能源科学技术创新问题探讨及建议

  能源科学技术创新作为能源高水平发展的内在动力，是驱动能源绿色化、低碳化、数字化和智能化转型，建设新型能源体系，实现碳达峰碳中和目标的主要支撑。经过“十二五”“十三五”二个五年规划期的发展，中国初步建立了“四位一体”的能源科学技术创新体系，在一些技术和装备创新方面取得了重要阶段性进展。但仍存在能源创新投入水平低于全国中等水准与美国等科技强国、关键核心技术上仍存在“卡脖子”，能源数字化转型有待加强等问题。建议通过形成创新驱动能源高水平发展的动态机制、完善能源领域自主创新体系建设和强化能源行业数字化转型，逐步提升能源科学技术创新驱动力。

  中国建设银行研究院课题“东北地区金融支持产业体系调整升级研究”；国家社科基金项目“新型能源体系建设中的煤炭战略功能定位与测算”；中国社会科学院青年学者资助项目“‘双碳’目标下的能源转型与能源安全研究”（项目号：XQ2023003）；中国社会科学院创新工程建设项目“‘十五五’国家能源发展的策略研究”；中国社会科学院产业与区域发展研究智库项目“协同推进降碳减污扩绿增长面临的主要挑战”（编号：GJSZKB202307）。

  科技革命是工业革命的驱动力，在新一代技术创新的引领下，全球已确定进入第四次科技革命驱动的产业变革时代。从基于牛顿力学的蒸汽技术创新到基于电磁力学的电力技术创新，再到基于量子力学的信息技术创新，进而到基于思维力学的智能技术创新，科学技术创新的范式也随之从果实类创新逐渐向组合式创新转型。从通用技术创新到突破性技术创新的范式转变，也给不一样的行业发展带来了不同的转型升级机遇。总体而言，第四次科技革命驱动下的产业高质量发展更趋绿色化、低碳化、数字化和智能化。

  能源作为基础产业，在第四次科技革命的驱动下也要加速推进绿色化、低碳化、数字化和智能化转型。特别对要实现现代化强国建设的中国，首先要实现能源创新驱动的能源行业的高水平质量的发展。能源科学技术创新是能源高水平发展的内在动力，是驱动能源绿色化、低碳化、数字化和智能化转型，建设新型能源体系，实现碳达峰碳中和目标的主要支撑[1]。在全球气候平均状态随时间的变化背景下，推进绿色低碳数字技术创新和建设以可再次生产的能源为主体的新型能源体系，已慢慢的变成为全球能源发展的共同趋势，可再次生产的能源发电、先进核能、氢能、先进储能等颠覆性技术正在加速新一轮能源技术革命。在此背景下，中国能源科学技术创新要基于“以煤为主”的能源资源禀赋特点，从“四个革命，一个合作”的能源新战略安全的高度，聚焦零碳能源关键技术体系、低碳产业转型关键技术体系和负排放关键技术体系三个维度，加速低碳技术创新、新能源技术创新、绿色技术创新、数字技术创新等能源领域内的技术创新，形成科学技术创新驱动能源高水平发展的动态机制。

  能源高水平质量的发展框架下的能源科学技术创新是指：能源系统在基于“以煤为主”的生产和消费格局下，通过煤炭、油气、可再次生产的能源等能源细分行业的全产业链技术创新，以及不同能源品种之间的转化、调度和互补模式创新，推动能源转型，以加强能源发展在绿色化、低碳化、数字化、智能化等方面的转型升级，形成支撑能源高水平发展的内生动力。在零碳能源关键技术体系方面，最重要的包含传统能源系统的低碳排放技术创新和新型能源体系的技术创新，一般指煤炭和油气等碳基化石能源高效催化转化技术，如煤炭分级分质转化利用技术，先进高效灵活多源智能低排放燃烧发电技术，先进核能、可再次生产的能源、氢能、储能等为代表的碳零排关键技术，多能融合能源系统创新等；在低碳产业转型关键技术体系方面，最重要的包含燃料替代、工艺技术创新、CCUS、电气化等技术在行业中的应用，一般指钢铁等高耗能行业中可再生电力、氢、生物质能等清洁燃料对煤炭等化石能源的替代，制氢结合CCUS工艺创新，交通部门电气化转型等；在负排放关键技术体系方面，最重要的包含CCUS、直接空气碳捕集和碳回收循环利用等技术创新，一般是指化石能源排放末端治理的CCUS技术、交通行业的碳吸附剂技术和二氧化碳资源化利用技术等。

  经过了“十二五”和“十三五”二个五年规划期的发展，我国已经初步建立了包括重大研发技术、重大装备研制、重大示范工程、科学技术创新平台等“四位一体”的能源科学技术创新体系，在一些技术和装备创新方面取得了重要的阶段性进展。但是仍存在一些明显问题，如能源创新投入水平低于全国中等水准及美国等科技强国、关键核心技术仍存在“卡脖子”问题、能源数字化转型有待加强等。

  一是能源创新投入经费一直增长，但投入强度仍低于全国中等水准。2019年、2020年和2021年我国研究与试验发展经费投入强度分别为2.24%、2.41%和2.44%，呈现出逐年持续增长的态势，分行业规模以上工业公司研究与试验发展经费投入强度为1.41%，而煤炭开采和洗选业、石油和天然气开采业的研发投入强度分别为0.58%和1.20%，均低于全国中等水准。从国有经济能源工业分行业固定资产投资构成（2020年）来看，电力、热力生产和供应业占比较高，达到81.2%，别的行业占比均较少，煤炭开采和洗选业、石油和天然气开采业、石油、煤炭及其他燃料加工业、燃气生产和供应业分别为5%、8.2%、2%和3.6%，可见，国有能源企业的研发投入较少，投入强度偏低。从行业分规模以上工业公司产品和工艺创新情况（2021年）来看，采矿业的产品或工艺创新公司数在规模以上公司数的占比均小于全国中等水准，特别是煤炭开采和洗选业，仅占21.3%，产品创新和工艺创新分别仅为2.2%和15.7%，不仅低于采矿业中等水准，更远低于全国中等水准。二是能源细分行业研发投入强度与世界能源科技强国相比偏低。与全球主要科技强国相比，我们国家科技投入强度远低于美国（3.45%）、日本（3.27%）、德国（3.13%）、瑞典（3.49%）、比利时（3.38%）和韩国（4.81%）。与美国、德国等世界能源科技强国相比，我国能源科学技术创新不仅在能源技术装备上存在很明显短板，而且在能源绿色低碳技术发展方面支撑不足，重大能源科学技术创新产学研“散而不强”，且公共服务机制方面发展滞后，还存在很明显差距。

  一是能源创新产出水平大幅度提高，一些技术或设备实现了国产化替代。在煤炭行业，自主创造新兴事物的能力大幅度的提高，主要煤机装备、大型粉煤气化技术、煤炭间接液化、超超临界二次再热机组等均已实现了国产化。在油气行业，千万吨级炼油工程和液化天然气（LNG）项目成套设备、电驱和燃驱压缩机组与50MW燃气轮机等核心装备和材料已实现自主化生产。在新能源行业，风电、光伏技术总体居于国际领先，水电工程建设能力和百万千瓦级水电机组成套设计制造能力全球领先，输电技术全面自主可控。具有自主产权的百万千瓦级三代核电技术，自主研发的四代核电技术已商业化示范投产。二是能源关键核心领域存在“卡脖子”技术问题，能源转型的技术创新方面仍存在系列挑战。如：在煤炭行业，智能化无人开采在关键核心技术方面有瓶颈[2]，目前国内的自动化控制与生产指挥系统严重依赖德国。煤炭节能节水、提效降本的关键技术装备，火电灵活燃烧发电、整体煤气化联合发电（IGCC）、反应器与燃烧器的自主研发等技术亟须突破。在油气行业，精细勘探技术、深海油气工程技术、超高温井下工具、高性能智能导钻技术、油气储层精准改造技术和地质工程一体化决策技术等仍存在“卡脖子”问题。在新能源行业，光伏在跟踪支架、光伏电池低温银浆、光伏背板薄膜、逆变器和接线盒的芯片、光伏EVA胶膜等方面仍存在“天花板”；风电在叶片的夹芯材料、IGBT（电力电器件）以及各类轴承部件上也有其问题。三是能源自主创新体系建设还不能支撑“能源高水平发展”“能源独立”“能源强国”。尽管目前我国已初步建立了“四位一体”的能源科学技术创新体系，但在能源各细分行业中仍存在系列“卡脖子”技术问题，能源自主创新体系建设仍处于初级阶段，尚不具有支撑能源实现高水平发展的科学技术创新能力，更不具有实现能源独立和能源强国目标的科学技术创新服务能力。

  首先，能源领域数字化基础设施建设有序推进，在区域和细分行业领域存在分化。随着新一代信息技术的快速发展与创新，能源行业已开启了数字化转型的征程，但在区域和细分行业上存在很明显差异。数字化的经济布局较早的地区，更加有助于能源数字基础设施建设；在能源细分行业中，煤炭数字化转型相对别的行业先行，已经在智能化综采平台、智慧煤矿等方面取得了一些进展。其次，能源技术与数字技术的耦合程度有待提升。能源数字化转型要解决能源技术与数字技术的协调融合，即两者在技术场景上要相互兼容，在技术融合保障能源安全的基础上，才能提升能源生产、调运、输配及管理的效率，及降低经济活动的碳排放强度和总量[3]。目前，数字技术与能源技术的融合技术水平仍达不到能源数字化转型的需求，数字技术仍不能在较复杂的能源生产环境中发挥作用，能源技术的数字化管理也需要更大的提升。三是能源数字化转型存在数据风险等新问题，是影响能源安全的新风险。一方面，能源行业自身的发展存在运营、战略和应急三大风险，在能源行业数字化转型中，这些风险会促进放大，形成能源安全的新挑战；另一方面，ICT等数字技术与能源技术融合中所形成的新风险，将影响能源行业数字化转型。ICT等数字技术和能源技术均在关键核心领域技术上有瓶颈问题，会影响数据采集和集成的效果，只有双方技术均实现突破，才能成功实现数据的传输与联动；数字化互联后，企业的知识产权、商业机密等敏感数据的暴露风险较高，要增加一定规模的数据安全投资来进行专门的保护，进而会增加企业成本，且一旦受到攻击，将给能源行业安全生产和数字化生态构建带来较大冲击[2]。

  党的二十大报告提出“加快规划建设新型能源体系，确保能源安全”，实现能源高水平质量的发展是我们国家的经济社会高水平发展的基础。为此，需加大能源科学技术创新研发投入，形成创新驱动能源高水平发展的动态机制；以攻坚突破关键核心“卡脖子”技术为核心，完善能源领域自主创新体系建设；推动数字技术与能源产业的深层次地融合，强化能源行业数字化转型。抢抓第四次科技革命驱动的产业变革时代带来的机遇，强化能源科学技术创新驱动能源高水平发展的支撑作用，进而提升能源为我们国家现代化服务的综合能力。

  一是，要全面加大各细分能源品种生产上的企业科学技术创新研发投入，提升细分能源品种的供给质量与效率。全面加大煤炭、油气、新能源生产上的企业科学技术创新研发经费投入规模与强度，在煤炭增加先进产能、油气增储上产、新能源消纳等能源生产方面着力，加快提升能源供给的质量与效率[4]。二是，各省（自治区、直辖市）要逐渐强化各细分能源品种转型替代的科学技术创新研发投入，促进能源行业绿色化、低碳化、数字化、智能化、高端化、服务化发展。结合碳达峰碳中和目标的实施，逐渐强化能源转型上的科学技术创新研发投入，在煤炭清洁低碳高效利用[5]、高比例可再次生产的能源和高比例电力电子设备电网、新型核电、氢能、储能等方面加大研发投入，促进能源低碳转型和工业通过工艺创新实现节能降碳。同时，在新一代信息技术等新技术的发展方面，强化能源产业与数字新技术融合发展的研发投入，促进能源行业数字化和智能化转型。另外，重视各细分能源行业的颠覆性技术的研发创新投入，促进能源产业链向高端环节攀升，提升能源行业的综合服务能力。三是，国家层面要重视能源系统协调运作的科学技术创新研发投入，形成创新驱动能源高水平发展的良性机制。能源系统存在品种和区域的多种差异，需要系统的统筹和调度才能实现平衡，确保能源系统的整体安全和发展质量[6，7]。因此，要重视能源系统协调运作上的科学技术研发投入，通过系统优化和协调，形成多能源、多技术、源网荷储灵活互动的良性发展机制[8]。

  （二）以攻坚突破关键核心“卡脖子”技术为核心，完善能源领域自主创新体系建设

  首先，以各细分能源行业中关键“卡脖子”技术为主要攻坚对象，实现能源技术的自主可控。经济社会全面的高水平发展需要安全稳定且高质量的能源供应为保障。目前能源的科技攻坚应该优先在各细分能源品种的生产环节，集中于生产技术和设备的自主创新，充分保障工业化、城镇化和现代化进程进一步推进的能源需求。同时，在化石能源清洁低碳高效利用以及新能源发展上，集中于节能、降碳、光伏电池薄膜、芯片等方面的关键技术攻坚，努力实现能源技术的自主可控。其次，要加强能源领域自主创新体系建设，在“能源独立”上具有竞争力。能源系统是一个较为复杂的体系，不仅包括生产、运输、配送、消费、回收利用等环节，而且包括煤炭、油气、核能、风能、太阳能、氢能、水能等多种能源细分行业[9]。能源系统要实现优化，不仅需要统筹所有的环节，并且还有兼顾各个细分行业之间的协调运作。现阶段，各企业能源发展不仅要实现自身的高水平质量的发展，还要依照国家“双碳”战略调整进行转型发展，如在生态文明体系建设、碳达峰碳中和目标、创新驱动、数字化的经济等战略引导下，能源企业、行业要实现清洁化、低碳化、数字化、智能化转型发展，不能离开能源技术及相关耦合技术的创新支撑[10]。因此，要加强能源领域自主创新体系建设，通过技术自主可控来实现产业链自主可控，从可控到领先，以具备能源行业发展的国际竞争力。

  一是，要加强能源领域的数字基础设施建设，促进能源基础设施数字化转型先行。数字基础设施是数字化转型的重要基础和前提，只有在能源领域相关场景中建设好数字基础设施，才可能正真的保证能源数据要素安全存储和安全运行。做好能源数字化，首当其冲要促进电力系统数字化转型，通过建设能源电力新基建，实现信息与能源电力在基础设施上深层次地融合。如以信息化和数字化技术与电力技术融合构建新型电力系统，建设具备云资源存储、大数据处理、数据驱动分析、高度智能化等功能强大的软件平台，实现能源电力源网荷储基础设施智能化转型，使电力全产业链可见、可知和可控，以促进新型电力系统建设。除了智能电网，智能化煤矿、智慧火电厂、油气生产物联网等多个能源企业都需要能源基础设施数字化转型作为支撑。二是，要促进能源技术与数字技术的融合协调发展，有序推进能源企业数字化转型。随着“云大物移智”等信息及智能技术融合到能源产业中，孕育出智慧能源产业等新的商业模式，这将促进能源生产、消费方式的变革。要在能源技术体系的范式基础上，有序推进数字技术的融合，以技术数字化融合引导产业技术体系范式的转型，逐渐实现产业形态数字化转型。三是，要重视能源行业数字资源的管理，保障能源数据安全。一方面，要通过加强能源行业数据标准体系建设，规范数据管理流程，引导能源企业在信息化建设中在集团层面建立统一的数据标准，确保设备接口统一、数据协议兼容、数据格式一致，从而高效完成数据采集、传输、处理和共享等，最终真正的完成泛在感知、实时互联、自主学习和协同管控，防止“信息孤岛”问题。另一方面，要提高数据安全管理相关的防患意识，加大对能源网络安全领域的管理和投入，实时更新操作系统及安全防火墙设置，不断的提高能源行业信息和网络安全的防护能力，建立对时延的敏感性、安全性、可靠性等方面的系统性防范制度，防止黑客入侵、病毒感染、数据泄露等风险。

  [1]史丹.“双碳”目标下，“十四五”能源发展的新特征与新要求[J].中国能源,2021,43(08):33-382.

  [4]中国社会科学院工业经济研究所课题组.“十四五”时期，我国能源发展面临的问题和重点任务[J].中国能源,2022,44(04):6-12.

  [5]袁惊柱.低碳转型背景下煤炭消费率先达峰的路径与政策研究[J].中国软科学,2023,386(02):12-22.

  [6]韩永文，袁惊柱.高水平质量的发展框架下的区域能源安全问题研究[J].全球化，2023,(4):5-11.

  [9]前瞻产业研究院.碳中和背景下的清洁能源：科学技术创新机遇[J].大数据时代,2022,(03):66-80.