科技創新引領產業發展，有力支撐能源保供與轉型
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、綠色低碳轉型任務艱巨等一系列挑戰，出路在大力發展新能源，關鍵在于科技創新。“十四五”以來，能源領域科技創新支持力度不斷加大，新質生產力加速形成，成就斐然。
清潔能源規模化。“十四五”期間，能源結構加速調整。截至2025年7月，非化石能源發電裝機已達到22.3億千瓦，占總發電裝機的60.8%，新能源超越煤電成為系統第一大電源。光伏方面，N型TOPCon電池量產效率突破27%，度電成本降至0.13元/kWh左右，較2020年下降約50%。風電方面，陸上單機刷新至16.2MW，全球最大的26MW級海上風力發電機組下線，首個“沙戈荒”新能源外送基地首批機組投產發電。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，抽水蓄能投產規模超5800萬千瓦，裝機容量連續9年居世界首位。核電方面，掌握自主知識產權的“華龍一號”“國和一號”三代核電技術，高溫氣冷堆四代核電率先實現商用。
化石能源清潔化。“十四五”期間，化石能源持續發揮能源“壓艙石”作用，能源安全與降碳協同推進。煤電方面，煤電機組節能改造、供熱改造和靈活性改造“三改聯動”規模超5億千瓦，超超臨界燃煤發電技術達國際領先水平。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，智能電網持續升級，“西電東送”能力持續提升，由2.6億千瓦上升至3.6億千瓦。氫能技術方面，質子交換膜PEM電解槽能耗降至4.2kWh/Nm3，70MPa加氫站關鍵技術裝備實現國產化。新型儲能方面，磷酸鐵鋰儲能系統成本降至0.4元/Wh左右；壓縮空氣儲能單機功率邁入300MW級，系統效率提升至70%左右；釩液流電池儲能時長達到4小時，循環壽命突破20000次，正在逐步實現商業化應用。
科技原始創新能力不斷增強，助力新型電力系統構建
新型電力系統構建的根本在于能夠最大限度地接納新能源。預計2060年，我國風光裝機將超90億千瓦，占發電量的70%以上。波動性新能源高比例接入，對電力“發-輸-用”實時動態平衡帶來了前所未有的挑戰，屬世界性難題，沒有任何經驗可以借鑒，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，基礎研究投入不斷增加，能源電力領域原始創新能力顯著增強，在沙戈荒新能源基地送出、新型電力系統構建、高端電力裝備等關鍵領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自主創新。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新，已實現常規特高壓直流換流閥的國產化，支撐了我國“西電東送”戰略實施。“十四五”期間，隨著西部沙戈荒基地的大力開發，“西電東送”由輸送穩定煤電轉為輸送波動性新能源，但常規特高直流換流閥存在固有換相失敗問題，導致受端交流大電網安全運行風險愈發凸顯，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，構造出主動關斷支路，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示范應用，已經受住實際運行考驗，多次交流系統故障下均未發生換相失敗。
柔性直流換流閥實現走出國門。柔性直流輸電技術具備高度可控性，是提升可再生能源接納能力、增強電網穩定性和靈活性的最佳技術手段。“十四五”之前，我國依托國家重點研發計劃等項目，實現了點對點、背靠背、多端柔性直流輸電工程的示范應用，走出了一條自主創新道路。“十四五”期間，我們團隊聚焦新型電力系統構建新需求，持續探索創新，首創“半橋+直流斷路器”的柔性直流輸電技術，攻克了直流電網靈活調控、寬頻振蕩抑制、故障快速切除等技術挑戰，建成全球首個張北±500千伏柔性直流電網工程，實現了愛迪生100多年前期待的直流組網能力。目前，該技術和裝備已應用到國內多個重大工程，并出口到中東等國家和地區。2022年，成功中標德國北海海上風電工程，實現了高端電力裝備首次進入西方發達國家。
目前，智能電網重大專項正處于有序實施階段，隨著大規模可再生能源并網調控、大電網柔性互聯、電網基礎支撐技術等重點任務的統籌部署，智能電網技術的系統性升級與國產化進程有望持續加速，為新型電力系統構建提供重要技術支撐。
國家戰略科技力量不斷強化，新型舉國體制優勢逐步發揮
經過多年努力，我國能源科技創新水平已大幅提升，但研究分散化、同質化、碎片化等問題尚未根本解決，科技創新內生動力不強、部分關鍵核心技術受制于人的現象依然存在。急需充分發揮能源領域國家戰略科技力量作用，發揮新型舉國體制優勢，創新科研體制機制，提升創新體系整體效能。
“十四五”以來，圍繞國家能源重大需求和重點方向，組建能源領域國家實驗室，重組能源領域全國重點實驗室，成立能源領域國家實驗室體系創新聯盟，持續強化國家戰略科技力量。以國家實驗室為抓手，探索任務制科研攻關模式，堅持國家戰略導向，匯集全國優勢力量，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電這一戰略需求，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、高校等全方位支持，共同打造國家戰略科技力量。
中央統籌部署、地方共謀發展。支持懷柔實驗室參與煤炭重大專項，承擔靈活燃煤發電相關的科研任務攻關。內蒙古自治區政府與實驗室簽訂戰略合作協議，推動靈活燃煤發電成果在內蒙古自治區內推廣應用。
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年第三批能源領域首臺（套）重大技術裝備，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、國家電投等業主單位積極提供工程示范機會，推動創新要素向國家任務集聚。
各類創新主體深度合作、協同攻關。該團隊由劉吉臻院士領銜，涵蓋設計（華北設計院等）、科研（華北電力大學等）、制造（哈電集團三大主機廠等）、調試（西安熱工院等）等10余家單位近100人的產學研融合團隊，著力打造了一支“跨領域、跨單位、跨學科”的有組織科研隊伍。
目前，我們實驗室的靈活燃煤發電團隊面向重大場景，通過產學研實質性融合、創新鏈與產業鏈深度協同，推動了靈活燃煤發電技術的三級躍升：首先，從設計和制造的源頭出發，研制出300MW級新型燃煤發電機組，已在廊坊熱電廠示范，調峰容量、調峰速率等核心指標國際領先。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個工程示范應用。接著，率先探索1000MW機組靈活性機組技術路線，聯合國家電投推動示范應用，為大規模新能源消納與電網安全穩定提供重要保證。
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