中国社会科学院大学(研究生院)国际能源安全研究中心与社会科学文献出版社日前发布的《世界能源蓝皮书：世界能源发展报告(2024)》显示，2023年，中国可再生能源新增㊣装机3.7亿千瓦，占全国新增发电装机容量的82.7%，继续保持电力新增装机的主力军地位。
然而，可再生能源装机容量上去了，消费比例还没有完全跟上。“从能源消费的比例㊣看，可再生能源的消费只占总量的19%左右。”在近日召开的香山科学会议第771次学术讨论会上，中国工程院院士、中国科学院大连化学物理研究所所长刘中民说，要缩小装机容量与消费比例之间的差距，关键在于通过解决关键科技问题推动能源结构调㊣整。
中国工程院院士、苏州实验室主任徐南平认为，通过低碳、零碳、负碳㊣关键材料与技术创新，构建绿色能源与工业体系、优化产业结构，才能摆脱经济发展对含碳资源的依赖。
可再生能源具有间歇性、波动性和季节性等特性，“时有时无”的不稳定性降低了其利用率。储能技术就像“能量银行”，在发电多时将电力储存起来，发电少或者需✅要用电时再释放出来。推动储能技术不断发展，是提高可再生能源消费比例的关键途径。
刘中民认为，我国在短时高频、中短时长储能方面已有明确的解决方案，但在安全性和成本方面仍有改进空间。
当前，锂离子电池、铅酸电池等㊣技术已经较为成熟，但储能成㊣本较高，导致可再生能源发电成本大幅提升。在长时低频储能领域，传统的抽水储能方式只能满足大规模储能的部分要求。而氢能、甲醇等化学储能具有物质和能量的双重属性，可以为长时储能提供一种可行路径。刘中民说，将可再生能源发出的电力储存在氢能中，不仅能满足生产供能的需求，还能作为原料使用。
与会专家认为，利用可再生能源制取的绿氢能实现全过程无碳化卤料包怎么用，将成为难脱碳行业实现低碳与零碳发展的重要媒介。例如，在煤制烯烃过程中，使用绿氢可减少70%的碳排放，副产物氧气还能用于其他工艺流程。然而，氢能的产生、利用、储存是㊣一个系统工程，目前成本仍然较高。未来，氢能发展和应用需要相关政策引导和关键核心技术的突破。
此外，液流电池等其他电化学储能✅方式也㊣值得关注。液流电池的原理就像用水壶烧水一样，不过液流电池里“烧”的不是水，而是两种特㊣殊的液体——正极液和负极液。这两种液体被分开存放在电池外的罐子里，需要用电时，它们在泵的作用下流入电池，发生电化学反应，把化学能转化成电能。不需要用电时，电池又可以把电能㊣转化成化学能，储存回这两种液体里。中国科学院大连化学物理研究所相关团队在锌溴液流电池㊣研究方面取得积极进展，解决了传统电池在低温条件下易发生相变、运行可靠性降低等问题，让电池变得更“耐寒”，能在更广泛条件下工作。
与会专家认为，提高可再生能源利用率的发力点可归纳为“三高一低”：提高转换㊣效率、提高供给质量、提高替代比例、降低应用成本。材料革新有望同时达到以上目标。
“材料的突破有望引发重大装备升级和行业产业变革。”在徐南平看㊣来，为突破现有技术瓶颈，应关注钙钛矿光伏材料、电解质膜材料和固态电解质㊣材料等，解决✅钙钛㊣矿及叠层光伏电池、液流电池和固态电池技术中关键材㊣料性能不高、耐久性不㊣足等问题，为实现能源系统低碳转型提供材料物质基础。
例如，得益㊣于发电材料的突破，钙钛矿光伏的光电转化效率得到大幅提升。然而，当前钙钛矿材料在长期稳定性和环境耐受性方面还存在不足，服役寿㊣命短，而且钙钛矿光伏组件大面积制备工艺均匀性还不够好，这些问题制约了㊣其工业化应用。徐南平说，如果能开发出更加稳定的钙钛矿材料，将有望突破光伏发电效率提升的瓶颈。
推动绿氢广泛应用的关键也在于核心材料的突破。当前商业上广泛应用的方法是碱性电解水制氢，但这种方法制取的氢气纯度低、能量效率不✅高。质子交换膜电解水制氢技术虽然先进，但需要贵㊣金属，成本较高。相比之下，固态电解槽电解水制氢技术具有电解效率高等优势，可利用固体氧化物作为电解质，有效电解水或其他化合物，实现电能的转化和存储。
“固态电解槽电解水制氢㊣的电解效率可达90%以上，但电堆材料在高温操作时稳定性差，导致寿命不足。”徐南平说，将反应温度从800摄氏度以上降到450至600摄氏度的中低温范围，是加速固态电解槽电解水制氢产业化的必经之路。
通过㊣材料创新，苏州实验室㊣开发出固体氧化物电解质和低温氧电极，能使固态电解槽在650摄氏度以下完成电解水工作，目前已实现5万小时使用寿命的突破。相关生产线和测试平台等建设正在加紧推进。
技术创新在提升可再生能源利用率方面发挥着多重作用。一方面，通过材料、储能等领域的技术突破，可再生能源能够提供更高效、更稳定的电力；另一方面，技术创新可以增强传统能源的灵活性，使其具备与可再生能源“此消彼长”的互补调节能力，共同维护电网的稳定运行。
中国工程院院士汤广福预测，风光新能源在保持高增速的前提下，仍有5倍左右发展空间，并将逐步㊣成为主力电源。为顺应这一变化，现有电网应进行系统性重构、结构性重塑。
“我们提出让煤电具备气电的特性。”汤广福解释，燃煤发电机组频繁启停存在安全隐患。气电则不同，它启动速度快，从冷态启动到满负载仅需几十秒钟，能够快速响应电㊣力需求。
煤电灵活性改造旨在提升煤电的调峰、调频能力，使其更好适应新✅能✅源的随机性和波动性。汤广福说，攻克灵活燃煤技术，可以让煤电接近㊣气电特性，实现新能源的规模化置换。灵活柔性的燃煤发电技术能确保波动性新能源“用得稳”。
国家能源局发布的《新型电力系统发展蓝皮书》也提出，柔性灵活是构建新型电力系统的重要支撑。新型电力系统中，不同类型机组的灵活发电技术、不同时间尺度与规模的灵活储能技术、柔直流等新型输电技术广泛应用，骨干网架柔性灵✅活程度更高，支撑高比例新能源接入系统和外送消纳。
此外，人工智能赋能的新型电力系统将确保高比例新能源“并得上”。汤广福解释，建立新型电力系统的构建、运行与控制理论新体系，突破装备核心器件、基础材料和关键软件✅等技术，可进一步提升电网柔性传输及系统调控能力。
“未来的能源系统，应该是低碳化、智能化、骨干网与分布式能源相结合的系统。”刘中民说，要用新思维审视旧流程，借助人工智能，有望加速形成更合理的✅能✅源结构。(科技日报 记者 张佳星)
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