能源是國家安全和發(fā)展的重要支柱，“十四五”時期是我國能源安全保供和綠色轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵階段，在“雙碳”目標和能源安全新戰(zhàn)略的總體要求下，以《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》為綱領(lǐng)，我國在清潔能源規(guī)模化、化石能源清潔化、多種能源綜合化發(fā)展等方面，多項關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)突破，科技原始創(chuàng)新能力不斷增強，國家戰(zhàn)略科技力量持續(xù)強化，有力支撐能源自主保障能力保持在80%以上，非化石能源消費占比從15.9%提升至20%左右，為能源高質(zhì)量發(fā)展奠定堅實基石。
科技創(chuàng)新引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，有力支撐能源保供與轉(zhuǎn)型
我國能源體量和碳排放量巨大，2024年，能源消費總量59.6億噸標準煤。面對需求壓力巨大、供給制約較多、綠色低碳轉(zhuǎn)型任務(wù)艱巨等一系列挑戰(zhàn)，出路在大力發(fā)展新能源，關(guān)鍵在于科技創(chuàng)新。“十四五”以來，能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新支持力度不斷加大，新質(zhì)生產(chǎn)力加速形成，成就斐然。
清潔能源規(guī)?；?ldquo;十四五”期間，能源結(jié)構(gòu)加速調(diào)整。截至2025年7月，非化石能源發(fā)電裝機已達到22.3億千瓦，占總發(fā)電裝機的60.8%，新能源超越煤電成為系統(tǒng)第一大電源。光伏方面，N型TOPCon電池量產(chǎn)效率突破27%，度電成本降至0.13元/kWh左右，較2020年下降約50%。風(fēng)電方面，陸上單機刷新至16.2MW，全球最大的26MW級海上風(fēng)力發(fā)電機組下線，首個“沙戈荒”新能源外送基地首批機組投產(chǎn)發(fā)電。水電方面，建成世界單機容量最大的白鶴灘百萬千瓦水電機組，抽水蓄能投產(chǎn)規(guī)模超5800萬千瓦，裝機容量連續(xù)9年居世界首位。核電方面，掌握自主知識產(chǎn)權(quán)的“華龍一號”“國和一號”三代核電技術(shù)，高溫氣冷堆四代核電率先實現(xiàn)商用。
化石能源清潔化。“十四五”期間，化石能源持續(xù)發(fā)揮能源“壓艙石”作用，能源安全與降碳協(xié)同推進。煤電方面，煤電機組節(jié)能改造、供熱改造和靈活性改造“三改聯(lián)動”規(guī)模超5億千瓦，超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)達國際領(lǐng)先水平。油氣方面，聚焦“兩深一非一老”，建成亞洲首口超萬米科探井深地塔科1井，全球首座10萬噸級深水半潛式生產(chǎn)儲油平臺“深海一號”等標志性大國工程。CCUS方面，建成50萬噸級泰州CCUS示范工程，我國首個海上CCUS項目在珠江口盆地平臺投用。
多種能源綜合化。“十四五”期間，智能電網(wǎng)持續(xù)升級，“西電東送”能力持續(xù)提升，由2.6億千瓦上升至3.6億千瓦。氫能技術(shù)方面，質(zhì)子交換膜PEM電解槽能耗降至4.2kWh/Nm3，70MPa加氫站關(guān)鍵技術(shù)裝備實現(xiàn)國產(chǎn)化。新型儲能方面，磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)成本降至0.4元/Wh左右;壓縮空氣儲能單機功率邁入300MW級，系統(tǒng)效率提升至70%左右;釩液流電池儲能時長達到4小時，循環(huán)壽命突破20000次，正在逐步實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。
科技原始創(chuàng)新能力不斷增強，助力新型電力系統(tǒng)構(gòu)建
新型電力系統(tǒng)構(gòu)建的根本在于能夠最大限度地接納新能源。預(yù)計2060年，我國風(fēng)光裝機將超90億千瓦，占發(fā)電量的70%以上。波動性新能源高比例接入，對電力“發(fā)-輸-用”實時動態(tài)平衡帶來了前所未有的挑戰(zhàn)，屬世界性難題，沒有任何經(jīng)驗可以借鑒，亟需中國方案解決中國問題。
“十四五”以來，在科技強國“五個強大”的指引下，基礎(chǔ)研究投入不斷增加，能源電力領(lǐng)域原始創(chuàng)新能力顯著增強，在沙戈荒新能源基地送出、新型電力系統(tǒng)構(gòu)建、高端電力裝備等關(guān)鍵領(lǐng)域取得多項顯著成果。以我長期從事的高壓直流輸電裝備為例。
特高直流換流閥實現(xiàn)自主創(chuàng)新。特高壓直流換流閥是遠距離大容量直流輸電工程的“心臟”。“十四五”之前，我國通過引進消化再創(chuàng)新，已實現(xiàn)常規(guī)特高壓直流換流閥的國產(chǎn)化，支撐了我國“西電東送”戰(zhàn)略實施。“十四五”期間，隨著西部沙戈荒基地的大力開發(fā)，“西電東送”由輸送穩(wěn)定煤電轉(zhuǎn)為輸送波動性新能源，但常規(guī)特高直流換流閥存在固有換相失敗問題，導(dǎo)致受端交流大電網(wǎng)安全運行風(fēng)險愈發(fā)凸顯，亟需具有抵御換相失敗能力的新型特高壓換流閥。因此，我們團隊利用新型全控型器件在原有半控型電氣拓撲上，構(gòu)造出主動關(guān)斷支路，形成可控換相換流器拓撲，從而具備100%防御換相失敗能力。2023年6月，在葛洲壩-南橋±500千伏直流輸電改造工程中實現(xiàn)示范應(yīng)用，已經(jīng)受住實際運行考驗，多次交流系統(tǒng)故障下均未發(fā)生換相失敗。
柔性直流換流閥實現(xiàn)走出國門。柔性直流輸電技術(shù)具備高度可控性，是提升可再生能源接納能力、增強電網(wǎng)穩(wěn)定性和靈活性的最佳技術(shù)手段。“十四五”之前，我國依托國家重點研發(fā)計劃等項目，實現(xiàn)了點對點、背靠背、多端柔性直流輸電工程的示范應(yīng)用，走出了一條自主創(chuàng)新道路。“十四五”期間，我們團隊聚焦新型電力系統(tǒng)構(gòu)建新需求，持續(xù)探索創(chuàng)新，首創(chuàng)“半橋+直流斷路器”的柔性直流輸電技術(shù)，攻克了直流電網(wǎng)靈活調(diào)控、寬頻振蕩抑制、故障快速切除等技術(shù)挑戰(zhàn)，建成全球首個張北±500千伏柔性直流電網(wǎng)工程，實現(xiàn)了愛迪生100多年前期待的直流組網(wǎng)能力。目前，該技術(shù)和裝備已應(yīng)用到國內(nèi)多個重大工程，并出口到中東等國家和地區(qū)。2022年，成功中標德國北海海上風(fēng)電工程，實現(xiàn)了高端電力裝備首次進入西方發(fā)達國家。
目前，智能電網(wǎng)重大專項正處于有序?qū)嵤╇A段，隨著大規(guī)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)調(diào)控、大電網(wǎng)柔性互聯(lián)、電網(wǎng)基礎(chǔ)支撐技術(shù)等重點任務(wù)的統(tǒng)籌部署，智能電網(wǎng)技術(shù)的系統(tǒng)性升級與國產(chǎn)化進程有望持續(xù)加速，為新型電力系統(tǒng)構(gòu)建提供重要技術(shù)支撐。
國家戰(zhàn)略科技力量不斷強化，新型舉國體制優(yōu)勢逐步發(fā)揮
經(jīng)過多年努力，我國能源科技創(chuàng)新水平已大幅提升，但研究分散化、同質(zhì)化、碎片化等問題尚未根本解決，科技創(chuàng)新內(nèi)生動力不強、部分關(guān)鍵核心技術(shù)受制于人的現(xiàn)象依然存在。急需充分發(fā)揮能源領(lǐng)域國家戰(zhàn)略科技力量作用，發(fā)揮新型舉國體制優(yōu)勢，創(chuàng)新科研體制機制，提升創(chuàng)新體系整體效能。
“十四五”以來，圍繞國家能源重大需求和重點方向，組建能源領(lǐng)域國家實驗室，重組能源領(lǐng)域全國重點實驗室，成立能源領(lǐng)域國家實驗室體系創(chuàng)新聯(lián)盟，持續(xù)強化國家戰(zhàn)略科技力量。以國家實驗室為抓手，探索任務(wù)制科研攻關(guān)模式，堅持國家戰(zhàn)略導(dǎo)向，匯集全國優(yōu)勢力量，開展“大兵團”有組織科研新范式。
以我們懷柔實驗室靈活燃煤發(fā)電團隊為例。基于我國富煤少氣的能源資源稟賦，團隊聚焦靈活燃煤發(fā)電這一戰(zhàn)略需求，讓煤電逼近靈活氣電特性，支撐我國波動性新能源大規(guī)模消納。團隊組建三年以來，踐行新型舉國體制，得到了部委、地方、企業(yè)、高校等全方位支持，共同打造國家戰(zhàn)略科技力量。
中央統(tǒng)籌部署、地方共謀發(fā)展。支持懷柔實驗室參與煤炭重大專項，承擔靈活燃煤發(fā)電相關(guān)的科研任務(wù)攻關(guān)。內(nèi)蒙古自治區(qū)政府與實驗室簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，推動靈活燃煤發(fā)電成果在內(nèi)蒙古自治區(qū)內(nèi)推廣應(yīng)用。
部委傾力支持、央企共擔使命。國家能源局搭建了首臺(套)申報綠色通道，300MW級靈活燃煤機組入選2022年第三批能源領(lǐng)域首臺(套)重大技術(shù)裝備，加速示范工程落地。哈電集團、東方電氣等裝備制造單位深度參與，國家能源集團、國家電投等業(yè)主單位積極提供工程示范機會，推動創(chuàng)新要素向國家任務(wù)集聚。
各類創(chuàng)新主體深度合作、協(xié)同攻關(guān)。該團隊由劉吉臻院士領(lǐng)銜，涵蓋設(shè)計(華北設(shè)計院等)、科研(華北電力大學(xué)等)、制造(哈電集團三大主機廠等)、調(diào)試(西安熱工院等)等10余家單位近100人的產(chǎn)學(xué)研融合團隊，著力打造了一支“跨領(lǐng)域、跨單位、跨學(xué)科”的有組織科研隊伍。
目前，我們實驗室的靈活燃煤發(fā)電團隊面向重大場景，通過產(chǎn)學(xué)研實質(zhì)性融合、創(chuàng)新鏈與產(chǎn)業(yè)鏈深度協(xié)同，推動了靈活燃煤發(fā)電技術(shù)的三級躍升：首先，從設(shè)計和制造的源頭出發(fā)，研制出300MW級新型燃煤發(fā)電機組，已在廊坊熱電廠示范，調(diào)峰容量、調(diào)峰速率等核心指標國際領(lǐng)先。隨后，依托煤炭重大專項項目，計劃研制600MW級新一代超靈活燃煤發(fā)電機組，在三峽若羌基地、蒙能集團、華能集團等4個工程示范應(yīng)用。接著，率先探索1000MW機組靈活性機組技術(shù)路線，聯(lián)合國家電投推動示范應(yīng)用，為大規(guī)模新能源消納與電網(wǎng)安全穩(wěn)定提供重要保證。
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