中国工程院院士、怀柔实验室主任汤广福：我国能源科技正以破竹之势，把许多“不可能”变成“可能” 信息

 能源是国家安全和发展的重要支柱，“十四五”时期是我国能源安全保供和绿色转型的关键阶段，在“双碳”目标和能源安全新战略的总体要求下，以《“十四五”能源领域科技创新规划》为纲领，我国在清洁能源规模化、化石能源清洁化、多种能源综合化发展等方面，多项关键技术实现突破，科技原始创新能力不断增强，国家战略科技力量持续强化，有力支撑能源自主保障能力保持在80%以上，非化石能源消费占比从15.9%提升至20%左右，为能源高质量发展奠定坚实基石。

  科技创新引领产业发展，有力支撑能源保供与转型

  我国能源体量和碳排放量巨大，2024年，能源消费总量59.6亿吨标准煤。面对需求压力巨大、供给制约较多、绿色低碳转型任务艰巨等一系列挑战，出路在大力发展新能源，关键在于科技创新。“十四五”以来，能源领域科技创新支持力度不断加大，新质生产力加速形成，成就斐然。

  清洁能源规模化。“十四五”期间，能源结构加速调整。截至2025年7月，非化石能源发电装机已达到22.3亿千瓦，占总发电装机的60.8%，新能源超越煤电成为系统第一大电源。光伏方面，N型TOPCon电池量产效率突破27%，度电成本降至0.13元/kWh左右，较2020年下降约50%。风电方面，陆上单机刷新至16.2MW，全球最大的26MW级海上风力发电机组下线，首个“沙戈荒”新能源外送基地首批机组投产发电。水电方面，建成世界单机容量最大的白鹤滩百万千瓦水电机组，抽水蓄能投产规模超5800万千瓦，装机容量连续9年居世界首位。核电方面，掌握自主知识产权的“华龙一号”“国和一号”三代核电技术，高温气冷堆四代核电率先实现商用。

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  化石能源清洁化。“十四五”期间，化石能源持续发挥能源“压舱石”作用，能源安全与降碳协同推进。煤电方面，煤电机组节能改造、供热改造和灵活性改造“三改联动”规模超5亿千瓦，超超临界燃煤发电技术达国际领先水平。油气方面，聚焦“两深一非一老”，建成亚洲首口超万米科探井深地塔科1井，全球首座10万吨级深水半潜式生产储油平台“深海一号”等标志性大国工程。CCUS方面，建成50万吨级泰州CCUS示范工程，我国首个海上CCUS项目在珠江口盆地平台投用。

  多种能源综合化。“十四五”期间，智能电网持续升级，“西电东送”能力持续提升，由2.6亿千瓦上升至3.6亿千瓦。氢能技术方面，质子交换膜PEM电解槽能耗降至4.2kWh/Nm3，70MPa加氢站关键技术装备实现国产化。新型储能方面，磷酸铁锂储能系统成本降至0.4元/Wh左右；压缩空气储能单机功率迈入300MW级，系统效率提升至70%左右；钒液流电池储能时长达到4小时，循环寿命突破20000次，正在逐步实现商业化应用。

  科技原始创新能力不断增强，助力新型电力系统构建

  新型电力系统构建的根本在于能够最大限度地接纳新能源。预计2060年，我国风光装机将超90亿千瓦，占发电量的70%以上。波动性新能源高比例接入，对电力“发-输-用”实时动态平衡带来了前所未有的挑战，属世界性难题，没有任何经验可以借鉴，亟需中国方案解决中国问题。

  “十四五”以来，在科技强国“五个强大”的指引下，基础研究投入不断增加，能源电力领域原始创新能力显著增强，在沙戈荒新能源基地送出、新型电力系统构建、高端电力装备等关键领域取得多项显著成果。以我长期从事的高压直流输电装备为例。

  特高直流换流阀实现自主创新。特高压直流换流阀是远距离大容量直流输电工程的“心脏”。“十四五”之前，我国通过引进消化再创新，已实现常规特高压直流换流阀的国产化，支撑了我国“西电东送”战略实施。“十四五”期间，随着西部沙戈荒基地的大力开发，“西电东送”由输送稳定煤电转为输送波动性新能源，但常规特高直流换流阀存在固有换相失败问题，导致受端交流大电网安全运行风险愈发凸显，亟需具有抵御换相失败能力的新型特高压换流阀。因此，我们团队利用新型全控型器件在原有半控型电气拓扑上，构造出主动关断支路，形成可控换相换流器拓扑，从而具备100%防御换相失败能力。2023年6月，在葛洲坝-南桥±500千伏直流输电改造工程中实现示范应用，已经受住实际运行考验，多次交流系统故障下均未发生换相失败。

  柔性直流换流阀实现走出国门。柔性直流输电技术具备高度可控性，是提升可再生能源接纳能力、增强电网稳定性和灵活性的最佳技术手段。“十四五”之前，我国依托国家重点研发计划等项目，实现了点对点、背靠背、多端柔性直流输电工程的示范应用，走出了一条自主创新道路。“十四五”期间，我们团队聚焦新型电力系统构建新需求，持续探索创新，首创“半桥+直流断路器”的柔性直流输电技术，攻克了直流电网灵活调控、宽频振荡抑制、故障快速切除等技术挑战，建成全球首个张北±500千伏柔性直流电网工程，实现了爱迪生100多年前期待的直流组网能力。目前，该技术和装备已应用到国内多个重大工程，并出口到中东等国家和地区。2022年，成功中标德国北海海上风电工程，实现了高端电力装备首次进入西方发达国家。

  目前，智能电网重大专项正处于有序实施阶段，随着大规模可再生能源并网调控、大电网柔性互联、电网基础支撑技术等重点任务的统筹部署，智能电网技术的系统性升级与国产化进程有望持续加速，为新型电力系统构建提供重要技术支撑。

  国家战略科技力量不断强化，新型举国体制优势逐步发挥

  经过多年努力，我国能源科技创新水平已大幅提升，但研究分散化、同质化、碎片化等问题尚未根本解决，科技创新内生动力不强、部分关键核心技术受制于人的现象依然存在。急需充分发挥能源领域国家战略科技力量作用，发挥新型举国体制优势，创新科研体制机制，提升创新体系整体效能。

  “十四五”以来，围绕国家能源重大需求和重点方向，组建能源领域国家实验室，重组能源领域全国重点实验室，成立能源领域国家实验室体系创新联盟，持续强化国家战略科技力量。以国家实验室为抓手，探索任务制科研攻关模式，坚持国家战略导向，汇集全国优势力量，开展“大兵团”有组织科研新范式。

  以我们怀柔实验室灵活燃煤发电团队为例。基于我国富煤少气的能源资源禀赋，团队聚焦灵活燃煤发电这一战略需求，让煤电逼近灵活气电特性，支撑我国波动性新能源大规模消纳。团队组建三年以来，践行新型举国体制，得到了部委、地方、企业、高校等全方位支持，共同打造国家战略科技力量。

  中央统筹部署、地方共谋发展。支持怀柔实验室参与煤炭重大专项，承担灵活燃煤发电相关的科研任务攻关。内蒙古自治区政府与实验室签订战略合作协议，推动灵活燃煤发电成果在内蒙古自治区内推广应用。

  部委倾力支持、央企共担使命。国家能源局搭建了首台（套）申报绿色通道，300MW级灵活燃煤机组入选2022年第三批能源领域首台（套）重大技术装备，加速示范工程落地。哈电集团、东方电气等装备制造单位深度参与，国家能源集团、国家电投等业主单位积极提供工程示范机会，推动创新要素向国家任务集聚。

  各类创新主体深度合作、协同攻关。该团队由刘吉臻院士领衔，涵盖设计（华北设计院等）、科研（华北电力大学等）、制造（哈电集团三大主机厂等）、调试（西安热工院等）等10余家单位近100人的产学研融合团队，着力打造了一支“跨领域、跨单位、跨学科”的有组织科研队伍。

  目前，我们实验室的灵活燃煤发电团队面向重大场景，通过产学研实质性融合、创新链与产业链深度协同，推动了灵活燃煤发电技术的三级跃升：首先，从设计和制造的源头出发，研制出300MW级新型燃煤发电机组，已在廊坊热电厂示范，调峰容量、调峰速率等核心指标国际领先。随后，依托煤炭重大专项项目，计划研制600MW级新一代超灵活燃煤发电机组，在三峡若羌基地、蒙能集团、华能集团等4个工程示范应用。接着，率先探索1000MW机组灵活性机组技术路线，联合国家电投推动示范应用，为大规模新能源消纳与电网安全稳定提供重要保证。

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