作者：国家自然科学基金委员会，中国科学院
页数：580
出版社：科学出版社
出版日期：2023
ISBN：9787030752376
电子书格式：pdf/epub/txt
内容简介
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。
目录
总序/i
前言/vii
摘要/xi
Abstract/xix
第一章 能源科学技术现状与发展战略/1
第一节 全人类共同的挑战/1
一、能源与环境的挑战/1
二、发展与减排之间的不平衡/5
三、能源可持续供应形势严峻/7
四、化石能源依赖严重、多元供应体系不完善/9
五、电力系统安全稳定运行面临新挑战/10
六、提高能源利用效率是各国一致的选择/14
第二节 世界能源技术发展现状与趋势/18
一、能源结构与能源利用技术向低碳和近零排放演化/18
二、提高能效在能源科学技术发展中地位凸显/23
三、电能存储与输配电技术发展迅速/25
四、CCUS 是化石能源低碳利用的关键技术/28
五、主要行业碳减排技术成为新重点/31
六、能源科技投入近年来持续增加/36
第三节 我国能源科学技术现状与基础/39
一、化石能源领域/39
二、可再生能源与新能源领域/41
三、能量转换中的动力装置与热能利用/42
四、电能领域/43
五、氢能领域/44
六、气候变化领域/44
七、储能领域/45
第四节 能源科学发展思路/46
一、能源科学的学科领域/46
二、指导思想与发展目标/47
三、能源科学发展重点的遴选原则/50
本章参考文献/51
第二章 化石能源/57
第一节 煤炭清洁低碳高效利用/57
一、基本范畴、内涵和战略地位/58
二、发展规律与发展态势/59
三、发展现状与研究前沿/61
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/63
第二节 清洁石油化工与能源转化利用/66
一、基本范畴、内涵和战略地位/66
二、发展规律与发展态势/67
三、发展现状与研究前沿/69
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/72
第三节 燃油动力节约与洁净转换/73
一、基本范畴、内涵和战略地位/73
二、发展规律与发展态势/74
三、发展现状与研究前沿/75
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/78
第四节 天然气化工与能源利用/79
一、基本范畴、内涵和战略地位/80
二、发展规律与发展态势/80
三、发展现状与研究前沿/82
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/85
第五节 非常规油气/86
一、基本范畴、内涵和战略地位/86
二、发展规律与发展态势/88
三、发展现状与研究前沿/89
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/91
本章参考文献/92
第三章 可再生能源与新能源/95
第一节 太阳能/96
一、基本范畴、内涵和战略地位/96
二、发展规律与发展态势/96
三、发展现状与研究前沿/97
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/99
第二节 风能/101
一、基本范畴、内涵和战略地位/101
二、发展规律与发展态势/102
三、发展现状与研究前沿/103
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/104
第三节 生物质能/106
一、基本范畴、内涵和战略地位/106
二、发展规律与发展态势/106
三、发展现状与研究前沿/107
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/110
第四节 水能/112
一、基本范畴、内涵和战略地位/112
二、发展规律与发展态势/112
三、发展现状与研究前沿/114
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/115
第五节 海洋能/117
一、基本范畴、内涵和战略地位/117
二、发展规律与发展态势/118
三、发展现状与研究前沿/119
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/121
第六节 地热能/123
一、基本范畴、内涵和战略地位/123
二、发展规律与发展态势/124
三、发展现状与研究前沿/125
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/126
第七节 核能/128
一、基本范畴、内涵和战略地位/128
二、发展规律与发展态势/129
三、发展现状与研究前沿/130
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/131
第八节 天然气水合物/132
一、基本范畴、内涵和战略地位/132
二、发展规律与发展态势/133
三、发展现状与研究前沿/134
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/135
第九节 空气热能及热泵技术利用/137
一、基本范畴、内涵和战略地位/137
二、发展规律与发展态势/138
三、发展现状与研究前沿/139
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/140
本章参考文献/141
第四章 智能电网/144
第一节 大规模可再生能源发电与组网/144
一、基本范畴、内涵和战略地位/144
二、发展规律与发展态势/146
三、发展现状与研究前沿/151
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/153
第二节 新型输变电技术/154
一、基本范畴、内涵和战略地位/154
二、发展规律与发展态势/155
三、发展现状与研究前沿/156
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/157
第三节 智能配用电技术/157
一、基本范畴、内涵和战略地位/157
二、发展规律与发展态势/158
三、发展现状与研究前沿/160
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/162
第四节 高比例可再生能源电力系统运行与控制/165
一、基本范畴、内涵和战略地位/165
二、发展规律与发展态势/166
三、发展现状与研究前沿/167
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/169
第五节 智能电网新技术/174
一、基本范畴、内涵和战略地位/174
二、发展规律与发展态势/176
三、发展现状与研究前沿/177
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/179
本章参考文献/180
第五章 综合能源系统/182
第一节 基本范畴、内涵与战略定位/182
一、综合能源系统为可再生能源消纳提供了新的灵活性/184
二、综合能源系统是提高社会综合能效水平的重要途径/185
三、综合能源系统有利于提高供能系统的整体安全性/185
四、综合能源系统将为国民经济发展注入新动能/185
第二节 发展规律与发展态势/186
一、不同空间尺度形态演化/186
二、跨领域形态演化/191
第三节 发展现状与研究前沿/195
一、综合能源系统建模与仿真/195
二、综合能源系统规划/201
三、综合能源系统运行/205
四、综合能源系统市场体系与商业模式/211
第四节 关键科学问题、关键技术问题与发展方向/216
一、综合能源系统建模与仿真/216
二、综合能源系统规划/217
三、综合能源系统运行/219
四、综合能源系统市场体系与商业模式/221
本章参考文献/223
第六章 能量转换中的动力装置与热能利用/225
第一节 航空发动机/225
一、基本范畴、内涵和战略地位/225
二、发展规律与发展态势/226
三、发展现状与研究前沿/226
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/227
第二节 燃气轮机/229
一、基本范畴、内涵和战略地位/229
二、发展规律与发展态势/229
三、发展现状与研究前沿/230
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/232
第三节 汽轮机/234
一、基本范畴、内涵和战略地位/234
二、发展规律与发展态势/234
三、发展现状与研究前沿/235
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/237
第四节 内燃机/238
一、基本范畴、内涵和战略地位/238
二、发展规律与发展态势/239
三、发展现状与研究前沿/240
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/241
第五节 流体机械/243
一、基本范畴、内涵和战略地位/243
二、发展规律与发展态势/243
三、发展现状与研究前沿/244
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/245
第六节 新型能源动力/247
一、基本范畴、内涵和战略地位/247
二、发展规律与发展态势/247
三、发展现状与研究前沿/248
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/250
第七节 空调制冷/251
一、基本范畴、内涵和战略地位/251
二、发展规律与发展态势/251
三、发展现状与研究前沿/253
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/254
第八节 热泵/255
一、基本范畴、内涵和战略地位/255
二、发展规律与发展态势/256
三、发展现状与研究前沿/257
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/258
本章参考文献/259
第七章 电力装备/262
第一节 先进电工材料（含环保材料）/262
一、基本范畴、内涵和战略地位/263
二、发展规律与发展态势/265
三、发展现状与研究前沿/268
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/272
第二节 电力装备多物理场特性及计算方法/275
一、基本范畴、内涵和战略地位/275
二、发展规律与发展态势/277
三、发展现状与研究前沿/278
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/280
第三节 输变电装备运行态势感知/282
一、基本范畴、内涵和战略地位/283
二、发展规律与发展态势/284
三、发展现状与研究前沿/286
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/288
第四节 先进输变电装备/291
一、基本范畴、内涵和战略地位/291
二、发展规律与发展态势/292
三、发展现状与研究前沿/294
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/299
第五节 超导电力装备/302
一、基本范畴、内涵和战略地位/302
二、发展规律与发展态势/303
三、发展现状与研究前沿/304
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/306
第六节 电力电子器件及装备/309
一、基本范畴、内涵和战略地位/309
二、发展规律与发展态势/310
三、发展现状与研究前沿/314
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/316
第七节 电机及系统/319
一、基本范畴、内涵和战略地位/319
二、发展规律与发展态势/320
三、发展现状与研究前沿/324
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/326
本章参考文献/327
第八章 储能装备及系统/334
第一节 机械储能/334
一、基本范畴、内涵和战略地位/334
二、发展规律与发展态势/336
三、发展现状与研究前沿/338
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/341
第二节 热能储存/344
一、基本范畴、内涵和战略地位/344
二、发展规律与发展态势/344
三、发展现状与研究前沿/345
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/348
第三节 电化学储能/350
一、基本范畴、内涵和战略地位/350
二、发展规律与发展态势/351
三、发展现状与研究前沿/352
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/356
第四节 超级电容器储能/358
一、基本范畴、内涵和战略地位/358
二、发展规律与发展态势/359
三、发展现状与研究前沿/359
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/360
第五节 其他储能技术/361
一、基本范畴、内涵和战略地位/361
二、发展规律与发展态势/362
三、发展现状与研究前沿/362
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/363
本章参考文献/364
第九章 氢能的生产、储运及利用/367
第一节 氢能的生产/367
一、基本范畴、内涵和战略地位/367
二、发展规律与发展态势/368
三、发展现状与研究前沿/370
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/375
第二节 氢能的储运/378
一、基本范畴、内涵和战略地位/378
二、发展规律与发展态势/379
三、发展现状与研究前沿/381
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/385
第三节 氢能的利用/386
一、基本范畴、内涵和战略地位/386
二、发展规律与发展态势/386
三、发展现状与研究趋势/389
四、关键科学问题、关键技术问题与发展方向/392
本章参考文献/393
第十章 终端用能及节能/395
第一节 终端用能技术发展概述/395
第二节 工业领域的节能减排/400
一、基本范畴、内涵和战略地位/400
二、发展规
节选
第一章能源科学技术现状与发展战略 第一节 全人类共同的挑战 能源是国民经济的支柱产业，也是经济持续稳定发展和人民生活改善的保障。进入21世纪以来，经济社会飞速发展，科技创新日新月异，支撑经济社会可持续发展的能源资源及其利用方式遇到了前所未有的挑战。充分运用以基础性、前瞻性、交叉性为核心的多角度研究方法，深入探索能源利用规律，研究能源利用新方法和新技术，对实现我国能源资源开发和利用的跨越式与可持续发展具有重要意义。 一、能源与环境的挑战 （一）人类面临化石能源枯竭的巨大挑战 21世纪以来，全球能源格局发生重大变化。一方面，可再生能源产业高速发展；另一方面，油气资源仍然是全球能源市场的主体。根据英国石油公司（British Petroleum，BP）统计（BP Global，2021），受新冠疫情影响，2020年一次能源消费总量减少4.5%，创1945年以来的最大年度降幅。在能源消费种类方面，在2020年，石油仍占据31%的最大能源结构份额，煤炭占27%的份额，天然气和水电的份额分别上升至25%和7%，除水电外其他可再生能源的份额升至6%，如图1-1所示。由此可预见，在未来相当长一段时间内，全球仍不能摆脱对化石能源的依赖。 截至2020年底，全球已探明石油、天然气和煤炭储量分别为17320亿Bbla、188.1万亿m3和10740亿t。根据全球储量/产量（R/P）计算，2020年，石油、天然气、煤炭探明储量可供开采53.7年、48.8年和141年（图1-2）。2000～2020年，以中东为代表的高油气储量地区储量/产量呈现逐年减小的趋势，全球面临的资源枯竭难题迫切要求寻找替代能源及开发高效节能技术。 （二）能源消耗引发日益严峻的环境问题 化石能源开采、储运、利用过程中产生的大量SO2、NOx、烟尘等污染物是环境污染的主要原因。据美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）地球系统数据记录（Greenpeace，2020），2019年全球煤炭、油气、冶金等主要工业部门共计向大气排放近3000万tSO2。化石燃料的燃烧使用，与SO2污染严重程度密切相关。NOx对陆地、河流和海洋生态系统以及臭氧层均有较大影响，也是PM2.5的主要来源（张玉卓等，2015）。随着排放颗粒物的持续增加，雾霾频率显著增加，严重威胁人类的健康。国际非政府组织（non-governmental organization，NGO）全球碳计划（GlobalCarbon Project，GCP）发布的报告表明（Friedlingstein et al.，2020），2020年全球化石燃料使用以及工业活动产生的CO2排放量约341亿t，受新冠疫情影响，排放量同比下降约6.7%。大量温室气体排放引发了一系列全球气候变化问题，如近几十年频发的厄尔尼诺和拉尼娜等现象。温室效应日趋严重，2016年《巴黎协定》提出，21世纪全球平均气温上升幅度应控制在2℃以内。然而，联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）发布的第六次评估报告（AR6）的第一工作组报告表明（IPCC，2021），1850～2020年由于人类活动的影响，全球地表平均温度提升了1℃以上，实现温室气体排放控制目标存在巨大压力（图1-3）。 二、发展与减排之间的不平衡 从历史来看，工业化的每一个阶段都离不开对能源的利用和开发。维持经济的稳定增长就必须消耗一定规模的能源，同时也会以牺牲一定的环境为代价。 （一）经济发展与节能之间的不平衡 发达国家工业化过程中经济发展与能源消费存在普遍规律：①工业化过程中，无论是GDP还是人均GDP的增长，与总能源消费以及人均能耗增长呈近似线性关系。②能源消费强度（单位GDP能源消费量）与工业化进程密切相关。 进入21世纪以来，我国已进入了工业化前中期的关键发展阶段，根据国家统计局、国家发展和改革委员会发布的数据，2018年、2019年和2020年我国能源消费弹性系数（能源消费增长速度与经济增长速度之比）分别为0.49、0.54和0.96（国家统计局，2021）。这表明，在工业化阶段重工业快速发展时期，我国对能源的依赖程度逐步加大（国家统计局，2019a，2019b），我国经济发展与节能之间的矛盾日益严重，如图1-4所示。 （二）社会发展与减排之间的不平衡 国际经验表明，一个国家的能源消费和温室气体排放，在不同发展阶段的强度是不同的。在实现工业化的过程中，排放强度是增加趋势，实现工业化以后排放就开始减少。发达国家在过去的一二百年里已经实现了工业化，排放了大量的CO2，发展中国家正处在社会和经济发展的快速上升阶段，相应消耗的能源也较多，排放强度也会有所增加。在经济全球化和国际产业分工日益深化的大背景下，产业链低端的发展中国家往往生产和出口大量高耗能和高排放产品。因此，发展中国家的发展需要消耗价廉易得的高密度能源，从而导致发展与减排之间存在严重不平衡。 （三）我国面临巨大减排压力 我国的基本国情决定了我国在应对气候变化，减少包括CO2在内的污染物和温室气体排放进程中面临巨大的挑战。中国作为世界上最大的发展中国家，伴随着我国经济总量的迅速增长，能源消费和碳排放量也呈现了较大幅度的增长。2020年，全球新冠疫情暴发，世界各国的经济均遭受不同程度的打击，高碳工业发展或多或少受到影响。然而，2020年，我国碳排放量达到98.99亿t，
