2023年5月26日，由中國科學(xué)院和國家自然科學(xué)基金委員會聯(lián)合部署、學(xué)科領(lǐng)域知名院士專家共同研究編撰的《中國能源科學(xué)2035發(fā)展戰(zhàn)略》正式發(fā)布，該報告是“十四五”國家重大出版工程“中國學(xué)科及前沿領(lǐng)域2035發(fā)展戰(zhàn)略叢書”的分冊之一，為能源科學(xué)的未來發(fā)展指明了方向。報告提出我國能源科學(xué)技術(shù)未來發(fā)展思路、關(guān)鍵科學(xué)問題、重點發(fā)展方向和前沿交叉重點研究方向，值得我們特別關(guān)注。

能源是經(jīng)濟社會持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的基礎(chǔ)和人民生活質(zhì)量提高的重要保障，并且與氣候及環(huán)境密切相關(guān)。能源既包括自然界廣泛存在的化石能源、核能和可再生能源等，也包括由此轉(zhuǎn)換而來的電能和氫能。能源科學(xué)是研究勘探、開發(fā)、輸運、轉(zhuǎn)化、存儲和利用能源的基本規(guī)律的科學(xué)；能源技術(shù)是根據(jù)能源科學(xué)研究成果，為能源工程提供設(shè)計方法和手段，確保工程目標(biāo)實現(xiàn)的技術(shù)。能源科學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略制定與決策部門的宏觀政策導(dǎo)向、治理機制密切相關(guān)。我國正處在新型工業(yè)化、電氣化、信息化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化同步發(fā)展進程中，能源生產(chǎn)量、消費量、溫室氣體排放總量均位居世界前列。在目前社會經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和所處的發(fā)展階段中，由于受化石能源的可耗竭性、新能源消納能力、能源技術(shù)和效率水平、環(huán)境污染與溫室氣體排放等因素制約，我國能源發(fā)展面臨著重大挑戰(zhàn)。發(fā)展先進能源科學(xué)技術(shù)和研究開發(fā)利用可再生能源是應(yīng)對我國能源挑戰(zhàn)的根本途徑。因此，制定系統(tǒng)的能源科學(xué)技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略具有重大的科學(xué)意義和緊迫的現(xiàn)實意義。我國政府高瞻遠(yuǎn)矚，提出加快能源革命，構(gòu)建能源強國，特別是在“碳達峰、碳中和”和“構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)”等戰(zhàn)略目標(biāo)下，能源科學(xué)技術(shù)受到前所未有的關(guān)注和重視，能源生產(chǎn)和消費正在發(fā)生巨大變革。在此背景下，國家自然科學(xué)基金委員會和中國科學(xué)院在“中國學(xué)科及前沿領(lǐng)域發(fā)展戰(zhàn)略研究（2021—2035）”項目中專門設(shè)置了能源科學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略研究專題。該系列發(fā)展戰(zhàn)略研究報告的編寫工作自2019 年12 月正式啟動，集中了來自中國科學(xué)院、高校及行業(yè)研究機構(gòu)從事能源相關(guān)研究的近百位專家和科技人員，形成了老中青相結(jié)合、經(jīng)驗豐富和充滿活力的編寫隊伍，成立了項目組和秘書組，通過充分調(diào)研和分析、學(xué)術(shù)交流以及專業(yè)論壇討論，形成了相應(yīng)領(lǐng)域的研究成果，經(jīng)過近20 次會議研討、3 次專家院士咨詢、近10 稿修改后，于2021 年12 月完成了本書稿件的編寫工作。

我國能源領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題

我國能源發(fā)展的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題主要有：化石能源、多種可再生能源及儲能系統(tǒng)耦合的清潔低碳燃料轉(zhuǎn)換與發(fā)電機制；太陽能和風(fēng)能利用過程的能量傳遞、轉(zhuǎn)換、儲存和利用機理；以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)關(guān)鍵理論與技術(shù)、安全性及其調(diào)控機制、市場機制和法規(guī)體系的構(gòu)建；以電為中心的能源系統(tǒng)形態(tài)構(gòu)建及其傳輸運行控制理論；不同物質(zhì)流、能量流、信息流之間的轉(zhuǎn)換調(diào)控集成以及低成本規(guī)?；芰哭D(zhuǎn)換和利用理論與技術(shù)。具體包括以下各方面。

（1）化石燃料特性控制、混合設(shè)計及其清潔低碳高效燃燒基礎(chǔ)理論；化石燃料的定向利用新機制和新途徑；靈活多源智能發(fā)電系統(tǒng)集成控制的技術(shù)研發(fā)和工程示范；非常規(guī)油氣開采過程中多相多組分輸運與連續(xù)排采理論；超臨界CO2??提高非常規(guī)天然氣開采技術(shù)；非常規(guī)油氣資源的協(xié)同開發(fā)利用技術(shù)。

（2）可再生能源高效開發(fā)利用理論；可再生能源熱力系統(tǒng)優(yōu)化理論；先進能源轉(zhuǎn)換理論；多類型水合物生成及分解熱力學(xué)和動力學(xué)機理；生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化機理與過程強化；可再生能源的高效準(zhǔn)確勘查評估技術(shù)；數(shù)值核反應(yīng)堆技術(shù)；規(guī)?；瘍δ芗夹g(shù)；新型太陽能電池制造技術(shù)；風(fēng)能利用氣動機理及結(jié)構(gòu)動態(tài)特性調(diào)控技術(shù)。

（3）智能電網(wǎng)中物理—信息—社會系統(tǒng)基礎(chǔ)理論；高比例可再生能源接入場景下的低慣量電力系統(tǒng)調(diào)度運行與控制理論；面向大規(guī)?？稍偕茉聪{的電力市場基礎(chǔ)理論與定價機制；可再生能源并網(wǎng)與發(fā)電控制技術(shù)；面向高比例新能源并網(wǎng)的多端柔性直流輸配電系統(tǒng)設(shè)計、控制與保護一體化技術(shù)；電力裝備智能化技術(shù)；新型輸電技術(shù)。

（4）異質(zhì)能源系統(tǒng)耦合作用機理；多主體異質(zhì)能流耦合的多尺度協(xié)同性；信息—能量—社會融合系統(tǒng)安全機理與協(xié)同優(yōu)化；多能源市場時空耦合機理；數(shù)據(jù)—機理雙重驅(qū)動的綜合能源系統(tǒng)建模方法；綜合能源系統(tǒng)數(shù)字孿生仿真技術(shù)及平臺；面向“碳達峰、碳中和”的綜合能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)優(yōu)化規(guī)劃方法。

（5）新概念/ 新原理氣動熱力布局；高參數(shù)、極端工況下流體機械復(fù)雜內(nèi)流理論與流動控制；設(shè)計軟件工具、系統(tǒng)集成、先進材料制造工藝、關(guān)鍵零部件；系統(tǒng)匹配優(yōu)化、健康管理、故障診斷與智能化調(diào)控技術(shù)；700 ℃先進超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)汽輪機關(guān)鍵部件金屬材料技術(shù)。

（6）復(fù)合場作用和極端條件下電介質(zhì)材料基礎(chǔ)理論；多特征參量信號傳感機理與狀態(tài)診斷理論；復(fù)雜多約束條件下高效能高品質(zhì)電機系統(tǒng)設(shè)計、分析與驅(qū)動控制理論；環(huán)保型絕緣材料設(shè)計與合成；高精度狀態(tài)信息感知與診斷技術(shù)；直流高壓開關(guān)、高速電弧開斷、高壓套管等高端輸變電裝備技術(shù)；復(fù)雜環(huán)境工況高效能電機技術(shù)。

（7）可再生能源儲能系統(tǒng)優(yōu)化理論與方法；新型儲能與電力系統(tǒng)耦合機理；儲能材料能/ 質(zhì)多物理場耦合傳遞轉(zhuǎn)化機理；復(fù)合儲能技術(shù)；熱化學(xué)儲能技術(shù)；電化學(xué)儲能技術(shù)；模塊化飛輪儲能技術(shù)；超級電容器的整體構(gòu)筑策略。

（8）超臨界水煤氣化過程的多相流熱物理化學(xué)基礎(chǔ)理論；超臨界水煤氣化制氫耦合發(fā)電系統(tǒng)集成優(yōu)化理論；新型儲氫機理；復(fù)合儲氫技術(shù)的結(jié)合機理；煤的超臨界水氣化制氫與發(fā)電多聯(lián)產(chǎn)制氫技術(shù)；光催化光熱耦合制氫技術(shù)；高效電解水制氫系統(tǒng)；氫壓縮技術(shù)；燃料電池電催化劑與系統(tǒng)水熱管理技術(shù)。

（9）能源高效清潔利用原理；污染物的處理及利用原理；規(guī)?；咝δ軝C制；能源梯級綜合利用和系統(tǒng)集成理論；能源—經(jīng)濟—社會—環(huán)境復(fù)雜作用機理；建筑光儲直柔配電系統(tǒng)構(gòu)建方法；可再生能源應(yīng)用于建筑的產(chǎn)—供—用—蓄—調(diào)一體化分析方法；交通能源全生命周期及對環(huán)境和生態(tài)的影響機制。

（10）面向碳減排的生態(tài)工業(yè)基礎(chǔ)理論和技術(shù)示范；碳減排技術(shù)的環(huán)境影響評估與風(fēng)險控制理論；碳減排對能源及工業(yè)產(chǎn)品價格波動的影響機制；碳交易對碳減排的激勵和約束作用；高碳能源的無碳—低碳轉(zhuǎn)換與排放技術(shù)；低碳燃料合成及二氧化碳資源化利用；基于可再生能源集成的多能互補碳減排技術(shù)；低成本高效率碳捕集、利用與封存技術(shù)。

我國能源科學(xué)技術(shù)的重點研究方向

現(xiàn)代能源科學(xué)技術(shù)的主要發(fā)展趨勢是低碳化、多元化、綠色化、智能化。

（1）化石能源的清潔低碳智慧高效利用，包括：煤炭、石油、天然氣的清潔、低碳、智慧、高效利用的基礎(chǔ)理論、計算模型、測量方法、關(guān)鍵技術(shù)；非常規(guī)油氣開采、煉制、利用全過程調(diào)控實現(xiàn)高效清潔開發(fā)利用；常規(guī)、非常規(guī)油氣資源協(xié)同開發(fā)；多種資源的立體高效利用。

（2）可再生能源與新能源轉(zhuǎn)換利用的調(diào)控、優(yōu)化、匹配、集成，包括：可再生能源熱力系統(tǒng)優(yōu)化；變工況太陽能光熱利用體系；生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化機理與過程強化；高效制氫新方法；數(shù)值核反應(yīng)堆技術(shù)；規(guī)?；瘍δ芊椒?；基于可再生能源與新能源的綜合能源系統(tǒng)。

（3）面向高比例可再生能源的電力系統(tǒng)安全高效運行，包括：電力系統(tǒng)安全高效運行基礎(chǔ)；清潔低碳電力技術(shù)；物理—信息—社會系統(tǒng)基礎(chǔ)；電力裝備智能化技術(shù)；新型輸電技術(shù)。

（4）規(guī)?；C合能源系統(tǒng)的耦合安全與協(xié)同優(yōu)化，包括：綜合能源系統(tǒng)耦合建模與數(shù)字孿生仿真；綜合能源系統(tǒng)安全評估與防御；綜合能源系統(tǒng)能量管理與運行控制；規(guī)?；嗄艽鎯皟δ芟到y(tǒng)集群優(yōu)化；多元化輔助服務(wù)市場。

（5）高效、寬域、低碳動力裝置與熱能利用，包括：高超聲速、新能源航空發(fā)動機；低碳/ 零碳燃?xì)廨啓C；新概念/ 新原理氣動熱力布局；適應(yīng)電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰需求的汽輪機負(fù)荷快速響應(yīng)技術(shù)；新一代內(nèi)燃機高效清潔燃燒技術(shù)；高參數(shù)、極端工況下流體機械復(fù)雜內(nèi)流理論與流動控制；吸收—壓縮耦合新型熱泵循環(huán)；高效儲熱—熱泵耦合系統(tǒng)。

（6）高可靠性、智慧感知、綠色環(huán)保的新型電力裝備，包括：高可靠性、綠色環(huán)保的電工材料；復(fù)合場作用和極端條件下電介質(zhì)材料演化規(guī)律；微電子、光學(xué)等高靈敏度、分布式信息感知方法；復(fù)雜多約束條件下的高性能電力器件與裝備設(shè)計。

（7）儲能系統(tǒng)中的核心器件研發(fā)與集成優(yōu)化，包括：可再生能源儲能系統(tǒng)優(yōu)化；新型儲能與電力系統(tǒng)耦合；復(fù)合式儲能；儲能器件的傳熱傳質(zhì)優(yōu)化；熱化學(xué)儲能；電化學(xué)儲能電極材料與電解液；高效固液相變儲能材料；模塊化飛輪儲能；超級電容器。

（8）氫能的綠色規(guī)模生產(chǎn)、安全儲運及高效利用，包括：煤的超臨界水氣化制氫與發(fā)電多聯(lián)產(chǎn)制氫技術(shù)；光催化光熱耦合制氫技術(shù)；高效電解水制氫系統(tǒng)；氫壓縮技術(shù)；安全高效的復(fù)合儲氫材料；高性能低成本燃料電池電催化劑與系統(tǒng)水熱管理。

（9）終端用能的能源清潔、高效、低碳利用，包括：能量高效和清潔轉(zhuǎn)換；工業(yè)廢物處理和噪聲治理；新能源和可替代能源利用技術(shù)；“雙碳”目標(biāo)下建筑物本體的關(guān)鍵節(jié)能技術(shù)；可再生能源應(yīng)用于建筑的產(chǎn)—供—用—蓄—調(diào)方法；高效清潔的發(fā)動機燃燒理論；替代燃料和動力電池技術(shù)。

（10）大規(guī)模低成本的碳捕集、利用與封存技術(shù)，包括：碳排放技術(shù)層面與系統(tǒng)層面；高碳能源的無碳—低碳轉(zhuǎn)換與排放技術(shù)；低碳燃料合成及二氧化碳資源化利用；低成本高效率碳捕集、利用與封存技術(shù)；碳減排技術(shù)的環(huán)境影響評估與風(fēng)險控制。

我國能源科學(xué)技術(shù)前沿交叉重點研究方向

能源科學(xué)技術(shù)是一個高度綜合、具有很強學(xué)科交叉特點的研究領(lǐng)域。能源與信息、智能、材料等領(lǐng)域的交叉融合迅猛發(fā)展，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。

（1）化石能源與其他學(xué)科交叉研究：煤燃燒與材料科學(xué)、信息科學(xué)、計算機通信、人工智能、大氣科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、化學(xué)、地質(zhì)學(xué)、生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)和經(jīng)濟學(xué)等領(lǐng)域交叉；與機械、材料、信息、環(huán)境等領(lǐng)域的新方法、新技術(shù)交叉融合，全面提升煤轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的本質(zhì)安全、清潔高效和低碳綠色水平。

（2）可再生能源及新能源與其他學(xué)科交叉研究：太陽能利用與建筑節(jié)能；太陽能利用與環(huán)境保護；多能源供應(yīng)體系下的能量利用系統(tǒng)優(yōu)化；太陽—植物光合作用；太陽能化學(xué)與生物轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)科學(xué)問題研究；太陽能規(guī)模制氫與燃料電池耦合系統(tǒng)及其內(nèi)部多相多物理及化學(xué)過程的理論及關(guān)鍵技術(shù)；風(fēng)、水、光互補系統(tǒng)設(shè)計、運行與控制；基于生物質(zhì)能—太陽能的農(nóng)村多能互補系統(tǒng)設(shè)計、運行與控制；多能互補網(wǎng)絡(luò)。

（3）電能及智慧能源系統(tǒng)與其他學(xué)科交叉研究：智能電網(wǎng)的信息平臺；風(fēng)能和太陽能的短期預(yù)測與電力調(diào)度；大容量高密度儲能技術(shù)；新型電工材料；高效節(jié)能的照明技術(shù)；能源互聯(lián)網(wǎng)與數(shù)字孿生；能源云與邊緣計算；能源智能硬件及其智慧軟件。

（4）儲能與其他學(xué)科交叉研究：新抽水蓄能創(chuàng)新形式建設(shè)涉及工程熱物理、地質(zhì)學(xué)、采礦工程等交叉領(lǐng)域；先進儲能材料；新型電磁/ 超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)；電池管理系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)。

（5）氫能與其他學(xué)科交叉研究：光生物制氫技術(shù)中的光能吸收、轉(zhuǎn)化和利用；儲氫材料；氫燃料電池應(yīng)用中的新型關(guān)鍵材料、耐腐蝕材料，非鉑或者低鉑催化劑。

（6）CO2?控制相關(guān)的基礎(chǔ)理論研究涉及能源、環(huán)境、化工、生物、地學(xué)和規(guī)劃管理等多個學(xué)科領(lǐng)域：燃料化學(xué)能梯級利用的溫室氣體控制（與化學(xué)學(xué)科交叉）；CO2?儲存與資源利用方法（與環(huán)境、地學(xué)學(xué)科交叉）；低碳排放型循環(huán)經(jīng)濟生態(tài)工業(yè)系統(tǒng)（與管理學(xué)科交叉）、CO2?的化學(xué)利用。

本文摘編自《中國能源科學(xué)2035發(fā)展戰(zhàn)略》，項目組組長為中國科學(xué)院院士何雅玲和陳維江，標(biāo)題和內(nèi)容有調(diào)整。

內(nèi)容簡介

? ? ? ?21 世紀(jì)前20 年，能源科學(xué)蓬勃發(fā)展，為保障世界能源安全、應(yīng)對全球氣候變化、促進人類文明和經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展進步提供了有力支撐，我國也已經(jīng)成為能源科學(xué)大國、能源技術(shù)裝備產(chǎn)業(yè)大國和能源教育大國。《中國能源科學(xué)2035 發(fā)展戰(zhàn)略》在總結(jié)國際能源發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，全面分析了我國能源科學(xué)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了我國能源科學(xué)技術(shù)發(fā)展的指導(dǎo)思想和發(fā)展目標(biāo)，集中闡述了化石能源，可再生能源與新能源，智能電網(wǎng)，綜合能源系統(tǒng)，能量轉(zhuǎn)換中的動力裝置與熱能利用，電力裝備，儲能裝備及系統(tǒng)，氫能的生產(chǎn)、儲運及利用，終端用能及節(jié)能，碳減排技術(shù)等領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題，面向2035 年提出了我國能源科學(xué)技術(shù)的重點發(fā)展方向和相關(guān)建議。本書為相關(guān)領(lǐng)域戰(zhàn)略與管理專家、科技工作者、企業(yè)研發(fā)人員及高校師生提供了研究指引，為科研管理部門提供了決策參考，也是社會公眾了解能源科學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢的重要讀本。

項目組組長簡介

? ? ? ?何雅玲，西安交通大學(xué)教授，中國科學(xué)院院士，工程熱物理學(xué)家。中共第十九屆、第二十屆中央候補委員，國家儲能技術(shù)產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺（中心）主任，西安交通大學(xué)學(xué)術(shù)委員會主任。兼任中國科學(xué)院技術(shù)科學(xué)部常務(wù)委員會副主任，教育部高等學(xué)校能源動力類專業(yè)教指委主任，國務(wù)院學(xué)位委員會學(xué)科評議組（動力工程及工程熱物理）召集人，教育部科技委學(xué)部副主任，中國制冷學(xué)會副理事長，中國動力工程學(xué)會副理事長，國家自然科學(xué)基金委工材部咨詢委專家等。主要從事能源與動力工程、新能源及儲能科學(xué)與技術(shù)的基礎(chǔ)研究及重大工程技術(shù)創(chuàng)新研究，研究成果在航天、能源和化工領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。獲何梁何利科學(xué)與技術(shù)進步獎，國家自然科學(xué)二等獎 2項，國家技術(shù)發(fā)明二等獎 1項，國家科學(xué)技術(shù)進步獎一等獎（創(chuàng)新團隊獎）1 項，省部級科技成果一等獎3項；國家教學(xué)成果一等獎3項、二等獎2項等。作為學(xué)術(shù)帶頭人，領(lǐng)導(dǎo)的團隊獲首批“國家儲能技術(shù)產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺”，國家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新群體、教育部創(chuàng)新團隊及全國高校黃大年式教師團隊等。為服務(wù)國家雙碳目標(biāo)、培養(yǎng)急需的高層次人才，做了大量的開創(chuàng)性工作。
陳維江，高電壓與絕緣技術(shù)專家，中國科學(xué)院院士，國家電網(wǎng)有限公司一級顧問。長期從事電力系統(tǒng)電磁瞬態(tài)分析方法及防護技術(shù)研究，主持交、直流特高壓輸電系統(tǒng)電磁與絕緣特性基礎(chǔ)問題研究，獲得了多時間尺度瞬態(tài)過電壓特性，提出過電壓深度抑制方法和絕緣配合方案，支撐我國自主研發(fā)成功特高壓輸電技術(shù)；還系統(tǒng)研究了電網(wǎng)雷擊先導(dǎo)放電機理與絕緣線路雷擊斷線機理，提出了基于雷擊風(fēng)險概率分布、疏堵結(jié)合的差異化防護方法，在電力系統(tǒng)和高鐵牽引供電系統(tǒng)獲得廣泛應(yīng)用。先后獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎、科技進步特等獎和科技進步二等獎各一項，發(fā)表論文270余篇，獲國家發(fā)明專利140余項。