中国能源科学2035发展战略
  21世纪前20年,能源科学蓬勃发展,为保障世界能源安全、应对全球气候变化、促进人类文明和经济社会的不断发展进步提供了有力支撑,我国也已经成为能源科学大国、能源技术装备产业大国和能源教育大国。《中国能源科学 2035 发展战略》在总结国际能源发展趋势的基础上,全面分析了我国能源科学技术的发展现状,提出了我国能源科学技术发展的指导思想和发展目标,集中阐述了化石能源,可再生能源与新能源,智能电网,综合能源系统,能量转换中的动力装置与热能利用,电力装备,储能装备及系统,氢能的生产、储运及利用,终端用能及节能,碳减排技术等领域的关键科学技术问题,面向 2035 年提出了我国能源科学技术的重点发展方向和相关建议。
  本书为相关领域战略与管理专家、科技工作者、企业研发人员及高校师生提供了研究指引,为科研管理部门提供了决策参考,也是社会公众了解能源科学发展现状及趋势的重要读本。
编委会

总序

  党的二十大胜利召开,吹响了以中国式现代化全面推进中华民族伟大复兴的前进号角。习近平总书记强调“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑”,明确要求到 2035 年要建成教育强国、科技强国、人才强国。新时代新征程对科技界提出了更高的要求。当前,世界科学技术发展日新月异,不断开辟新的认知疆域,并成为带动经济社会发展的核心变量,新一轮科技革命和产业变革正处于蓄势跃迁、快速迭代的关键阶段。开展面向 2035 年的中国学科及前沿领域发展战略研究,紧扣国家战略需求,研判科技发展大势,擘画战略、锚定方向,找准学科发展路径与方向,找准科技创新的主攻方向和突破口,对于实现全面建成社会主义现代化“两步走”战略目标具有重要意义。

  当前,应对全球性重大挑战和转变科学研究范式是当代科学的时代特征之一。为此,各国政府不断调整和完善科技创新战略与政策,强化战略科技力量部署,支持科技前沿态势研判,加强重点领域研发投入,并积极培育战略新兴产业,从而保证国际竞争实力。

  擘画战略、锚定方向是抢抓科技革命先机的必然之策。当前,新一轮科技革命蓬勃兴起,科学发展呈现相互渗透和重新会聚的趋势,在科学逐渐分化与系统持续整合的反复过程中,新的学科增长点不断产生,并且衍生出一系列新兴交叉学科和前沿领域。随着知识生产的不断积累和新兴交叉学科的相继涌现,学科体系和布局也在动态调整,构建符合知识体系逻辑结构并促进知识与应用融通的协调可持续发展的学科体系尤为重要。

  擘画战略、锚定方向是我国科技事业不断取得历史性成就的成功经验。科技创新一直是党和国家治国理政的核心内容。特别是党的十八大以来,以习近平同志为核心的党中央明确了我国建成世界科技强国的“三步走”路线图,实施了《国家创新驱动发展战略纲要》,持续加强原始创新,并将着力点放在解决关键核心技术背后的科学问题上。习近平总书记深刻指出:“基础研究是整个科学体系的源头。要瞄准世界科技前沿,抓住大趋势,下好‘先手棋’,打好基础、储备长远,甘于坐冷板凳,勇于做栽树人、挖井人,实现前瞻性基础研究、引领性原创成果重大突破,夯实世界科技强国建设的根基。”

  作为国家在科学技术方面最高咨询机构的中国科学院和国家支持基础研究主渠道的国家自然科学基金委员会(简称自然科学基金委),在夯实学科基础、加强学科建设、引领科学研究发展方面担负着重要的责任。早在新中国成立初期,中国科学院学部即组织全国有关专家研究编制了《1956—1967 年科学技术发展远景规划》。该规划的实施,实现了“两弹一星”研制等一系列重大突破,为新中国逐步形成科学技术研究体系奠定了基础。自然科学基金委自成立以来,通过学科发展战略研究,服务于科学基金的资助与管理,不断夯实国家知识基础,增进基础研究面向国家需求的能力。2009 年,自然科学基金委和中国科学院联合启动了“2011—2020 年中国学科发展战略研究”。2012 年,双方形成联合开展学科发展战略研究的常态化机制,持续研判科技发展态势,为我国科技创新领域的方向选择提供科学思想、路径选择和跨越的蓝图。

  联合开展“中国学科及前沿领域发展战略研究(2021—2035)”,是中国科学院和自然科学基金委落实新时代“两步走”战略的具体实践。我们面向 2035 年国家发展目标,结合科技发展新特征,进行了系统设计,从三个方面组织研究工作:一是总论研究,对面向2035 年的中国学科及前沿领域发展进行了概括和论述,内容包括学科的历史演进及其发展的驱动力、前沿领域的发展特征及其与社会的关联、学科与前沿领域的区别和联系、世界科学发展的整体态势,并汇总了各个学科及前沿领域的发展趋势、关键科学问题和重点方向;二是自然科学基础学科研究,主要针对科学基金资助体系中的重点学科开展战略研究,内容包括学科的科学意义与战略价值、发展规律与研究特点、发展现状与发展态势、发展思路与发展方向、资助机制与政策建议等;三是前沿领域研究,针对尚未形成学科规模、不具备明确学科属性的前沿交叉、新兴和关键核心技术领域开展战略研究,内容包括相关领域的战略价值、关键科学问题与核心技术问题、我国在相关领域的研究基础与条件、我国在相关领域的发展思路与政策建议等。

  三年多来,400 多位院士、3000 多位专家,围绕总论、数学等18 个学科和量子物质与应用等 19 个前沿领域问题,坚持突出前瞻布局、补齐发展短板、坚定创新自信、统筹分工协作的原则,开展了深入全面的战略研究工作,取得了一批重要成果,也形成了共识性结论。一是国家战略需求和技术要素成为当前学科及前沿领域发展的主要驱动力之一。有组织的科学研究及源于技术的广泛带动效应,实质化地推动了学科前沿的演进,夯实了科技发展的基础,促进了人才的培养,并衍生出更多新的学科生长点。二是学科及前沿领域的发展促进深层次交叉融通。学科及前沿领域的发展越来越呈现出多学科相互渗透的发展态势。某一类学科领域采用的研究策略和技术体系所产生的基础理论与方法论成果,可以作为共同的知识基础适用于不同学科领域的多个研究方向。三是科研范式正在经历深刻变革。解决系统性复杂问题成为当前科学发展的主要目标,导致相应的研究内容、方法和范畴等的改变,形成科学研究的多层次、多尺度、动态化的基本特征。数据驱动的科研模式有力地推动了新时代科研范式的变革。四是科学与社会的互动更加密切。发展学科及前沿领域愈加重要,与此同时,“互联网 +”正在改变科学交流生态,并且重塑了科学的边界,开放获取、开放科学、公众科学等都使得越来越多的非专业人士有机会参与到科学活动中来。

  “中国学科及前沿领域发展战略研究(2021—2035)”系列成果以“中国学科及前沿领域 2035 发展战略丛书”的形式出版,纳入“国家科学思想库 - 学术引领系列”陆续出版。希望本丛书的出版,能够为科技界、产业界的专家学者和技术人员提供研究指引,为科研管理部门提供决策参考,为科学基金深化改革、“十四五”发展规划实施、国家科学政策制定提供有力支撑。

  在本丛书即将付梓之际,我们衷心感谢为学科及前沿领域发展战略研究付出心血的院士专家,感谢在咨询、审读和管理支撑服务方面付出辛劳的同志,感谢参与项目组织和管理工作的中国科学院学部的丁仲礼、秦大河、王恩哥、朱道本、陈宜瑜、傅伯杰、李树深、李婷、苏荣辉、石兵、李鹏飞、钱莹洁、薛淮、冯霞,自然科学基金委的王长锐、韩智勇、邹立尧、冯雪莲、黎明、张兆田、杨列勋、高阵雨。学科及前沿领域发展战略研究是一项长期、系统的工作,对学科及前沿领域发展趋势的研判,对关键科学问题的凝练,对发展思路及方向的把握,对战略布局的谋划等,都需要一个不断深化、积累、完善的过程。我们由衷地希望更多院士专家参与到未来的学科及前沿领域发展战略研究中来,汇聚专家智慧,不断提升凝练科学问题的能力,为推动科研范式变革,促进基础研究高质量发展,把科技的命脉牢牢掌握在自己手中,服务支撑我国高水平科技自立自强和建设世界科技强国夯实根基做出更大贡献。

“中国学科及前沿领域发展战略研究(2021—2035)”

联合领导小组            

2023 年 3 月            

前言
  能源是经济社会持续稳定发展的基础和人民生活质量提高的重要保障,并且与气候及环境密切相关。能源既包括自然界广泛存在的化石能源、核能和可再生能源等,也包括由此转换而来的电能和氢能。能源科学是研究勘探、开发、输运、转化、存储和利用能源的基本规律的科学;能源技术是根据能源科学研究成果,为能源工程提供设计方法和手段,确保工程目标实现的技术。能源科学发展战略制定与决策部门的宏观政策导向、治理机制密切相关。在一定意义上,能源科学也包括一些管理科学、经济科学等社会科学的内涵。
  我国正处在新型工业化、电气化、信息化、城镇化、农业现代化同步发展进程中,能源生产量、消费量、温室气体排放总量均位居世界前列。在目前社会经济结构和所处的发展阶段中,由于受化石能源的可耗竭性、新能源消纳能力、能源技术和效率水平、环境污染与温室气体排放等因素制约,我国能源发展面临着重大挑战。发展先进能源科学技术和研究开发利用可再生能源是应对我国能源挑战的根本途径。因此,制定系统的能源科学技术发展战略具有重大的科学意义和紧迫的现实意义。我国政府高瞻远瞩,提出加快能源革命,构建能源强国,特别是在“碳达峰、碳中和”和“构建以新能源为主体的新型电力系统”等战略目标下,能源科学技术受到前所未有的关注和重视,能源生产和消费正在发生巨大变革。
  在此背景下,国家自然科学基金委员会和中国科学院在“中国学科及前沿领域发展战略研究(2021—2035)”项目中专门设置了能源科学发展战略研究专题。该系列发展战略研究报告的编写工作自2019年12月正式启动,集中了来自中国科学院、高校及行业研究机构从事能源相关研究的近百位专家和科技人员,形成了老中青相结合、经验丰富和充满活力的编写队伍,成立了项目组和秘书组,建立了国家自然科学基金委员会工程与材料科学部和中国科学院学部对口合作的战略研究机制。报告项目组以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,深入贯彻习近平总书记关于科技创新的一系列指示精神,特别是关于能源革命的重要论述,按照“鼓励探索,突出原创;聚焦前沿,独辟蹊径;需求牵引,突破瓶颈;共性导向,交叉融通”的新时代国家自然科学基金资助战略导向要求,在《未来10年中国学科发展战略 能源科学》报告的基础上,通过充分调研和分析、学术交流以及专业论坛讨论,形成了相应领域的研究成果,经过近20次会议研讨、3次专家院士咨询、近10稿修改后,于2021年12月完成了本书稿件的编写工作。
  本书由13章组成,第一章在全面总结国际能源科学发展趋势的基础上,分析了我国能源科学技术的发展现状,提出了支撑我国可持续发展的能源科学发展思路,包括能源科学技术发展的指导思想、发展目标、学科发展重点的遴选原则;第二章至第十一章立足能源科学技术的学科基础,分别阐述了能源科学重点领域的基本范畴、内涵和战略地位,指出了发展规律与发展态势、关键科学问题与关键技术问题以及发展方向,主要包括以下领域:化石能源,可再生能源与新能源,智能电网,综合能源系统,能量转换中的动力装置与热能利用,电力装备,储能装备及系统,氢能的生产、储运及利用,终端用能及节能,碳减排技术;第十二章讨论了能源科学优先发展与前沿交叉领域,特别是能源科学与其他学科的交叉研究领域;
  需要指出的是,能源科学还涉及能源资源的勘查与开采、能源的利用与环境影响等内容,已经安排在丛书其他分册中,与本书一起形成“中国学科及前沿领域2035发展战略丛书”。
  参加本书编写和咨询的专家学者非常多,我们仅列出了主要的贡献者名单,还有很多学者在研究过程中提供了资料、参与了讨论,在此一并表示衷心的感谢。
  能源科学技术涉及范围广、学科多,尽管我们认真核对了所有内容,但仍难免有不妥之处,欢迎读者批评指正。
  何雅玲 陈维江
  《中国能源科学2035发展战略》项目组组长
  2022年4月
摘要
  能源伴随着人类文明发展的每一个阶段。第一次工业革命和第二次工业革命,本质上都是能源革命,其极大地推动了历史进程,显著地改变了世界格局,并决定了各国迥然不同的历史命运。
  目前,世界能源发展在资源、环境、结构、安全、效率等方面都面临着重大挑战。化石能源的大量开发使用,导致环境污染、气候变化等问题日益突出,严重威胁人类生存和可持续发展,建立在化石能源基础上的传统能源发展方式已难以为继,成为当前人类社会发展面临的共同挑战。在这种形势下,我国政府审时度势,提出了“加快能源革命,构建能源强国”“碳达峰、碳中和”“构建清洁低碳安全高效能源体系”“构建以新能源为主体的新型电力系统”等目标,能源科学技术受到前所未有的关注和重视,能源科学技术发展对我国实现“双碳”目标、落实创新驱动发展战略、建设社会主义现代化强国、掌握关键核心技术与占领国际制高点具有重要的战略意义。全面梳理总结能源科学技术发展现状、科学预测其发展趋势、擘画其发展蓝图,对能源行业发展具有重大的指导意义。
  本书形成的主要成果如下。
  1)我国能源科学技术发展思路
  当前及未来几十年是我国经济社会发展的重要战略机遇期,也是能源科学技术发展的重要战略机遇期。根据国家的重大需求,立足我国能源科学技术的现有基础与条件,着眼于能力建设和长远发展,通过加强基础研究推动能源科学技术的可持续发展。
  我国能源科学技术发展的指导思想:从支撑国家安全和国家可持续发展的高度出发,紧扣能源革命和“双碳”目标,立足能源科学技术的学科基础,丰富和发展能源科学的内涵,构筑面向未来的能源科学学科体系,加强基础研究与人才培养,形成布局合理的基础研究队伍,为我国能源安全及社会、经济、环境的和谐发展提供有力的支撑,努力把我国建成世界主要能源科学中心和能源技术创新高地。
  我国能源科学技术发展的总体目标:到2035年,要突破能源科学的若干基础科学问题和关键技术,形成完善的能源科学体系;建立一支高水平的研究队伍,显著增强我国能源科技自主创新能力;推进基础理论和技术应用的衔接,促进创新链与产业链的高度融合,促进全社会能源科技资源的高效配置和综合集成;加强科技平台及大科学装置的建设,显著增强能源科技保障经济社会发展和国家安全的能力;能源基础科学和前沿技术研究综合实力显著增强,能源开发、节能技术和清洁能源技术取得重要突破,形成一大批变革性能源技术,总体达到世界能源科技先进水平;能源结构和能源供给得到优化,实现2030年之前碳达峰,逐步形成满足在2060年之前实现碳中和的低碳能源利用技术;建成新一代以新能源为主体的高效、安全、可靠的新型电力系统,提高电能在终端能源消费中的占比,主要工业产品单位能耗指标达到或接近世界先进水平,使我国进入能源科技先进国家行列。
  2)我国能源领域的关键科学技术问题
  我国能源发展的关键科学技术问题主要有:化石能源、多种可再生能源及储能系统耦合的清洁低碳燃料转换与发电机制;太阳能和风能利用过程的能量传递、转换、储存和利用机理;以新能源为主体的新型电力系统关键理论与技术、安全性及其调控机制、市场机制和法规体系的构建;以电为中心的能源系统形态构建及其传输运行控制理论;不同物质流、能量流、信息流之间的转换调控集成以及低成本规模化能量转换和利用理论与技术。具体包括以下各方面。
  (1)化石燃料特性控制、混合设计及其清洁低碳高效燃烧基础理论;化石燃料的定向利用新机制和新途径;灵活多源智能发电系统集成控制的技术研发和工程示范;非常规油气开采过程中多相多组分输运与连续排采理论;超临界CO2提高非常规天然气开采技术;非常规油气资源的协同开发利用技术。
  (2)可再生能源高效开发利用理论;可再生能源热力系统优化理论;先进能源转换理论;多类型水合物生成及分解热力学和动力学机理;生物质热化学转化机理与过程强化;可再生能源的高效准确勘查评估技术;数值核反应堆技术;规模化储能技术;新型太阳能电池制造技术;风能利用气动机理及结构动态特性调控技术。
  (3)智能电网中物理—信息—社会系统基础理论;高比例可再生能源接入场景下的低惯量电力系统调度运行与控制理论;面向大规模可再生能源消纳的电力市场基础理论与定价机制;可再生能源并网与发电控制技术;面向高比例新能源并网的多端柔性直流输配电系统设计、控制与保护一体化技术;电力装备智能化技术;新型输电技术。
  (4)异质能源系统耦合作用机理;多主体异质能流耦合的多尺度协同性;信息—能量—社会融合系统安全机理与协同优化;多能源市场时空耦合机理;数据—机理双重驱动的综合能源系统建模方法;综合能源系统数字孪生仿真技术及平台;面向“碳达峰、碳中和”的综合能源系统结构形态优化规划方法。
  (5)新概念/新原理气动热力布局;高参数、极端工况下流体机械复杂内流理论与流动控制;设计软件工具、系统集成、先进材料制造工艺、关键零部件;系统匹配优化、健康管理、故障诊断与智能化调控技术;700 先进超超临界燃煤发电技术汽轮机关键部件金属材料技术。
  (6)复合场作用和极端条件下电介质材料基础理论;多特征参量信号传感机理与状态诊断理论;复杂多约束条件下高效能高品质电机系统设计、分析与驱动控制理论;环保型绝缘材料设计与合成;高精度状态信息感知与诊断技术;直流高压开关、高速电弧开断、高压套管等高端输变电装备技术;复杂环境工况高效能电机技术。
  (7)可再生能源储能系统优化理论与方法;新型储能与电力系统耦合机理;储能材料能/质多物理场耦合传递转化机理;复合储能技术;热化学储能技术;电化学储能技术;模块化飞轮储能技术;超级电容器的整体构筑策略。
  (8)超临界水煤气化过程的多相流热物理化学基础理论;超临界水煤气化制氢耦合发电系统集成优化理论;新型储氢机理;复合储氢技术的结合机理;煤的超临界水气化制氢与发电多联产制氢技术;光催化光热耦合制氢技术;高效电解水制氢系统;氢压缩技术;燃料电池电催化剂与系统水热管理技术。
  (9)能源高效清洁利用原理;污染物的处理及利用原理;规模化高效储能机制;能源梯级综合利用和系统集成理论;能源—经济—社会—环境复杂作用机理;建筑光储直柔配电系统构建方法;可再生能源应用于建筑的产—供—用—蓄—调一体化分析方法;交通能源全生命周期及对环境和生态的影响机制。
  (10)面向碳减排的生态工业基础理论和技术示范;碳减排技术的环境影响评估与风险控制理论;碳减排对能源及工业产品价格波动的影响机制;碳交易对碳减排的激励和约束作用;高碳能源的无碳—低碳转换与排放技术;低碳燃料合成及二氧化碳资源化利用;基于可再生能源集成的多能互补碳减排技术;低成本高效率碳捕集、利用与封存技术。
  3)我国能源科学技术的重点研究方向
  现代能源科学技术的主要发展趋势是低碳化、多元化、绿色化、智能化。
  (1)化石能源的清洁低碳智慧高效利用,包括:煤炭、石油、天然气的清洁、低碳、智慧、高效利用的基础理论、计算模型、测量方法、关键技术;非常规油气开采、炼制、利用全过程调控实现高效清洁开发利用;常规、非常规油气资源协同开发;多种资源的立体高效利用。
  (2)可再生能源与新能源转换利用的调控、优化、匹配、集成,包括:可再生能源热力系统优化;变工况太阳能光热利用体系;生物质热化学转化机理与过程强化;高效制氢新方法;数值核反应堆技术;规模化储能方法;基于可再生能源与新能源的综合能源系统。
  (3)面向高比例可再生能源的电力系统安全高效运行,包括:电力系统安全高效运行基础;清洁低碳电力技术;物理—信息—社会系统基础;电力装备智能化技术;新型输电技术。
  (4)规模化综合能源系统的耦合安全与协同优化,包括:综合能源系统耦合建模与数字孪生仿真;综合能源系统安全评估与防御;综合能源系统能量管理与运行控制;规模化多能存储及储能系统集群优化;多元化辅助服务市场。
  (5)高效、宽域、低碳动力装置与热能利用,包括:高超声速、新能源航空发动机;低碳/零碳燃气轮机;新概念/新原理气动热力布局;适应电网调频调峰需求的汽轮机负荷快速响应技术;新一代内燃机高效清洁燃烧技术;高参数、极端工况下流体机械复杂内流理论与流动控制;吸收—压缩耦合新型热泵循环;高效储热—热泵耦合系统。
  (6)高可靠性、智慧感知、绿色环保的新型电力装备,包括:高可靠性、绿色环保的电工材料;复合场作用和极端条件下电介质材料演化规律;微电子、光学等高灵敏度、分布式信息感知方法;复杂多约束条件下的高性能电力器件与装备设计。
  (7)储能系统中的核心器件研发与集成优化,包括:可再生能源储能系统优化;新型储能与电力系统耦合;复合式储能;储能器件的传热传质优化;热化学储能;电化学储能电极材料与电解液;高效固液相变储能材料;模块化飞轮储能;超级电容器。
  (8)氢能的绿色规模生产、安全储运及高效利用,包括:煤的超临界水气化制氢与发电多联产制氢技术;光催化光热耦合制氢技术;高效电解水制氢系统;氢压缩技术;安全高效的复合储氢材料;高性能低成本燃料电池电催化剂与系统水热管理。
  (9)终端用能的能源清洁、高效、低碳利用,包括:能量高效和清洁转换;工业废物处理和噪声治理;新能源和可替代能源利用技术;“双碳”目标下建筑物本体的关键节能技术;可再生能源应用于建筑的产—供—用—蓄—调方法;高效清洁的发动机燃烧理论;替代燃料和动力电池技术。
  (10)大规模低成本的碳捕集、利用与封存技术,包括:碳排放技术层面与系统层面;高碳能源的无碳—低碳转换与排放技术;低碳燃料合成及二氧化碳资源化利用;低成本高效率碳捕集、利用与封存技术;碳减排技术的环境影响评估与风险控制。
  4)我国能源科学技术前沿交叉重点研究方向
  能源科学技术是一个高度综合、具有很强学科交叉特点的研究领域。能源与信息、智能、材料等领域的交叉融合迅猛发展,新技术不断涌现。
  (1)化石能源与其他学科交叉研究:煤燃烧与材料科学、信息科学、计算机通信、人工智能、大气科学、环境科学、化学、地质学、生命科学、医学和经济学等领域交叉;与机械、材料、信息、环境等领域的新方法、新技术交叉融合,全面提升煤转化系统的本质安全、清洁高效和低碳绿色水平。
  (2)可再生能源及新能源与其他学科交叉研究:太阳能利用与建筑节能;太阳能利用与环境保护;多能源供应体系下的能量利用系统优化;太阳—植物光合作用;太阳能化学与生物转化的基础科学问题研究;太阳能规模制氢与燃料电池耦合系统及其内部多相多物理及化学过程的理论及关键技术;风、水、光互补系统设计、运行与控制;基于生物质能—太阳能的农村多能互补系统设计、运行与控制;多能互补网络。
  (3)电能及智慧能源系统与其他学科交叉研究:智能电网的信息平台;风能和太阳能的短期预测与电力调度;大容量高密度储能技术;新型电工材料;高效节能的照明技术;能源互联网与数字孪生;能源云与边缘计算;能源智能硬件及其智慧软件。
  (4)储能与其他学科交叉研究:新抽水蓄能创新形式建设涉及工程热物理、地质学、采矿工程等交叉领域;先进储能材料;新型电磁/超导磁悬浮技术;电池管理系统的设计和开发。
  (5)氢能与其他学科交叉研究:光生物制氢技术中的光能吸收、转化和利用;储氢材料;氢燃料电池应用中的新型关键材料、耐腐蚀材料,非铂或者低铂催化剂。
  (6)CO2控制相关的基础理论研究涉及能源、环境、化工、生物、地学和规划管理等多个学科领域:燃料化学能梯级利用的温室气体控制(与化学学科交叉);CO2储存与资源利用方法(与环境、地学学科交叉);低碳排放型循环经济生态工业系统(与管理学科交叉)、CO2的化学利用。
  为实现我国能源科学技术发展的总体目标,本书还从科研队伍建设与人才培养、变革性能源技术研发和创新、重大能源科技创新平台建设、能源技术推广等方面提出了具体建议。
  能源科学涵盖面很广,除以上内容外,还涉及能源资源的勘查与开采、能源的利用与环境影响等内容。这些内容已经安排在丛书其他分册中。
  
  Abstract
  Energy accompanies every stage of the development of human civilization. Both the frst industrial revolution and the second industrial revolution are essentially energy revolutions, which have greatly promoted the historical process, signifcantly changed the world pattern, and fnally determined the very diferent historical destinies of nations.
  At present, the global energy development is facing major challenges in terms of resources, environment, structure, security, and efficiency. The large-scale development and utilization of fossil energy has led to increasingly prominent problems such as environmental pollution and climate change, which seriously threaten the survival and sustainable development of human beings. The traditional energy development mode based on fossil energy has become unsustainable and then become a common challenge to the development of human society. Under this situation, the Chinese government has put forward the strategic goals of “energy revolution” “carbon peaking and carbon neutrality” and “building a clean, low-carbon, safe and efficient energy system and building a new power system with new energy as the main body”. Energy science and technology have received unprecedented attention and concerns. The development of energy science and technology has important strategic significance for China to achieve the “dual-carbon goals”, implement the innovation-driven development strategy, build a socialist modernized power, master key core technologies, and occupy the international commanding heights. It is of great guiding signifcance to comprehensively sort out and summarize the development status of energy science and technology, scientifically predict its development trend, and draw its development blueprint.
  Allowing for the background mentioned above, the National Natural Science Foundation of China (NSFC) and the Chinese Academy of Sciences (CAS) specifcally set a research project of energy R&D in the series of “Research on the Development Strategy of Chinese Disciplines and Frontier Fields (2021—2035)”. A research team is involved in the project with almost 100 scientists of different ages engaged in various fields related to energy study from Chinese Academy of Sciences, universities and professional research institutes, forming an experienced team for composition with vigour, including a consultant group, a secretary group and a cooperation mechanism between NSFC and CAS. After nearly 20 seminars and 3 rounds of consultation from experts and academicians, and revisions of nearly 10 drafts, this book was completed in December 2021.
  This book is composed of 13 chapters. Chapter 1 summaries the development trends of international energy science and technology, analyzes the current overall status of energy science and technology in China, and points out the national energy R&D strategies including the overall objective, development goals and the selection principles of priority research areas. 
  Based on the discipline foundation of energy science and technology, Chapters 2 to 11 describe the basic connotation, orientation, development status and laws of various key felds of energy science and technology, and point out the development trend, key scientifc and technical issues, and development direction. Hereinto, fossil energy is discussed in Chapter 2, renewable energy and new energy in Chapter 3, smart grid in Chapter 4, integrated energy system in Chapter 5, power plant and thermal energy utilization in energy conversion in Chapter 6, power equipment in Chapter 7, energy storage equipment and system in Chapter 8, hydrogen energy in Chapter 9, end-use energy consumption and energy saving in Chapter 10, and fnally carbon emission reduction technology in Chapter 11. Chapter 12 discusses the priority development felds and system layout of energy science, especially the interdisciplinary research fields of energy science with other disciplines. The suggestions for promoting the development of energy science in China are provided in Chapter 13.
  In summary, the contents of this book are arranged according to the sequence of “source-transfer-net-storage-utilization”. In particular, the frontier research on energy transformative innovation, the intersection of disciplines, and the key technological breakthroughs are highlighted. By the year 2035, China aims to achieve breakthroughs in energy science and technology in a number of basic scientific issues and key technologies and establish a complete energy science system. The energy structure and energy supply are optimized to achieve carbon emissions peak before 2030, and gradually form low-carbon energy utilization technologies that achieve carbon neutrality before 2060. A new generation of high-efficiency, safe and reliable new power with new energy as the main body system is built, and the unit energy consumption indices of main industrial products reach or approach the world’s advanced level. China has entered the ranking of advanced countries in energy science and technology.
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