我国能源领域科技创新若干重大问题研究

（研究单位：中国科学院能源动力研究中心 中国科学院工程热物理研究所）

一、世界能源科技发展特点

能源科技创新具有战略性、公共性、前瞻性、系统性、对基础设施要求高、研发投入周期长以及商业示范是创新链条中重要环节等特点。这些特点决定了强化政府的引领与企业的主体作用、持续高水平投入以及超前部署是能源科技创新的关键。

研发投入水平是能源科技发展的关键。根据国际能源机构（IEA）对全球能源科技研发投入的数据统计和分析，从全球发达国家研发经费的分布和研究方向的部署来看：新能源技术投入迅速增加；核电技术投入最大，裂变重点向第四代核电技术转移；可再生能源投入比例增加，重点为发电技术、生物质替代燃料技术；油气技术投入稳定，高效燃煤发电、煤高效转化技术重新得到重视，对CO2 捕集和封存技术的关注持续增强；节能技术保持重要地位。

国际能源署对能源科技发展的预测表明：各种能源技术需共同起作用；能源技术需要在研发、示范、应用中螺旋式发展；强化政府支持与优化政策环境是关键；近中期是发展中国家抢占技术制高点的战略机遇期。

二、面临的重大问题

我国能源科技总体水平与发达国家相比差距大；能源科技创新管理体制“散、乱、差”；能源科技创新投入不足，投入机制不健全；政府战略主导作用缺失，企业主体地位不突出；缺乏战略性、前瞻性、持续性规划和部署。

（一）能源科技总体水平差距大

能源科技自主创新基础研究薄弱，未形成技术源头；科技基础条件和基础设施难以支撑主流能源技术的创新；缺乏世界领先的科技创新成果和技术，主体能源技术相对落后，无论是先进适用技术，还是前沿技术，均不同程度的落后于世界先进国家；自主创新的高新技术系统化、工程化、产业化水平低，进入主流产业障碍重重；高附加值能源科技装备少，高性能、高技术含量能源装备产品的设计、制造能力同国外相比差距较大，还没有摆脱引进、仿制的老路；能源科技信息建设与管理滞后。

（二）能源科技创新体制机制有待完善

政府战略主导作用缺失。能源科技管理涉及部门多，缺乏科学高效统一协调的决策与管理机制。重大政策缺乏深入研究和论证，技术路线和政策变化无常；促进科技创新的财税政策不健全，技术与产业政策法规之间协调性差，执行不力；缺少对整个创新链条的统筹管理，成果抚育、转化没有体制机制保障，导致研发向应用转移不够，应用自主技术的动力不足，创新价值链难以形成。

科技创新尚未成为国有企业考核体系的实质性指标，创新成果没有与企业管理团队的利益挂钩，政府作用的“缺位”与“越位”现象并存。

（三）能源科技创新投入不足

我国能源科技投入不足，且能源研发投入、政府研发投入占全国研发投入比例均在下降。与国际能源署部分成员国相比，我国处于非常靠后的位置。统计数据表明：与其他行业相比，能源企业更多地通过技术改造、技术引进和购买国内技术实现技术升级；能源工业中用于消化吸收和再创新的经费极少，大部分经费用于自主创新含量不高的技术改造和技术引进。

（四）能源科技创新基础条件薄弱

我国能源科技创新产业总体规模近年来不断增加，科技基础经过多年的积累和发展，具有一定的条件，但还非常薄弱，远不能满足能源科技创新的需求。与能源相关的国家重点实验室、国家工程技术中心、国家认定企业技术中心、企业国家重点实验室少，整体战略部署和持续稳定的支持不到位，与能源在国民经济中的重要地位不匹配。

三、我国能源科技发展思路和总体目标

发展思路：以科学发展观为指导，以能源科技创新为建设创新型国家的突破口和重要抓手，紧紧抓住并充分利用我国经济快速发展、能源需求快速增长创造的巨大市场空间和工程实践机会，集中力量，创新机制，强化基础，重点跨越，培育世界一流的研究队伍，建设世界一流的研究平台，创造世界一流的能源科技成果，建立世界一流的能源装备制造业，为构建清洁、高效、经济、安全的能源供应利用体系提供有力的科技支撑。

总体目标：到2020 年，基本建成完备的能源科技创新体系，自主创新能力显著增强。到2030 年，成为世界先进能源科技国家；建立完善的重大技术装备创新体系，重大装备及成套自主创新能力达到国际先进水平。到2050 年，成为世界领先能源科技强国；重大装备的技术创新能力处于国际领先水平，成为世界先进、洁净、高效能源重大装备的主要供应基地。

四、我国能源技术路线图

到2020年，能源资源开发技术、节能技术、清洁煤技术、电力系统技术的研发水平和本土化能力得到迅速提高。在先进核电、可再生能源、氢能技术等后续能源技术上取得突破，为跨越发展奠定基础。

到2030年，先进核能技术、可再生能源技术起到规模替代作用，突破可再生能源发电并网技术和核废料处理技术，促进能源结构调整优化。化石能源近零排放技术、氢能技术取得突破并逐步推广。形成一批具有世界先进水平的基础性、前瞻性战略高科技研发基地，能源科技自主创新能力显著增强。

到2050年，推动可再生能源规模应用，初步建立氢能体系，在核聚变能技术方面取得突破，基本形成化石能源、新能源与可再生能源、核能等并重的低碳型多元能源结构。在能源科技原始创新方面达到世界先进水平，成为引领世界能源科技的强国之一，成为世界上先进能源装备制造和供应主要基地，支撑我国清洁、高效、经济、安全的能源体系建设。

五、战略重点部署

根据我国能源科技创新总体目标，按基础研究、前沿技术、先进技术和重大装备四个方面进行重点部署。

（一）基础研究

在一些战略性、前瞻性的基础研究方向上取得重大突破，为我国能源科技持续创新提供推动力。

1、材料。重点研究重大动力装备高温部件、高效大功率二次电池、太阳能利用、燃料电池、高容量储氢、超级电容器、高温超导等关键材料，发展高效能量转换与储能材料体系。

2、动力与机械。围绕重型燃气轮机、煤气化、高参数超临界煤粉电站、超临界循环流化床锅炉以及面向资源多样化、应用多样化的能源动力机械的发展需求，在流动与复杂结构设计、灵活燃料低污染燃烧、先进控制、高效传热传质、系统集成等实现突破。

3、环境排放控制。探索环境排放及污染的预测及控制技术基础，研究污染物及排放协同脱除及捕集相关基础科学问题。围绕农林废弃物利用、能源植物改造、生物质转化等方面开展研究。

4、开采与封存相关地质科学。CO2的封存机理和运移规律，物理化学和生态响应，规划、监测、评估与风险防范。核废弃物处理与处置技术。

5、工艺与过程。围绕化石能源和可再生能源能量转化过程进行基础研究，实现制约系统集成、效率最大化、环境负荷最小化的基础理论、关键技术和工艺的突破，应对含碳能源利用中二氧化碳捕集挑战。

6、系统优化与控制。围绕电能与电力系统、分布式供能系统、节能相关系统，实现设备、系统优化集成、优化运行控制理论与方法的突破。

7、信息及计算科学。推动信息科学和计算科学在能源科技中的应用和发展。

（二）前沿技术

超前部署一批具有前瞻性、战略性和探索性的重大前沿技术，如：1、交通能源技术；2、受控核聚变技术；3、碳捕集与封存技术；4、先进可再生能源技术；5、天然气水合物勘探开发技术。发挥科技引领未来的先导作用，提升国家前沿技术创新能力，实现科技研发和产业竞争的跨越式发展。

（三）先进技术

集中力量重点突破一批束缚经济社会发展的关键技术，如：1、节能技术；2、煤炭高效绿色开采技术；3、油气资源勘探开发技术；4、洁净煤技术；5、先进核电技术；6、可再生能源规模化利用技术；7、电能及电力技术。赶超世界先进水平，全面提升科技支撑产业的能力。

（四）重大装备

着力突破一批重大成套装备，掌握一批具有自主产权的高技术装备的核心技术，提高重大技术装备的设计、制造和系统集成能力，在以下领域形成具有核心竞争力的重大产品和支柱产业：1、发电及电网技术装备；2、能源勘探、开采、运输等技术装备；3、能源转化技术装备。

六、能源科技重大创新发展方向分析

（一）节能技术

随着社会的不断进步，节能的重要性越来越突出。未来实现能源可持续发展的主要科技攻关方向之一是节能技术。

（二）洁净煤和天然气发电技术

煤炭是我国能源的基石，到2050 年在我国的能源供应中仍占主导地位，并主要用于发电。采用先进技术，提高燃煤机组的效率，实现节能降耗、减少环境污染是我国煤电工业发展的重要和紧迫任务。

在洁净煤发电技术中，整体煤气化联合循环（IGCC）、超临界、超超临界和循环流化床技术被一致认为是最有前景的。美国、西班牙、荷兰等国家已投入运行IGCC电站。

（三）燃煤污染物控制技术

我国必须重视发展和应用燃煤污染物控制技术。污染物排放技术的应用还有很大的市场空间。需要以燃煤电站和大规模工业煤炭用户为主要应用对象，开展燃煤污染物控制技术的研发、示范和推广应用工作。

（四）可再生能源发电技术

水电是目前最为成熟、成本最低的可再生能源发电技术。水力资源是我国的优势资源，到2050年，水电依然是我国可再生能源发电的主力军。

风电在技术、成本、市场上有着明确的发展预期，随着风电技术的发展，在未来10年左右风电成本将具备竞争力，我国的风能资源也能够保障大规模发展目标的实现。因而，风电在我国应是仅次于水电，并应优先发展的可再生能源发电技术。风电技术发展需要以解决兆瓦级以上大型风电机组整机和关键部件的设计和制造、控制系统、变流器系统等问题为重点开展研发工作。同时，解决风能资源详查和评估问题，突破风电并网技术和规划问题，加强风电关键技术大型实验平台、检测平台和示范项目建设，开展海上风电技术的研发和示范。

我国生物质发电的规模小、起步晚。但由于燃烧、混燃技术较为成熟，预计生物质发电在10 年内就可得到规模化应用。生物质气化发电在效率和成本降低两方面具备潜力。近中期研发、示范、推广应基于两个方面：降低原材料生产及加工转化成本；提高转化效率。积极稳妥应是生物质发电技术发展的基本方针。

我国太阳能发电的潜能与美国相近，优于欧洲、日本。光伏发电成本将在2030年后达到届时的煤电成本，模块化是其特色。太阳能热发电具有以热储存或化石燃料备用加热器来内部补足不稳定燃烧室的独特能力。太阳能光伏发电和热发电充分发挥潜能都还需要成本的重大突破。

对可再生能源发电技术，应以降低成本、提高效率为核心，以新技术、新工艺突破为重点，因地制宜发展可再生能源发电技术。注重可再生能源发电基础性研发能力和产业体系的建设，加速国产化进程，降低系统造价，形成规模生产。

（五）核电技术

核能在保障能源供给、优化能源结构、CO2减排方面发挥着重要作用，要坚持“以我为主，中外合作，引进技术，推进自主化”的技术路线，以先进核电项目带动核装备制造业和服务业的发展，打造若干个核产业基地，实现大型核电机组建设的自主化和国产化，提高核电产业的整体能力。

（六）碳的捕集与封存技术

CCS 是减少CO2排放的关键技术。只要温室气体排放继续受到关注，CCS技术就是我国必将面对的重大问题，需要我们现在就开始关注和研究。目前所有碳捕捉与碳封存的单项技术都已应用过，迫切需要对这一集成技术进行论证。另外，我国对排放源还没有进行详细的调查，地下封存的长期稳定性也还没有进行过验证，也没有CO2规模化长期有效储存的实践经验。总之，要在近期及时的发展CCS技术以实现其潜力，还有许多研发工作、示范工作和集成验证的空白需要跨越。

（七）液体替代燃料技术

开发液体替代燃料是提高我国的能源安全、缓解石油进口压力的有效手段之一。应在现有煤制燃料示范工程的基础上，适时在中西部资源丰富、煤种适宜、水资源充足的地区，规划若干个煤制燃料产业区，完善产业链和产品结构，提高煤炭资源转化和综合利用水平。

同时，需要建立完备的液体替代燃料供给体系，并开发适合于替代燃料的车辆。对液体替代燃料技术，需要加强基础研究，建设非粮燃料乙醇、生物柴油等一系列的液体燃料生产示范工程，积累经验，在取得了成功经验并就各类技术进行充分的可行性论证之后向全国逐步推广。

（八）氢能和燃料电池技术

氢能体系的发展可为能源体系的安全、环境改善及效率提高等方面做出多重贡献。最近，氢能又被赋予了摆脱对石油依赖、CO2减排等重要使命。氢能可以成为与电能互补的终端能源。燃料电池是高效、洁净利用氢能的新技术平台，在汽车、分布式能源、中心电站等领域有着广阔的发展前景，是我国有可能实现能源技术跨越式发展的重要领域。氢能和燃料电池技术在我国未来有巨大的发展空间。

（九）先进电力系统技术

目前，我国发电装机容量居世界第二位，电力系统发展具有大规模跨区域调配、全国范围优化配置的需求。大容量、长距离的输电通道和超大规模联合电网的形成以及可再生能源发电的发展将使我国电力系统面临新的挑战。提高电力系统的输电容量和效率，增强电力系统的安全性是我国电力系统科技发展的主要任务。重点研究超高压与特高压输电技术、灵活交流输电技术、新型电力电子器件、电力系统实时检测和数据传输技术、数字实时仿真系统等。

力争到2020年，我国电网输电容量和效率以及安全稳定性得到显著提高，大电网安全稳定控制技术、特高压输电技术装备、先进电力电子技术和先进信息技术取得重大进展，超导电力技术、储能技术技术取得突破，形成微型电网理论体系和标准并实现多模式示范。

到2030年，我国输配电技术总体上达到世界先进水平，超导电力技术、储能技术、智能电网技术进一步规模应用，保证多元化能源结构下超大规模电网安全、稳定、经济运行。

采取引进和自主研发相结合的策略，有针对性的逐步提高我国先进电力系统技术领域的研究开发实力。产学研分工协作，加速先进电力系统技术的实用化，逐步提高我国电力系统装备制造业的竞争力。

（十）先进化石能源勘探开发技术

以技术进步带动生产，把满足供应需求、保证煤矿安全、保护环境作为研究的基本出发点。紧密结合我国地质条件和资源特点，自主研发与引进消化吸收国际先进技术相结合，在迅速实现较高水平的技术跨越的基础上强化自主创新，形成关键核心技术和装备，促进煤炭工业向安全、洁净、优质的可持续方向发展。

七、能源领域重大装备业发展

到2030年，我国能源装备制造业自主创新的目标是：突破一批重大成套装备和高技术装备的核心技术，创造一批原创性的技术与产品，建成以企业为主体的技术创新体系，造就一批高水平的创新人才队伍。展望2050年，中国的重大装备制造业将形成跨国集团，步入世界装备制造业的强国行列，产品在国内外都有较强的竞争力。重大装备的技术创新能力处于国际领先水平，已自主开发出一批高效、清洁的能源重大装备。并在不断自主研发国家和世界经济持续发展所需要的能源领域新型重大装备。

八、能源科技创新体系建设建议

完善的科技创新体系是实现国家能源战略，提高我国能源领域整体竞争力的根本保障。

（一）加强政府对能源科技创新的统一协调管理

解决“多头管理”的问题，成立统一管理协调能源科技创新的政府管理机构；建立健全各种有利于能源科技创新的政策与法规，形成能源科技政策与经济政策协调互动的政策体系，加强可操作性和执行力度，建立完善有力的体制来监督管理和执行；健全和改进能源科技创新财税政策，提高激励力度，加强差别性措施，明确支持对象；坚持市场竞争和政策引导相结合，促进能源企业有序竞争。对能源科技创新不同阶段进行统一规划、支持和管理。

（二）明确政府和产学研在能源科技创新中的定位及相互关系，加强能源科技创新不同阶段的衔接

（三）强化企业在能源科技创新中的主体作用

支持国内装备生产企业提高自主研发、设计、制造能力，培育一批具有国际竞争力的能源装备制造企业。统筹规划，逐步形成“基础研究、应用研究、装备制造、工程示范”四位一体的能源科技装备创新体系，大力促进科技成果转化和应用。

（四）加大投入，完善投入体制与管理

加大能源科技创新投入力度，逐步增加能源科技研发投入在GDP中的比重，形成多元化、多渠道、稳定的科技投入体系；充分发挥政府在能源科技投入中的引导作用；调整和优化投入结构，加强对能源基础研究、前沿创新技术研究、以及科技创新基础条件和科学技术普及的资金支持；建立独立的能源科技发展预算，由国家宏观调控能源科技发展预算在各支持领域内的强度，以适应国家在不同重点之间的变化。

（五）加大和完善科技条件平台与基础设施、社会资源平台建设，建立共享机制

加大对能源科技平台与基础设施的投入，由国家支持建设重大能源科技基础设施，服务于科研、设计、设备制造、用户等单位的长期攻关，支撑技术的自主研发和不断创新，逐步形成“基础研究、应用研究、装备制造、工程示范”四位一体的能源科技装备创新体系，大力促进科技成果转化和应用。建立平台和基础设施的共享机制，避免重复建设造成的浪费。

（六）加强能源科技人才建设

实施以培养、引进和使用科技创新型人才为核心的人才战略。除了采取增加投入等措施为吸引人才创造条件外，更应该立足于本国的人才培养，建立长远规划和计划，增强能源科技界的教育能力，培养自己的优秀人才；同时注重加强高水平管理和工程技术人员的培养；建立科技人员激励机制，充分调动科技人员的创新积极性。

（七）积极开展能源科技国际合作

广泛开展国际能源科技合作与交流，深化重点领域的合作。在重要领域加大研发投入，培育研发队伍，提高研发能力，发展适应自身能源发展需要的重大能源技术，拉近与国际先进水平差距。确保互惠互利、互信互助地达成利益最大化的“双赢”目标。