零碳能源關鍵技術體系
零碳能源關鍵技術體系涉及傳統化石能源系統低排放轉型、新能源大規模使用和廣泛部署等。重點包括碳基能源高效催化轉化、先進高效低排放燃燒發電等關鍵
減排技術，以及氫、太陽能、風能等新能源利用技術。
1催化過程和工藝革命性創新推進碳基能源高效催化轉化
針對化石能源最本質的碳資源清潔高效轉化利用
問題，前沿熱點方向包括：碳基能源催化轉化反應途徑、催化劑及工藝開發、復雜催化轉化系統的集成耦合與匹配，以及轉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化已經探索出一些新的路線，部分已實現工程示范。預計未來 10—20 年煤炭分級分質轉化利用技術、二氧化碳催化轉化技術將得到優先發展。
2新型熱力循環與高效熱功轉換實現清潔燃燒與高效發電
先進高效低排放燃燒發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：靈活多源智能發電系統集成與協調控制、超高參數燃煤發電高效熱功轉換機制、新型工質熱力循環與高效熱功轉換創新技術，以及多污染物協同控制等。未來持續朝著高效、
節能、節水和低排放/零排放方向發展。預計到 2030 年，燃煤發電超低排放等先進技術得到全面推廣，將有望使燃煤發電實現近零排放，從而顯著降低煤炭全產業鏈的環境影響。
新一代能源體系的重構建設是實現
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碳中和的關鍵抓手，是建設低碳綠色能源體系、實現碳中和目標的核心工作。
1高比例可再生能源系統被廣泛認為是引領全球能源向綠色低碳轉型的主體
構建高比例可再生能源系統，需要突破可再生能源高效、低成本、規模化開發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、新一代
電力系統、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、冷熱電聯產與綜合利用方向發展。可再生能源在能源結構中的比重日益增加，預計到 2025 年可再生能源將成為世界第一大電力來源，到 2050 年占到發電量的近 90%、能源供應總量的 2/3。其中，重點科技研發方向包括：以高效低成本光伏發電、人工光合系統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、基于大數據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、建設及開發成套關鍵技術等；高品位生物質能轉化技術、生物質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、生物學系統氫能轉換原理等。
2先進裂變堆研發及聚變堆實驗突破推進核能邁向安全高效可持續發展道路
先進核裂變能前沿熱點方向主要集中在開發固有安全特性的第四代反應堆系統、燃料循環利用及廢料嬗變堆技術。可控核聚變前沿熱點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、產業競爭新的制高點
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絡建設，以及基于氫能的新型復合系統概念研究及驗證等。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階段；預計到 2030 年可再生能源電解水制氫技術將大規模部署，具備與藍氫（配備碳捕集的化石燃料制氫）成本相當的競爭力。未來氫能應用逐漸向靈活、高效的多能融合場景發展。
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：開發全固態鋰電池、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反應機理研究、中間產物認知、界面優化、新概念電池材料體系開發。未來電池儲能研究繼續向高能量密度、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，并加速開發下一代鋰離子動力電池和新體系動力電池。最終實現在 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多能融合能源系統是各國低碳轉型新的戰略競爭焦點
前沿熱點方向是解決能源的綜合互補利用、多能系統規劃設計，運行管理、能源系統智慧化等重大科技問題，以及開發多能互補系統變革性技術等。構建多能融合綜合能源系統是能源發展大勢所趨，攻克能源生產、輸配、存儲、消費等環節的多能耦合和優化互補核心技術，發展變革性智能化綠色過程技術體系，支撐高碳行業流程再造，解決能源轉化和工業生產過程的高能耗高排放
難題，保障能源利用與生態文明同步協調發展。
