當(dāng)前，全球能源格局正在經(jīng)歷深刻調(diào)整，隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的發(fā)展，能源生產(chǎn)、運(yùn)輸、存儲(chǔ)、消費(fèi)等環(huán)節(jié)正逐步發(fā)生變革。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。

一、主要國家重大戰(zhàn)略布局

世界主要國家均把能源技術(shù)視為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的突破口，積極實(shí)施并及時(shí)調(diào)整中長期能源科技戰(zhàn)略作為頂層指導(dǎo)，出臺(tái)重大科技計(jì)劃牽引調(diào)動(dòng)社會(huì)資源持續(xù)投入，并不斷優(yōu)化改革能源科技創(chuàng)新體系以增強(qiáng)國家競爭力和保持領(lǐng)先地位，從而降低能源創(chuàng)新全價(jià)值鏈成本。特朗普政府推出“美國優(yōu)先能源計(jì)劃”，將“美國利益優(yōu)先”作為核心原則，強(qiáng)調(diào)發(fā)展國內(nèi)傳統(tǒng)能源產(chǎn)業(yè)，振興核電，并將能源作為一種重要戰(zhàn)略資源，擴(kuò)大能源出口，在實(shí)現(xiàn)能源獨(dú)立的過程謀求世界能源霸主的發(fā)展之路。歐盟組建能源聯(lián)盟，升級(jí)戰(zhàn)略能源技術(shù)規(guī)劃（SET-Plan），將研究與創(chuàng)新置于低碳能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的中心地位。為了支持能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，德國政府提出了“哥白尼計(jì)劃”，在未來10年投資約4億歐元，聚焦四大重點(diǎn)研究領(lǐng)域。日本政府大幅調(diào)整了能源科技發(fā)展重點(diǎn)，壓縮核電發(fā)展加快發(fā)展可再生能源，相繼公布《能源革新戰(zhàn)略2030》和《能源環(huán)境技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略2050》劃定中長期發(fā)展路線。

1、能源轉(zhuǎn)型邁入數(shù)字化時(shí)代

人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等為能源行業(yè)重大挑戰(zhàn)提供全新的數(shù)字化解決方案，推動(dòng)全球能源系統(tǒng)緊密互聯(lián)、智能、高效、可靠和可持續(xù)。預(yù)計(jì)到2025年，全球能源領(lǐng)域數(shù)字化市場規(guī)模將增長到640億美元，新的能源創(chuàng)新將集中在數(shù)字技術(shù)和數(shù)據(jù)的戰(zhàn)略使用上。實(shí)現(xiàn)21世紀(jì)安全可靠、經(jīng)濟(jì)可行、氣候友好的電力能源系統(tǒng)，需要持續(xù)向顛覆性數(shù)字化技術(shù)投資。

2、電力行業(yè)是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心

美國能源部（DOE）資助2.2億美元實(shí)施電網(wǎng)現(xiàn)代化研究，成立國家實(shí)驗(yàn)室聯(lián)盟，協(xié)調(diào)整合全部門的電網(wǎng)現(xiàn)代化研究工作，重點(diǎn)關(guān)注六大核心主題：設(shè)備集成與系統(tǒng)測試、安全性和靈活性、電網(wǎng)設(shè)計(jì)與規(guī)劃工具、系統(tǒng)運(yùn)行以及電力流動(dòng)和控制、改善傳感與量測能力、為州和地方政府提供技術(shù)援助。

3、新能源汽車推動(dòng)綠色交通發(fā)展

歐盟實(shí)施低碳交通戰(zhàn)略框架和一攬子計(jì)劃，規(guī)劃歐盟未來交通運(yùn)輸部門發(fā)展方向，推進(jìn)交通綠色低碳轉(zhuǎn)型。日本發(fā)布《氫能基本戰(zhàn)略》和《新版電動(dòng)汽車發(fā)展路線圖》，規(guī)劃新能源汽車和氫能發(fā)展目標(biāo)，推進(jìn)交通電氣化。美日積極布局新型鋰電池技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目，提出未來高能動(dòng)力電池技術(shù)性能和成本目標(biāo)。

4、航空用能清潔化和電氣化轉(zhuǎn)型漸受重視

美國公布低碳推進(jìn)動(dòng)力和替代噴氣燃料研發(fā)戰(zhàn)略，以減少航空碳排放，助力航空業(yè)走向低碳化、用能多元化，采用跨學(xué)科、多因素方法，開發(fā)和驗(yàn)證綜合系統(tǒng)模型，支持可行的替代噴氣燃料部署。歐洲強(qiáng)化航空動(dòng)力技術(shù)研發(fā)，開發(fā)數(shù)百千瓦級(jí)到數(shù)十兆瓦級(jí)的多種推進(jìn)系統(tǒng)原型，加速推進(jìn)航空領(lǐng)域電氣化進(jìn)程。

5、下一代先進(jìn)核能強(qiáng)調(diào)安全高效

DOE發(fā)布《先進(jìn)反應(yīng)堆開發(fā)部署愿景戰(zhàn)略》，提出了中長期發(fā)展愿景，制定了加強(qiáng)核基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、開發(fā)先進(jìn)堆燃料循環(huán)路徑、強(qiáng)化公私合作等六項(xiàng)戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃。并通過“核能大學(xué)計(jì)劃”、“核能使能技術(shù)計(jì)劃”等推進(jìn)先進(jìn)核技術(shù)研發(fā)。日本原子能委員會(huì)首次制定《核能利用基本原則》，將在反省福島核事故的基礎(chǔ)上為核能政策指明長期方向。

6、可再生能源加速替代步伐

歐盟《歐洲海洋能源戰(zhàn)略路線圖》聚焦波浪能、潮汐能、海洋溫差能、海流能和鹽差能五大技術(shù)領(lǐng)域，指明未來發(fā)展方向，促進(jìn)海洋能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展。DOE啟動(dòng)太陽能攻關(guān)2030計(jì)劃，聚焦未來十年（2020-2030）太陽能光伏發(fā)電成本在2020水平上再降50%。IEA《可持續(xù)生物能源技術(shù)路線圖》提出生物交通燃料、生物質(zhì)電力、生物質(zhì)建筑供暖等優(yōu)先發(fā)展的六大主題領(lǐng)域，明確了生物能源至2060年的愿景目標(biāo)。

二、科技前沿重要研究進(jìn)展

1、3D打印技術(shù)助力先進(jìn)燃燒系統(tǒng)研發(fā)

歐美巨頭積極布局3D打印技術(shù)，促進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)創(chuàng)新，提高效率，降低燃耗和排放，縮減生產(chǎn)周期和成本。西門子公司利用3D打印技術(shù)生產(chǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)葉片首次在滿負(fù)荷條件下完成性能測試，獲得突破性成果，其燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速高達(dá)13000轉(zhuǎn)/分鐘，工作溫度超過1250℃。美國通用電氣（GE）公司宣布H級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電效率突破64%，且輸出功率高達(dá)826MW，刷新世界紀(jì)錄，歸功于3D打印技術(shù)應(yīng)用于多個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)關(guān)鍵部件的制造。

2、核聚變研究取得重大突破

美歐中核聚變實(shí)驗(yàn)裝置持續(xù)創(chuàng)造紀(jì)錄，穩(wěn)步推進(jìn)受控核聚變的實(shí)現(xiàn)。麻省理工學(xué)院Alcator C-Mod核聚變反應(yīng)堆裝置在最后一次實(shí)驗(yàn)中，等離子體壓強(qiáng)首次突破2個(gè)大氣壓達(dá)到了2.05個(gè)大氣壓，對(duì)應(yīng)的溫度達(dá)到3500萬攝氏度。德國馬普學(xué)會(huì)等離子體物理研究所建造的世界最大的仿星器聚變裝置W7-X成功產(chǎn)出首個(gè)氫等離子體，正式啟動(dòng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)。中國科學(xué)院等離子體物理研究所全超導(dǎo)托卡馬克EAST實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的101.2秒穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束等離子體運(yùn)行，創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。

3、規(guī)模儲(chǔ)能加快實(shí)用化步伐

儲(chǔ)能技術(shù)在反應(yīng)機(jī)理探索、電化學(xué)體系新設(shè)計(jì)、新材料開發(fā)方面成果斐然。瑞士保羅謝爾研究所研究團(tuán)隊(duì)利用X射線技術(shù)首次實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰硫電池放電中間產(chǎn)物直接觀測，對(duì)鋰硫電池反應(yīng)機(jī)理有了進(jìn)一步的深入認(rèn)識(shí)。斯坦福大學(xué)研究人員首次在介觀尺度上實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰離子電池充放電過程中單個(gè)納米顆粒活動(dòng)行為的原位實(shí)時(shí)觀測和成像。加州大學(xué)河濱分校開發(fā)全球首個(gè)水合氫離子電池，有望開辟全新的電池技術(shù)，為電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能帶來新的解決方案。

4、鈣鈦礦太陽電池研究取得全面進(jìn)展

鈣鈦礦電池技術(shù)在機(jī)理研究、材料研發(fā)、制備工藝等方面取得全面進(jìn)展，解決器件大面積制備、長期穩(wěn)定性等技術(shù)瓶頸。日本沖繩科技大學(xué)研究系統(tǒng)揭露了碘基鈣鈦礦薄膜降解作用機(jī)理，為改善鈣鈦礦電池穩(wěn)定性問題提供了重要的理論參考。韓國化學(xué)研究所制備了新型鈣鈦礦材料，顯著減少了鈣鈦礦薄膜缺陷態(tài)濃度，光電轉(zhuǎn)換效率22.7%創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。上海交通大學(xué)與瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院聯(lián)合采用新工藝制備出36.1cm2超大面積鈣鈦礦電池，效率13.9%，突破大面積工藝瓶頸，為鈣鈦礦電池的大規(guī)模生產(chǎn)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

三、中長期發(fā)展規(guī)律與趨勢

當(dāng)今世界正處于新一輪能源革命的起步期，可再生能源、智能電網(wǎng)等技術(shù)開始規(guī)模化應(yīng)用，分布式能源、第四代核電等技術(shù)進(jìn)入市場導(dǎo)入期，大容量儲(chǔ)能、新能源材料、氫燃料電池等技術(shù)有望取得重大突破。這些重大技術(shù)變革引發(fā)的能源革命將主導(dǎo)第三次工業(yè)革命的發(fā)展。縱觀歷次能源革命中技術(shù)變革的發(fā)展歷程，均遵循了能源科技創(chuàng)新固有的特點(diǎn)和規(guī)律，即：能源科技是面向應(yīng)用的階段性發(fā)展過程，體現(xiàn)出高度綜合、多學(xué)科交叉特點(diǎn)，具有經(jīng)濟(jì)、戰(zhàn)略和環(huán)境等多重屬性，國家需求導(dǎo)向和戰(zhàn)略引領(lǐng)在能源科技發(fā)展中起到關(guān)鍵作用。能源技術(shù)進(jìn)步既是遵循上述特點(diǎn)和規(guī)律、解決發(fā)展中面臨的問題和障礙使然，也是重視能源科技創(chuàng)新體系的建立和完善、提高能源科技創(chuàng)新能力和裝備制造水平的結(jié)果。

隨著新能源技術(shù)和一系列新興信息通信技術(shù)（云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等）的發(fā)展和深度融合，全球新一輪能源技術(shù)革命呈現(xiàn)出“低碳能源規(guī)模化，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，技術(shù)變革全面深化”的整體趨勢：

低碳能源規(guī)模化。能源結(jié)構(gòu)由高碳化石能源向低碳清潔能源轉(zhuǎn)變，天然氣和可再生能源成為世界能源發(fā)展的主要方向。除了繼續(xù)發(fā)展集中式發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)，可再生能源利用也朝著與化石能源多能互補(bǔ)、分布式利用的方向發(fā)展。尤其是可再生能源發(fā)電與現(xiàn)代電網(wǎng)的融合，是提高可再生能源利用比例必須跨越的技術(shù)瓶頸。

傳統(tǒng)能源清潔化。化石能源的清潔高效開發(fā)和利用一直是能源科技的主要任務(wù)，煤炭分級(jí)分質(zhì)轉(zhuǎn)化清潔利用技術(shù)、碳捕集與封存技術(shù)等快速發(fā)展，表現(xiàn)出煤炭超低排放利用與深度低碳化兼容發(fā)展的態(tài)勢。

能源供應(yīng)多元化。全球天然氣利用的比例不斷增大，太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等可再生能源規(guī)模化利用、先進(jìn)安全核能等一批新能源技術(shù)已經(jīng)在改變傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)。這些改變表現(xiàn)在針對(duì)不同能源的資源稟賦特點(diǎn)而形成的開發(fā)、轉(zhuǎn)化、利用、污染物控制等各個(gè)環(huán)節(jié)。

終端用能高效化。綠色能源消費(fèi)模式是終端能源消費(fèi)的主要方向，終端能源未來將更多地轉(zhuǎn)向電力消費(fèi)。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。

能源系統(tǒng)智慧化。隨著以智慧優(yōu)化和調(diào)控為特征的能源生產(chǎn)消費(fèi)新模式的涌現(xiàn)，智能電網(wǎng)、分布式智慧供能系統(tǒng)等發(fā)展迅速，交通運(yùn)輸向智能化、電氣化方向轉(zhuǎn)變，建筑向潔凈化、綠色化、智能化方向發(fā)展，能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展應(yīng)用正在引發(fā)用能模式和業(yè)態(tài)變革，智慧能源新業(yè)態(tài)未來將蓬勃發(fā)展。

四、啟示與建議

在未來的幾十年內(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)。為了實(shí)現(xiàn)能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型，需要對(duì)能源行業(yè)從業(yè)人員進(jìn)行專業(yè)的數(shù)字技術(shù)技能培訓(xùn)，確保以適當(dāng)?shù)姆绞将@取及時(shí)、可靠、可驗(yàn)證的數(shù)據(jù)，賦予政策一定的靈活性以適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展需求，廣泛地開展跨能源部門的討論以更好地制定政策，推進(jìn)能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型。此外，應(yīng)該從系統(tǒng)觀出發(fā)來考量能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型的成本和收益，密切追蹤觀測數(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)，提供一個(gè)公平的競爭環(huán)境，以更好地服務(wù)各類能源公司和消費(fèi)者，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)。

我國能源利用效率總體尚處于較低水平，因而必須通過能源技術(shù)創(chuàng)新，提高用能設(shè)備設(shè)施的效率，增強(qiáng)儲(chǔ)能調(diào)峰的靈活性和經(jīng)濟(jì)性，推進(jìn)能源技術(shù)與信息技術(shù)的深度融合，加強(qiáng)整個(gè)能源系統(tǒng)的優(yōu)化集成，實(shí)現(xiàn)各種能源資源的最優(yōu)配置，構(gòu)建一體化、智能化的能源技術(shù)體系。綠色低碳能源技術(shù)創(chuàng)新及能源系統(tǒng)集成創(chuàng)新很可能會(huì)成為引領(lǐng)新一代工業(yè)革命的關(guān)鍵因素，培養(yǎng)能源技術(shù)自主創(chuàng)新生態(tài)環(huán)境，集中攻關(guān)一批核心技術(shù)、關(guān)鍵材料及關(guān)鍵裝備。

要滿足實(shí)現(xiàn)“兩個(gè)一百年”奮斗目標(biāo)和中華民族偉大復(fù)興的中國夢、建設(shè)美麗中國、應(yīng)對(duì)氣候變化行動(dòng)承諾等多重目標(biāo)，建設(shè)世界能源科技強(qiáng)國，我國需通過能源技術(shù)創(chuàng)新加快化石能源高效清潔利用，大力發(fā)展新能源和可再生能源，大幅減少終端用能部門能耗和污染排放，加強(qiáng)廢棄物能源化、資源化綜合利用，構(gòu)建多種能源協(xié)調(diào)發(fā)展的清潔、高效、智能、多元的能源技術(shù)體系，為我國能源生產(chǎn)、能源消費(fèi)和能源系統(tǒng)集成等方面的轉(zhuǎn)型提供全面支撐。