在煤氣化直接制烯烴研究上取得重大進(jìn)展，顛覆了 90 多年來煤化工領(lǐng)域一直沿襲的費(fèi)-托路線，從原理上開創(chuàng)了一條低耗水進(jìn)行煤轉(zhuǎn)化的新途徑，這是煤轉(zhuǎn)化領(lǐng)域里程碑式的重大突破[24]。

2.4 發(fā)展下一代安全高效先進(jìn)核能系統(tǒng)

可持續(xù)性、安全性、經(jīng)濟(jì)性和防核擴(kuò)散能力的先進(jìn)核能技術(shù)是核能發(fā)展的重中之重，主要研究方向集中在開發(fā)固有安全特性的第四代反應(yīng)堆系統(tǒng)、燃料循環(huán)利用及廢料嬗變堆技術(shù)以及更長遠(yuǎn)的核聚變示范堆設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

第四代核能系統(tǒng)國際論壇（GIF）在 2014 年初更新了技術(shù)路線圖，規(guī)劃了未來 10 年第四代堆型的研發(fā)目標(biāo)和里程碑[25]。美國能源部于 2017 年底宣布，未來 5 年將資助 4 億美元，重點(diǎn)開展新型反應(yīng)堆示范工程、核電技術(shù)監(jiān)管認(rèn)證、先進(jìn)反應(yīng)堆設(shè)計(jì)開發(fā)等工作，以加速核能技術(shù)創(chuàng)新突破[26]。中國科學(xué)院在未來先進(jìn)核裂變能——加速器驅(qū)動(dòng)次臨界系統(tǒng)（ADS）研究中取得重大成果，并基于此在國際上首次提出“加速器驅(qū)動(dòng)先進(jìn)核能系統(tǒng)（ADANES）”概念，將在廣東惠州建設(shè)國際首臺(tái) ADS 嬗變研究裝置[27]。

可控核聚變技術(shù)目前在等離子體理論研究、材料開發(fā)和運(yùn)行試驗(yàn)方面不斷涌現(xiàn)新的成果。中國科學(xué)院合肥等離子體物理研究所研制的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，相繼取得等離子體中心電子溫度達(dá)到 1 億攝氏度、百秒量級(jí)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行等多項(xiàng)世界級(jí)重大突破[28,29]。德國馬普學(xué)會(huì)等離子體物理研究所建造的世界最大仿星器聚變裝置 W7-X 成功產(chǎn)出首個(gè)氫等離子體，計(jì)劃到 2020 年實(shí)現(xiàn)持續(xù) 30 分鐘的等離子體[30]。美國國家科學(xué)院 2018 年發(fā)布《美國燃燒等離子體研究戰(zhàn)略計(jì)劃最終報(bào)告》[31]，建議美國繼續(xù)參與國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）計(jì)劃，并啟動(dòng)國家研究計(jì)劃邁向緊湊型聚變發(fā)電中試階段。歐盟于 2014 年在“地平線 2020”框架下投入 8.5 億歐元，啟動(dòng)了“聚變聯(lián)合研究計(jì)劃”[32]。

2.5 新能源與可再生能源加快應(yīng)用

（1）風(fēng)能、太陽能、生物燃料等可再生能源技術(shù)研發(fā)活躍，有望在未來 20 年成為主導(dǎo)電力來源或規(guī)模替代石油基燃料。① 在風(fēng)能領(lǐng)域，美國[33]和歐盟[34]均提出了海上風(fēng)電發(fā)展戰(zhàn)略，加速推動(dòng)海上風(fēng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前 8 MW 風(fēng)力渦輪機(jī)已投入商業(yè)應(yīng)用，10 MW 及以上的超大規(guī)模風(fēng)力渦輪機(jī)正在研發(fā)中，浮動(dòng)式海上風(fēng)電場(chǎng)的投入使用推動(dòng)風(fēng)電向深海邁進(jìn)。② 在太陽能領(lǐng)域，美國、歐盟、日本等主要國家和地區(qū)深化布局光伏發(fā)電全產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新，作為推進(jìn)新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要戰(zhàn)略舉措，通過全覆蓋布局先進(jìn)材料、制造和系統(tǒng)應(yīng)用各環(huán)節(jié)研發(fā)實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)目標(biāo)[35-37]。鈣鈦礦太陽電池器件結(jié)構(gòu)日趨完善，效率已超多晶硅，逼近單晶硅，但實(shí)現(xiàn)商業(yè)化仍需攻克規(guī)?；圃旃に?、穩(wěn)定性等關(guān)鍵挑戰(zhàn)。中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所在2018年創(chuàng)造了單結(jié)鈣鈦礦太陽電池轉(zhuǎn)換效率世界紀(jì)錄（23.7%）[38]。③ 在生物能源領(lǐng)域，纖維素乙醇、藻類生物燃料等技術(shù)領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展，特別是美國和歐洲首座商業(yè)規(guī)模纖維素酶解制乙醇工廠投產(chǎn)[39,40]，為先進(jìn)低成本生物液體燃料更大規(guī)模發(fā)展創(chuàng)造了條件。目前研究重點(diǎn)主要集中在高產(chǎn)率能源作物培育改造，微生物酶解催化劑，熱化學(xué)轉(zhuǎn)化工藝與多功能催化劑，工程微藻選育、培養(yǎng)、油脂提取與轉(zhuǎn)化等。

（2）氫能發(fā)展備受重視，形成新一輪的發(fā)展熱點(diǎn)。日本[41]、歐盟[42]和澳大利亞[43]等國家和地區(qū)相繼公布了氫能發(fā)展戰(zhàn)略和技術(shù)路線圖，提出未來 20—30 年的氫能與燃料電池技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)。研究人員致力于解決低成本高效率規(guī)?；茪?、經(jīng)濟(jì)高效氫儲(chǔ)存和輸配、燃料電池基礎(chǔ)關(guān)鍵部件制備和電堆集成、燃料電池發(fā)電及車用動(dòng)力系統(tǒng)集成等重大科技問題。德國亥姆霍茲柏林能源材料中心設(shè)計(jì)開發(fā)了雙光陽極串聯(lián)光電催化系統(tǒng)，創(chuàng)造了太陽能到氫能 19% 的轉(zhuǎn)化效率紀(jì)錄[44]。日本國立產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所開發(fā)了陶瓷電解質(zhì)低溫致密燒結(jié)工藝，制備出全球首個(gè)商用規(guī)格的質(zhì)子陶瓷燃料電池[45]。

2.6 新型高能規(guī)?；瘍?chǔ)能取得突破

動(dòng)力和電力規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)是未來能源系統(tǒng)必不可少的關(guān)鍵組成部分，也是各國競(jìng)相布局的重點(diǎn)領(lǐng)域。歐盟組建“歐洲電池聯(lián)盟”實(shí)施戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃，在歐洲打造具有全球競(jìng)爭(zhēng)力的電池產(chǎn)業(yè)鏈[46]。美國能源部將在未來 5 年為儲(chǔ)能聯(lián)合研究中心繼續(xù)投入 1.2 億美元，設(shè)計(jì)開發(fā)新型高能多價(jià)化學(xué)電池，并研究用于電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能的液流電池新概念[47]。日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)在未來 5 年資助 100 億日元，攻克全固態(tài)電池商業(yè)化應(yīng)用的技術(shù)瓶頸，旨在 2030 年左右實(shí)現(xiàn)規(guī)模化量產(chǎn)[48]。

科學(xué)家在儲(chǔ)能反應(yīng)機(jī)理探索、電化學(xué)體系設(shè)計(jì)、新材料開發(fā)方面成果斐然，研究重點(diǎn)在于開發(fā)高安全性、長壽命、低成本的鋰離子電池及新型高能化學(xué)電源體系，并開展新型物理儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)模化示范。美國伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校等機(jī)構(gòu)合作開發(fā)新型鋰-空氣電池，創(chuàng)造在自然空氣環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行超 700 次的循環(huán)壽命紀(jì)錄[49]。美國哈佛大學(xué)研發(fā)出基于低成本醌類有機(jī)電解液的新型液流電池，創(chuàng)造工作壽命最長紀(jì)錄，而且較全釩液流電池成本大幅下降[50]。中國科學(xué)院工程熱物理研究所建成了國際首套 10 MW 級(jí)先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能示范系統(tǒng)，示范系統(tǒng)在額定工況下的效率超過 60%[51]。

3 中國能源科技發(fā)展啟示與建議

改革開放 40 年以來，我國能源科技創(chuàng)新能力已從全部“跟跑”到部分“并跑”，在部分領(lǐng)域已建立了具有國際競(jìng)爭(zhēng)力的能源裝備技術(shù)產(chǎn)業(yè)，為保障國家能源安全和推動(dòng)能源清潔低碳轉(zhuǎn)型提供了有力支撐[52]。但我國能源科技創(chuàng)新水平與新時(shí)代推動(dòng)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命的戰(zhàn)略目標(biāo)仍有較大差距，離構(gòu)建自主可控的核心技術(shù)體系還有較長距離。在我國經(jīng)濟(jì)已進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展階段的當(dāng)下，對(duì)潔凈高效能源的需求比以往任何時(shí)候更為迫切，加快推動(dòng)能源技術(shù)革命已經(jīng)迫在眉睫。

3.1 開展高質(zhì)量能源科技供給側(cè)改革助力新時(shí)代發(fā)展

“善謀者因時(shí)而動(dòng)，能弈者順勢(shì)而為?！蔽覈仨毨卫伟盐招乱惠喣茉锤锩涂萍几锩粎R的重要戰(zhàn)略機(jī)遇期，充分認(rèn)識(shí)到能源科技創(chuàng)新在能源革命中的極端重要性，深化開展高質(zhì)量的能源科技領(lǐng)域供給側(cè)改革，集中攻關(guān)關(guān)鍵“卡脖子”問題，包括：開發(fā)以煤炭為核心的化石資源清潔高效利用和耦合替代新路線和新技術(shù)，突破高能耗、高耗水、高排放等瓶頸問題；突破低碳能源多能互補(bǔ)與規(guī)?；瘧?yīng)用難題，推進(jìn)可再生能源高比例消納，構(gòu)建智慧能源系統(tǒng)；前瞻布局化石能源/可再生能源/核能多元化融合發(fā)展路徑，解決我國現(xiàn)有各能源技術(shù)體系缺乏關(guān)聯(lián)、孤立發(fā)展的結(jié)構(gòu)性缺陷。

中國科學(xué)院于 2018 年正式啟動(dòng)的“變革性潔凈能源關(guān)鍵技術(shù)與示范”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)[53]即首次從“清潔低碳、安全高效”國家能源體系頂層設(shè)計(jì)的角度，提出了通過技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)多種能源之間的互補(bǔ)融合，這是中國科學(xué)院站在國家立場(chǎng)上提出的具有原創(chuàng)意義的系統(tǒng)解決設(shè)計(jì)方案。

3.2 前瞻設(shè)計(jì)下一代多能融合綜合能源系統(tǒng)

多能融合互補(bǔ)是能源變革的發(fā)展趨勢(shì)，引領(lǐng)能源行業(yè)構(gòu)建多種能源深度融合、集成互補(bǔ)的全新能源體系。目前美國、德國等發(fā)達(dá)國家已開始探索一體化、智能化多能融合體系的架構(gòu)設(shè)計(jì)。為破除我國化石能源、可再生能源、核能等各能源體系之間技術(shù)上的相對(duì)割裂態(tài)勢(shì)，需要盡快開展多能融合的未來能源系統(tǒng)研究，從能源全系統(tǒng)層面著手優(yōu)化，突破多能互補(bǔ)、耦合利用技術(shù)。

科技主攻方向特別應(yīng)該高度關(guān)注信息技術(shù)和能源技術(shù)深度融合的智慧型能源體系關(guān)鍵技術(shù)，以及新一代多能融合系統(tǒng)中低碳醇和氫能等重要能源載體的低成本合成和規(guī)?；米兏镄约夹g(shù)，這是新一輪能源革命中我國能源科技有可能走在世界前列的領(lǐng)域，有助于我國搶占先機(jī)，早日建成能源科技強(qiáng)國。

3.3 建設(shè)能源跨學(xué)科交叉融合創(chuàng)新平臺(tái)

現(xiàn)代文明中能源與氣候、環(huán)境、交通、化工等領(lǐng)域緊密關(guān)聯(lián)的天然特性，決定了能源轉(zhuǎn)型“牽一發(fā)而動(dòng)全身”。美、歐等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)洞察到這一趨勢(shì)，均提前部署了跨學(xué)科、跨部門的重大課題。能源與前沿學(xué)科的交叉融合創(chuàng)新將是未來能源科技創(chuàng)新的最佳路徑，也最有可能催生顛覆性技術(shù)。

我國應(yīng)加快研究部署能源跨學(xué)科交叉融合創(chuàng)新平臺(tái)，試點(diǎn)布局重大研究項(xiàng)目，推進(jìn)能源技術(shù)與新一代信息技術(shù)、合成生物學(xué)技術(shù)、納米技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)等深度融合，帶動(dòng)液態(tài)陽光、規(guī)模化高性能儲(chǔ)能、氫能與燃料電池、智慧綜合能源網(wǎng)絡(luò)等潛在顛覆技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，確保我國能夠并跑甚至領(lǐng)跑世界能源科技前沿。

3.4 開展體制機(jī)制改革加快建立健全能源科技創(chuàng)新體系

我國需要進(jìn)一步深化能源體制機(jī)制改革，合理運(yùn)用政府宏觀調(diào)控的引導(dǎo)作用，建立健全能源領(lǐng)域相關(guān)的法律法規(guī)，打通煤炭、石油、天然氣、可再生能源等各能源種類之間的管理體制壁壘，為能源技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)發(fā)展以及現(xiàn)代能源體系建立營造良好穩(wěn)定的政策制度環(huán)境。

特別是，應(yīng)盡快建立能源領(lǐng)域國家實(shí)驗(yàn)室，牽頭組織優(yōu)勢(shì)力量開展重大關(guān)鍵技術(shù)集成化創(chuàng)新和聯(lián)合攻關(guān)。在國家層面建立多元化的能源科技風(fēng)險(xiǎn)投資基金，激勵(lì)高風(fēng)險(xiǎn)、高回報(bào)的顛覆性技術(shù)開發(fā)，利用政府資源投入來撬動(dòng)民間資本。實(shí)施重大能源工程形成國際競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的高端能源化工技術(shù)裝備工業(yè)體系，在“一帶一路”框架下支持更多先進(jìn)能源化工技術(shù)裝備“走出去”。

3.5 積極擁抱數(shù)字技術(shù)推進(jìn)能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，能源行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型已然大勢(shì)所趨。未來的幾十年內(nèi)，數(shù)字技術(shù)將使全球能源系統(tǒng)變得更加緊密互聯(lián)、智能、高效、可靠和可持續(xù)。因此需要堅(jiān)定不移地推進(jìn)能源和數(shù)字技術(shù)深度融合，以引導(dǎo)能量有序流動(dòng)，構(gòu)筑更高效、更清潔、更經(jīng)濟(jì)、更安全的現(xiàn)代能源體系。需要制定靈活政策以適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展需求，探討跨部門廣泛應(yīng)用，并對(duì)從業(yè)人員進(jìn)行數(shù)字技術(shù)專業(yè)技能培訓(xùn)。

此外，還需要從系統(tǒng)觀出發(fā)來考量能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型的成本和收益，密切追蹤數(shù)字化轉(zhuǎn)型對(duì)全球能源消費(fèi)需求變化的影響，充分考慮和評(píng)估能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中面臨的潛在風(fēng)險(xiǎn)，提供公平的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，以更好地服務(wù)各利益相關(guān)方，并加強(qiáng)國際合作分享能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型的成功案例和經(jīng)驗(yàn)。