零碳能源關鍵技術體系涉及傳統(tǒng)化石能源系統(tǒng)低排放轉(zhuǎn)型、新能源大規(guī)模使用和廣泛部署等。重點包括碳基能源高效催化轉(zhuǎn)化、先進高效低排放燃燒發(fā)電等關鍵減排技術，以及氫、太陽能、風能等新能源利用技術。

傳統(tǒng)能源系統(tǒng)的低碳排放轉(zhuǎn)型是當前的現(xiàn)實緊迫任務

1催化過程和工藝革命性創(chuàng)新推進碳基能源高效催化轉(zhuǎn)化

針對化石能源最本質(zhì)的碳資源清潔高效轉(zhuǎn)化利用問題，前沿熱點方向包括：碳基能源催化轉(zhuǎn)化反應途徑、催化劑及工藝開發(fā)、復雜催化轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的集成耦合與匹配，以及轉(zhuǎn)化過程多點源復雜污染物控制等。目前，碳基能源高效催化轉(zhuǎn)化已經(jīng)探索出一些新的路線，部分已實現(xiàn)工程示范。預計未來 10—20 年煤炭分級分質(zhì)轉(zhuǎn)化利用技術、二氧化碳催化轉(zhuǎn)化技術將得到優(yōu)先發(fā)展。

2新型熱力循環(huán)與高效熱功轉(zhuǎn)換實現(xiàn)清潔燃燒與高效發(fā)電

先進高效低排放燃燒發(fā)電技術能夠有效減少化石能源作為燃料利用的碳排放，前沿熱點方向包括：靈活多源智能發(fā)電系統(tǒng)集成與協(xié)調(diào)控制、超高參數(shù)燃煤發(fā)電高效熱功轉(zhuǎn)換機制、新型工質(zhì)熱力循環(huán)與高效熱功轉(zhuǎn)換創(chuàng)新技術，以及多污染物協(xié)同控制等。未來持續(xù)朝著高效、節(jié)能、節(jié)水和低排放/零排放方向發(fā)展。預計到 2030 年，燃煤發(fā)電超低排放等先進技術得到全面推廣，將有望使燃煤發(fā)電實現(xiàn)近零排放，從而顯著降低煤炭全產(chǎn)業(yè)鏈的環(huán)境影響。

新一代能源體系的重構(gòu)建設是實現(xiàn)碳中和目標的核心工作

以可再生能源、先進核能、氫能、儲能技術為代表的碳零排關鍵技術是實現(xiàn)碳中和的關鍵抓手，是建設低碳綠色能源體系、實現(xiàn)碳中和目標的核心工作。

1高比例可再生能源系統(tǒng)被廣泛認為是引領全球能源向綠色低碳轉(zhuǎn)型的主體

構(gòu)建高比例可再生能源系統(tǒng)，需要突破可再生能源高效、低成本、規(guī)模化開發(fā)利用的系列關鍵科學與技術前沿熱點問題，主要包括：先進可再生能源、靈活友好并網(wǎng)、新一代電力系統(tǒng)、多能互補與供需互動等關鍵核心技術。未來可再生能源利用將朝著多能互補、冷熱電聯(lián)產(chǎn)與綜合利用方向發(fā)展?？稍偕茉丛谀茉唇Y(jié)構(gòu)中的比重日益增加，預計到 2025 年可再生能源將成為世界第一大電力來源，到 2050 年占到發(fā)電量的近 90%、能源供應總量的 2/3。其中，重點科技研發(fā)方向包括：以高效低成本光伏發(fā)電、人工光合系統(tǒng)制燃料與化學品為代表的新興技術；大型風電機組及部件關鍵技術、基于大數(shù)據(jù)的風電場設計與運維關鍵技術、大型風電機組測試關鍵技術，以及海上風電場設計、建設及開發(fā)成套關鍵技術等；高品位生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術、生物質(zhì)能清潔制備與高效利用技術、能源植物基因重組育種、生物油精制原理、生物學系統(tǒng)氫能轉(zhuǎn)換原理等。

2先進裂變堆研發(fā)及聚變堆實驗突破推進核能邁向安全高效可持續(xù)發(fā)展道路

先進核裂變能前沿熱點方向主要集中在開發(fā)固有安全特性的第四代反應堆系統(tǒng)、燃料循環(huán)利用及廢料嬗變堆技術?？煽睾司圩兦把責狳c研究方向則主要聚焦等離子體理論研究、耐受強中子輻射和高熱負荷材料開發(fā)和示范堆概念設計方面等主題研究。預計 2030 年前后，部分成熟的四代堆（如鈉冷快堆）將走向市場，之后逐漸擴大規(guī)模。磁約束可控核聚變預計 2030 年左右完成實驗堆的建設和滿功率運行，2050 年左右示范堆的工程設計及商業(yè)堆的預研和評估工作有望開展。

3氫能是未來碳中和社會技術、產(chǎn)業(yè)競爭新的制高點

前沿熱點方向包括：可再生能源電解制氫等綠色制氫技術，更高效、易運輸儲氫技術與基礎設施網(wǎng)絡建設，以及基于氫能的新型復合系統(tǒng)概念研究及驗證等。目前，可再生能源電解水制氫尚處于示范階段，太陽能光解水制氫等前沿技術仍處于實驗室開發(fā)階段；預計到 2030 年可再生能源電解水制氫技術將大規(guī)模部署，具備與藍氫（配備碳捕集的化石燃料制氫）成本相當?shù)母偁幜?。未來氫能應用逐漸向靈活、高效的多能融合場景發(fā)展。

4下一代新型電化學儲能技術正處在一個重要突破關口

前沿熱點方向包括：開發(fā)全固態(tài)鋰電池、金屬-空氣電池、新概念化學電池等潛在顛覆性技術；重點開展充放電循環(huán)反應機理研究、中間產(chǎn)物認知、界面優(yōu)化、新概念電池材料體系開發(fā)。未來電池儲能研究繼續(xù)向高能量密度、高比功率、快速響應、高安全性、長壽命電池材料發(fā)展。預計到 2025 年前動力電池單體能量密度達 400 Wh/kg，2030 年達到 500 Wh/kg，并加速開發(fā)下一代鋰離子動力電池和新體系動力電池。最終實現(xiàn)在 21 世紀中葉前廣泛應用長壽命、低成本、高能量密度、高安全和易回收的新型電化學儲能技術。

5多能融合能源系統(tǒng)是各國低碳轉(zhuǎn)型新的戰(zhàn)略競爭焦點

前沿熱點方向是解決能源的綜合互補利用、多能系統(tǒng)規(guī)劃設計，運行管理、能源系統(tǒng)智慧化等重大科技問題，以及開發(fā)多能互補系統(tǒng)變革性技術等。構(gòu)建多能融合綜合能源系統(tǒng)是能源發(fā)展大勢所趨，攻克能源生產(chǎn)、輸配、存儲、消費等環(huán)節(jié)的多能耦合和優(yōu)化互補核心技術，發(fā)展變革性智能化綠色過程技術體系，支撐高碳行業(yè)流程再造，解決能源轉(zhuǎn)化和工業(yè)生產(chǎn)過程的高能耗高排放難題，保障能源利用與生態(tài)文明同步協(xié)調(diào)發(fā)展。