读2025世界前沿技术发展报告54能源技术发展

1. 能源技术发展

1.1. 能源攸关国家安全和发展，是经济社会发展的重要基础

1.2. 围绕新一代可再生能源、化石能源清洁高效开发利用、先进核能系统、安全高效长时储能、绿色化规模化制氢、能源数字化智能化等方面技术大力投入，一大批新兴能源技术取得重大突破

1.3. 新能源与传统能源的协同发展、能源技术与信息等领域技术的交叉融合，推进了风光储一体化、源网荷储、智慧能源、新型数据中心、AI+能源等新技术、新模式、新业态发展，为能源、交通、信息等领域变革注入能量

1.4. ​“能源武器化”的趋势并未随着能源危机的缓和而消退

1.5. 美西方国家对华清洁能源打压不断升级，伴随特朗普卷土重来、欧洲右翼崛起，全球清洁能源转型与整体能源安全形势均面临更大挑战

1.6. 发展重要动向

• 1.6.1. 全球能源体系在复杂变局中加速重构，呈现出“转型深化、博弈加剧、技术竞逐”的特点

• 1.6.2. 能源结构低碳转型步伐加快，可再生能源以5.8%的增速引领着全球能源增长，天然气作为过渡能源“桥梁作用”凸显，增速达2.7%，而煤炭、石油增速放缓

• 1.6.3. 全球电力需求激增，新增发电量中八成由清洁能源贡献，非化石发电占比首次超40%，见证着全球电力结构的变化

• 1.6.4. 技术层面，风光转换效率提升、新型储能规模化应用、绿氢制储运降本、固态电池商用加速推进、先进核电技术快速部署、核聚变领域不断解决关键难题、人工智能等新一代信息技术加速赋能能源全产业链

2. 可再生能源增长强劲

2.1. 全球能源供应情况

• 2.1.1. 2024年全球能源需求增长2.20%，达到648艾焦耳（EJ）​，增速略低于全球的国内生产总值（Gross Domestic Product，GDP）增速3.2%，但远高于过去十年（2013—2023年）全球能源年均需求增长1.3%

• 2.1.2. 石油、煤炭、天然气是绝对主力，共提供了全部能源供应的80%，可再生能源与核能提供了20%

• 2.1.3. 可再生能源（5.80%）​、核能（3.70%）与天然气（2.70%）的增长速度高于全球能源需求增长速度（2.20%）​，而煤炭（1.20%）与石油（0.80%）的增长速度放缓

• 2.1.4. 从增量贡献看，可再生能源增加5艾焦耳、天然气增加4艾焦耳、煤炭增加2艾焦耳，核能与石油分别增加1艾焦耳

• 2.1.5. 天然气作为过渡能源的“桥梁作用”凸显，石油与煤炭需求接近“峰值”​，增长速度放缓

• 2.1.6. 2024年中国一次能源生产总量49.8亿吨标准煤，比2023年增长4.6%

2.2. 全球电力需求激增，清洁能源占新增发电80%

• 2.2.1. 2024年，在全球电气化持续推进、极端天气持续增加电力系统压力、以中国为代表的电动汽车在交通运输领域的普及，以及人工智能等信息技术的兴起增加了数据中心电力消费等共同作用下，全球电力需求强劲增长

• 2.2.2. 在新增电力方面，可再生能源发电新增918太瓦时，贡献了全球新增电力增长的近75%，增幅达到10%，其中光伏与风电领跑

• 2.2.3. 风电也随着一批新项目上网，实现发电量新增180太瓦时

• 2.2.4. 核能发电量增长了3.7%，这得益于一批核电项目上网，以及法国和日本的几座核反应堆重启

• 2.2.5. 在整体电力供给方面，煤炭仍然是全球最大的发电来源，这一地位已保持了50多年

• 2.2.5.1. 2024年煤炭发电量占总发电量的约35%

• 2.2.5.2. 天然气是第二大发电来源，稳定地提供着20%以上的电力

• 2.2.5.3. 燃油发电厂的发电量仅占总发电量的几个百分点

• 2.2.5.4. 全球电力结构正在发生变化，可再生能源与核能的发电量在总发电量的占比首次超过40%

• 2.2.6. 在新兴市场和发展中经济体中，煤炭通常是主要的电力来源

• 2.2.6.1. 火电占总发电量的63.19%

• 2.2.6.2. 非化石能源发电量（水电、核电、风电和太阳能发电）占比接近37%，风电和太阳能发电分别为9.88%和8.32%

• 2.2.7. 发达经济体中，通常可再生能源和天然气在发电中发挥了更大的作用

• 2.2.7.1. 美国2024年总发电量约4.55万亿千瓦时，其中天然气提供了40%以上的电力，其次是可再生能源（23.30%）​、核能（17.90%）和煤炭（15.60%）​

• 2.2.8. 核能发电方面，2024年全球核电装机容量超过7吉瓦，同比增长33%，这使得全球核电总装机容量达到420吉瓦，核电占全球总发电量的比重约10%

• 2.2.8.1. 中国在运+在建核电项目容量已超过美国

2.3. 对中国的影响与启示

• 2.3.1. 能源保障和安全事关国计民生，是须臾不可忽视的“国之大者”​

• 2.3.2. 煤炭供应了中国一半以上的能源消费，发挥着“压舱石”和“稳定器”的作用，在“双碳”目标下，以及电煤消费保持增长，钢铁、建材、化工等煤炭消费稳定的预期下，需要持续推进技术攻关与应用，提高数字化智能化水平，实现煤炭清洁生产高效利用，同时进一步加强供应端改革、需求端韧性建设、提升产业集中度等，应对能源转型挑战

• 2.3.3. 油气方面，针对油气对外依赖度高，在新形势下需强化战略储备与应急能力，保持油气勘探开发投资，加大海洋油气及页岩气、致密油等国内资源开发力度，加速煤制油等替代技术的研发与应用

• 2.3.4. 全球能源供应链重构，能源地缘风险加剧，需深化同周边国家友好合作，扩大油气等资源的长期协议占比，探索与非洲、拉美联合开发新模式，多元化能源进口渠道，增强能源进口韧性，同时推动中国式现代化成果造福各国，加大力度构建“一带一路”绿色能源走廊，为动荡不安的能源地缘注入正能量，应对大变局的挑战

3. 人工智能加速能源技术创新

3.1. 能源技术的发展与大国博弈交织，大国围绕技术制高点的争夺趋于白热化，纷纷努力推动构建面向未来竞争态势的新型能源体系

3.2. 化石能源加速向清洁高效利用转型

3.3. 可再生能源见证了转换效率的持续提升和成本的快速下降

3.4. 储能技术持续进步，在推进清洁能源转型中的重要性持续增加

3.5. 绿氢技术突破并扩大应用，氢能行业闭环正在形成

3.6. 新型电力系统建设加速推进，数智化趋势加速

3.7. 能源技术发展情况

• 3.7.1. 化石能源清洁化路径取得重要进展

• 3.7.1.1. 超超临界发电机组蒸汽参数提升至630摄氏度/35.5兆帕的新高度

• 3.7.1.2. 3000吨/日级粉煤加压气化装置实现工业级验证

• 3.7.1.3. 煤基高值材料产业链突破石墨负极材料制备瓶颈

• 3.7.1.4. 加氢气化联产芳烃和甲烷技术推动煤化工高效综合利用

• 3.7.2. 可再生能源技术持续突破

• 3.7.2.1. 光伏领域钙钛矿/晶硅叠层电池实验室效率攀升至34.6%

• 3.7.2.2. 26兆瓦级海上风机与16.6兆瓦漂浮式风电平台相继完成并网测试

• 3.7.2.3. 光伏组件金属回收率突破95%，形成资源闭环

• 3.7.3. 储能技术呈现多元化发展格局

• 3.7.3.1. 全球首套300兆瓦/1800兆瓦时先进压缩空气储能系统实现并网发电

• 3.7.3.2. 中国首套百兆瓦级全钒液流电池共享储能电站正式投产

• 3.7.3.3. 全球首套100兆瓦/200兆瓦时原位聚合固态电池电网侧大规模储能电站项目并网投运

• 3.7.3.4. 全固态电池实验室能量密度突破912瓦时/千克

• 3.7.3.5. 重力储能工程验证规模达26兆瓦

• 3.7.4. 氢能产业链技术经济性持续提升

• 3.7.4.1. 无贵金属催化剂PEM电解槽效率持续突破

• 3.7.4.2. 全球首台（套）兆瓦级电解海水制氢装置试运行成功

• 3.7.4.3. 超分子晶体储氢材料性能持续提升

• 3.7.4.4. 氢冶金、氢能燃气轮机等工业应用加速落地

• 3.7.5. 新型电力系统建设迈入集成创新阶段

• 3.7.6. 柔性特高压直流输电、分布式能源、虚拟电厂、电力多元转换（Power-to-X）等技术实现规模化应用，支撑新型电力系统构建

3.8. 能源与人工智能等信息技术深度融合，加速能源技术创新

• 3.8.1. 人工智能等新一代信息技术正在与能源系统各环节深度融合，显著提升了能源系统的智能化水平和运营效率

• 3.8.2. 勘探开发方面

• 3.8.2.1. 人工智能与大数据技术广泛应用于油气勘探和矿产资源评估，通过机器学习对地震、井位、地质数据进行分析，可更准确地识别油气藏和地下储层特征

• 3.8.2.2. 人工智能辅助设计定向钻井/多段水平井和动态调整压裂方案，大幅提升采收率和环境安全

• 3.8.3. 发电运行方面，数字孪生和物联网技术使电厂和风电场实现全生命周期管理

• 3.8.4. 智慧风电场和智能电厂通过部署分布式传感器网络采集运行数据，利用边缘计算和云计算实时分析，可针对发电机组和叶片的振动、应力等情况进行预测性维护，延长设备寿命

• 3.8.5. 电网管理方面

• 3.8.5.1. 融合实时数字仿真的配电网数字孪生系统，可实时仿真电网运行状态，优化潮流分配，进行故障定位和故障恢复

• 3.8.5.2. 智能断路器和无功补偿装置结合边缘计算，实现对电压波动与谐波干扰的快速响应，提升电网稳定性和电能质量

• 3.8.6. 人工智能等技术在电池材料、储氢材料、储碳材料开发等方面发挥重要作用，如人工智能模型可在数百万种候选材料中快速筛选出高性能电极、催化剂等材料，可通过分析分子结构，设计出更高效的吸附材料等，这种“自驱动实验室”模式显著降低了试错成本，加速能源技术创新

3.9. 对中国的影响与启示

• 3.9.1. 能源技术是推动能源转型的主引擎，全球能源技术发展态势为中国能源转型提供了重要借鉴与挑战

• 3.9.2. 全球可再生能源增长超预期、化石能源需求接近峰值的趋势要求中国加速构建高效、清洁、安全的能源体系

• 3.9.3. 中国虽在清洁电力上取得显著进展，但仍需加快多元化布局，发展面向未来竞争态势的新型能源体系

• 3.9.4. 既需要加大非化石能源领域前沿技术的研发投入和示范推广，加快建设以新能源为主体的新型电力系统，又需要确保长久的能源安全，加强能源资源的战略储备和应急管理，发展能够提升能源安全的技术，更好地处理发展与安全的关系

• 3.9.5. 中国应立足既有能源资源禀赋和“双碳”目标，在大国能源技术博弈中抢占未来能源技术制高点

• 3.9.6. 中国需强化关键核心技术自主创新，技术的自主可控关乎能源转型的主动权，对于推动中国能源领域高质量发展，保障中国能源安全具有举足轻重的意义

• 3.9.7. 中国应在先进光伏材料、高效储能器件、氢能电解槽、先进核电、小型模块化堆和智能电网等领域进一步加大投入力度，加快突破关键核心技术，解决“卡脖子”技术难题

• 3.9.8. 鼓励跨行业融合创新，加快新能源与交通、建筑、工业等领域的深度耦合，发展车网互动、零碳负碳建筑、建筑储能、太阳能牧场渔场、微电网数据中心等新业态

• 3.9.9. 利用“一带一路”倡议，打造绿色能源、绿色电力走廊，推动中国清洁能源技术和设备走得更实更远，提升中国在全球能源治理领域的话语权