一、能源科技創(chuàng )新的內涵

科技革命是工業(yè)革命的驅動(dòng)力，在新一代技術(shù)創(chuàng )新的引領(lǐng)下，全球已經(jīng)進(jìn)入第四次科技革命驅動(dòng)的產(chǎn)業(yè)變革時(shí)代。從基于牛頓力學(xué)的蒸汽技術(shù)創(chuàng )新到基于電磁力學(xué)的電力技術(shù)創(chuàng )新，再到基于量子力學(xué)的信息技術(shù)創(chuàng )新，進(jìn)而到基于思維力學(xué)的智能技術(shù)創(chuàng )新，科技創(chuàng )新的范式也隨之從果實(shí)類(lèi)創(chuàng )新逐漸向組合式創(chuàng )新轉型。從通用技術(shù)創(chuàng )新到突破性技術(shù)創(chuàng )新的范式轉變，也給不同行業(yè)發(fā)展帶來(lái)了不同的轉型升級機遇。總體而言，第四次科技革命驅動(dòng)下的產(chǎn)業(yè)發(fā)展更趨綠色化、低碳化、數字化和智能化。

能源作為基礎產(chǎn)業(yè)，在第四次科技革命的驅動(dòng)下也要加速推進(jìn)綠色化、低碳化、數字化和智能化轉型。特別對要實(shí)現現代化強國建設的中國，首先要實(shí)現能源創(chuàng )新驅動(dòng)的能源行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。能源科技創(chuàng )新是能源高質(zhì)量發(fā)展的內在動(dòng)力，是驅動(dòng)能源綠色化、低碳化、數字化和智能化轉型，建設新型能源體系，實(shí)現碳達峰碳中和目標的主要支撐[1]。在全球氣候變化背景下，推進(jìn)綠色低碳數字技術(shù)創(chuàng )新和建設以可再生能源為主體的新型能源體系，已逐漸成為全球能源發(fā)展的共同趨勢，可再生能源發(fā)電、先進(jìn)核能、氫能、先進(jìn)儲能等顛覆性技術(shù)正在加速新一輪能源技術(shù)革命。在此背景下，中國能源科技創(chuàng )新要基于“以煤為主”的能源資源稟賦特點(diǎn)，從“四個(gè)革命，一個(gè)合作”的能源新戰略安全的高度，聚焦零碳能源關(guān)鍵技術(shù)體系、低碳產(chǎn)業(yè)轉型關(guān)鍵技術(shù)體系和負排放關(guān)鍵技術(shù)體系三個(gè)維度，加速低碳技術(shù)創(chuàng )新、新能源技術(shù)創(chuàng )新、綠色技術(shù)創(chuàng )新、數字技術(shù)創(chuàng )新等能源領(lǐng)域內的技術(shù)創(chuàng )新，形成科技創(chuàng )新驅動(dòng)能源高質(zhì)量發(fā)展的動(dòng)態(tài)機制。

能源高質(zhì)量發(fā)展框架下的能源科技創(chuàng )新是指：能源系統在基于“以煤為主”的生產(chǎn)和消費格局下，通過(guò)煤炭、油氣、可再生能源等能源細分行業(yè)的全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)創(chuàng )新，以及不同能源品種之間的轉化、調度和互補模式創(chuàng )新，推動(dòng)能源轉型，以加強能源發(fā)展在綠色化、低碳化、數字化、智能化等方面的轉型升級，形成支撐能源高質(zhì)量發(fā)展的內生動(dòng)力。在零碳能源關(guān)鍵技術(shù)體系方面，主要包括傳統能源系統的低碳排放技術(shù)創(chuàng )新和新型能源體系的技術(shù)創(chuàng )新，一般指煤炭和油氣等碳基化石能源高效催化轉化技術(shù)，如煤炭分級分質(zhì)轉化利用技術(shù)，先進(jìn)高效靈活多源智能低排放燃燒發(fā)電技術(shù)，先進(jìn)核能、可再生能源、氫能、儲能等為代表的碳零排關(guān)鍵技術(shù)，多能融合能源系統創(chuàng )新等；在低碳產(chǎn)業(yè)轉型關(guān)鍵技術(shù)體系方面，主要包括燃料替代、工藝技術(shù)創(chuàng )新、CCUS、電氣化等技術(shù)在行業(yè)中的應用，一般指鋼鐵等高耗能行業(yè)中可再生電力、氫、生物質(zhì)能等清潔燃料對煤炭等化石能源的替代，制氫結合CCUS工藝創(chuàng )新，交通部門(mén)電氣化轉型等；在負排放關(guān)鍵技術(shù)體系方面，主要包括CCUS、直接空氣碳捕集和碳回收循環(huán)利用等技術(shù)創(chuàng )新，一般是指化石能源排放末端治理的CCUS技術(shù)、交通行業(yè)的碳吸附劑技術(shù)和二氧化碳資源化利用技術(shù)等。

二、能源科技創(chuàng )新的現狀與問(wèn)題

經(jīng)過(guò)了“十二五”和“十三五”二個(gè)五年規劃期的發(fā)展，我國已經(jīng)初步建立了包括重大技術(shù)研發(fā)、重大裝備研制、重大示范工程、科技創(chuàng )新平臺等“四位一體”的能源科技創(chuàng )新體系，在一些技術(shù)和裝備創(chuàng )新方面取得了重要的階段性進(jìn)展。但是仍存在一些突出問(wèn)題，如能源創(chuàng )新投入水平低于全國平均水平及美國等科技強國、關(guān)鍵核心技術(shù)仍存在“卡脖子”問(wèn)題、能源數字化轉型有待加強等。

（一）能源創(chuàng )新投入水平低于全國平均水平與美國等科技強國

一是能源創(chuàng )新投入經(jīng)費不斷增長(cháng)，但投入強度仍低于全國平均水平。2019年、2020年和2021年我國研究與試驗發(fā)展經(jīng)費投入強度分別為2.24%、2.41%和2.44%，呈現出逐年持續增長(cháng)的態(tài)勢，分行業(yè)規模以上工業(yè)企業(yè)研究與試驗發(fā)展經(jīng)費投入強度為1.41%，而煤炭開(kāi)采和洗選業(yè)、石油和天然氣開(kāi)采業(yè)的研發(fā)投入強度分別為0.58%和1.20%，均低于全國平均水平。從國有經(jīng)濟能源工業(yè)分行業(yè)固定資產(chǎn)投資構成（2020年）來(lái)看，電力、熱力生產(chǎn)和供應業(yè)占比較高，達到81.2%，其他行業(yè)占比均較少，煤炭開(kāi)采和洗選業(yè)、石油和天然氣開(kāi)采業(yè)、石油、煤炭及其他燃料加工業(yè)、燃氣生產(chǎn)和供應業(yè)分別為5%、8.2%、2%和3.6%，可見(jiàn)，國有能源企業(yè)的研發(fā)投入較少，投入強度偏低。從行業(yè)分規模以上工業(yè)企業(yè)產(chǎn)品和工藝創(chuàng )新情況（2021年）來(lái)看，采礦業(yè)的產(chǎn)品或工藝創(chuàng )新企業(yè)數量在規模以上企業(yè)數量的占比均小于全國平均水平，特別是煤炭開(kāi)采和洗選業(yè)，僅占21.3%，產(chǎn)品創(chuàng )新和工藝創(chuàng )新分別僅為2.2%和15.7%，不僅低于采礦業(yè)平均水平，更遠低于全國平均水平。二是能源細分行業(yè)研發(fā)投入強度與世界能源科技強國相比偏低。與全球主要科技強國相比，我國科技投入強度遠低于美國（3.45%）、日本（3.27%）、德國（3.13%）、瑞典（3.49%）、比利時(shí)（3.38%）和韓國（4.81%）。與美國、德國等世界能源科技強國相比，我國能源科技創(chuàng )新不僅在能源技術(shù)裝備上存在明顯短板，而且在能源綠色低碳技術(shù)發(fā)展方面支撐不足，重大能源科技創(chuàng )新產(chǎn)學(xué)研“散而不強”，且公共服務(wù)機制方面發(fā)展滯后，還存在明顯差距。

（二）關(guān)鍵核心技術(shù)仍存在“卡脖子”問(wèn)題

一是能源創(chuàng )新產(chǎn)出水平大幅提高，一些技術(shù)或設備實(shí)現了國產(chǎn)化替代。在煤炭行業(yè)，自主創(chuàng )新能力大幅提升，主要煤機裝備、大型粉煤氣化技術(shù)、煤炭間接液化、超超臨界二次再熱機組等均已實(shí)現了國產(chǎn)化。在油氣行業(yè)，千萬(wàn)噸級煉油工程和液化天然氣（LNG）項目成套設備、電驅和燃驅壓縮機組與50MW燃氣輪機等核心裝備和材料已實(shí)現自主化生產(chǎn)。在新能源行業(yè)，風(fēng)電、光伏技術(shù)總體居于國際領(lǐng)先，水電工程建設能力和百萬(wàn)千瓦級水電機組成套設計制造能力全球領(lǐng)先，輸電技術(shù)全面自主可控。具有自主產(chǎn)權的百萬(wàn)千瓦級三代核電技術(shù)，自主研發(fā)的四代核電技術(shù)已商業(yè)化示范投產(chǎn)。二是能源關(guān)鍵核心領(lǐng)域存在“卡脖子”技術(shù)問(wèn)題，能源轉型的技術(shù)創(chuàng )新方面仍存在系列挑戰。如：在煤炭行業(yè)，智能化無(wú)人開(kāi)采在關(guān)鍵核心技術(shù)方面有瓶頸[2]，目前國內的自動(dòng)化控制與生產(chǎn)指揮系統嚴重依賴(lài)德國。煤炭節能節水、提效降本的關(guān)鍵技術(shù)裝備，火電靈活燃燒發(fā)電、整體煤氣化聯(lián)合發(fā)電（IGCC）、反應器與燃燒器的自主研發(fā)等技術(shù)亟須突破。在油氣行業(yè)，精細勘探技術(shù)、深海油氣工程技術(shù)、超高溫井下工具、高性能智能導鉆技術(shù)、油氣儲層精準改造技術(shù)和地質(zhì)工程一體化決策技術(shù)等仍存在“卡脖子”問(wèn)題。在新能源行業(yè)，光伏在跟蹤支架、光伏電池低溫銀漿、光伏背板薄膜、逆變器和接線(xiàn)盒的芯片、光伏EVA膠膜等方面仍存在“天花板”；風(fēng)電在葉片的夾芯材料、IGBT（電力電器件）以及各類(lèi)軸承部件上也有其問(wèn)題。三是能源自主創(chuàng )新體系建設還不能支撐“能源高質(zhì)量發(fā)展”“能源獨立”“能源強國”。盡管目前我國已初步建立了“四位一體”的能源科技創(chuàng )新體系，但在能源各細分行業(yè)中仍存在系列“卡脖子”技術(shù)問(wèn)題，能源自主創(chuàng )新體系建設仍處于初級階段，尚不具有支撐能源實(shí)現高質(zhì)量發(fā)展的科技創(chuàng )新能力，更不具有實(shí)現能源獨立和能源強國目標的科技創(chuàng )新服務(wù)能力。

（三）能源數字化轉型有待加強

首先，能源領(lǐng)域數字化基礎設施建設有序推進(jìn)，在區域和細分行業(yè)領(lǐng)域存在分化。隨著(zhù)新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展與創(chuàng )新，能源行業(yè)已開(kāi)啟了數字化轉型的征程，但在區域和細分行業(yè)上存在明顯差異。數字經(jīng)濟布局較早的地區，更有利于能源數字基礎設施建設；在能源細分行業(yè)中，煤炭數字化轉型相對其他行業(yè)先行，已經(jīng)在智能化綜采平臺、智慧煤礦等方面取得了一些進(jìn)展。其次，能源技術(shù)與數字技術(shù)的耦合程度有待提升。能源數字化轉型要解決能源技術(shù)與數字技術(shù)的協(xié)調融合，即兩者在技術(shù)場(chǎng)景上要相互兼容，在技術(shù)融合保障能源安全的基礎上，才能提升能源生產(chǎn)、調運、輸配及管理的效率，及降低經(jīng)濟活動(dòng)的碳排放強度和總量[3]。目前，數字技術(shù)與能源技術(shù)的融合技術(shù)水平仍達不到能源數字化轉型的需求，數字技術(shù)仍不能在較復雜的能源生產(chǎn)環(huán)境中發(fā)揮作用，能源技術(shù)的數字化管理也需要更大的提升。三是能源數字化轉型存在數據風(fēng)險等新問(wèn)題，是影響能源安全的新風(fēng)險。一方面，能源行業(yè)自身的發(fā)展存在運營(yíng)、戰略和應急三大風(fēng)險，在能源行業(yè)數字化轉型中，這些風(fēng)險會(huì )進(jìn)一步放大，形成能源安全的新挑戰；另一方面，ICT等數字技術(shù)與能源技術(shù)融合中所形成的新風(fēng)險，將影響能源行業(yè)數字化轉型。ICT等數字技術(shù)和能源技術(shù)均在關(guān)鍵核心領(lǐng)域技術(shù)上有瓶頸問(wèn)題，會(huì )影響數據采集和集成的效果，只有雙方技術(shù)均實(shí)現突破，才能成功實(shí)現數據的傳輸與聯(lián)動(dòng)；數字化互聯(lián)后，企業(yè)的知識產(chǎn)權、商業(yè)秘密等敏感數據的暴露風(fēng)險較高，需要增加一定規模的數據安全投資來(lái)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的保護，進(jìn)而會(huì )增加企業(yè)成本，且一旦受到攻擊，將給能源行業(yè)安全生產(chǎn)和數字化生態(tài)構建帶來(lái)較大沖擊[2]。

三、支撐能源科技創(chuàng )新三方面的建議

黨的二十大報告提出“加快規劃建設新型能源體系，確保能源安全”，實(shí)現能源高質(zhì)量發(fā)展是我國經(jīng)濟社會(huì )高質(zhì)量發(fā)展的基礎。為此，需加大能源科技創(chuàng )新研發(fā)投入，形成創(chuàng )新驅動(dòng)能源高質(zhì)量發(fā)展的動(dòng)態(tài)機制；以攻堅突破關(guān)鍵核心“卡脖子”技術(shù)為核心，完善能源領(lǐng)域自主創(chuàng )新體系建設；推動(dòng)數字技術(shù)與能源產(chǎn)業(yè)的深度融合，強化能源行業(yè)數字化轉型。搶抓第四次科技革命驅動(dòng)的產(chǎn)業(yè)變革時(shí)代帶來(lái)的機遇，強化能源科技創(chuàng )新驅動(dòng)能源高質(zhì)量發(fā)展的支撐作用，進(jìn)而提升能源為我國現代化服務(wù)的綜合能力。

（一）加大能源科技創(chuàng )新研發(fā)投入，形成創(chuàng )新驅動(dòng)能源高質(zhì)量發(fā)展的動(dòng)態(tài)機制

一是，要全面加大各細分能源品種生產(chǎn)上的企業(yè)科技創(chuàng )新研發(fā)投入，提升細分能源品種的供給質(zhì)量與效率。全面加大煤炭、油氣、新能源生產(chǎn)上的企業(yè)科技創(chuàng )新研發(fā)經(jīng)費投入規模與強度，在煤炭增加先進(jìn)產(chǎn)能、油氣增儲上產(chǎn)、新能源消納等能源生產(chǎn)方面著(zhù)力，加快提升能源供給的質(zhì)量與效率[4]。二是，各省（自治區、直轄市）要逐漸強化各細分能源品種轉型替代的科技創(chuàng )新研發(fā)投入，促進(jìn)能源行業(yè)綠色化、低碳化、數字化、智能化、高端化、服務(wù)化發(fā)展。結合碳達峰碳中和目標的實(shí)施，逐漸強化能源轉型上的科技創(chuàng )新研發(fā)投入，在煤炭清潔低碳高效利用[5]、高比例可再生能源和高比例電力電子設備電網(wǎng)、新型核電、氫能、儲能等方面加大研發(fā)投入，促進(jìn)能源低碳轉型和工業(yè)通過(guò)工藝創(chuàng )新實(shí)現節能降碳。同時(shí)，在新一代信息技術(shù)等新技術(shù)的發(fā)展方面，強化能源產(chǎn)業(yè)與數字新技術(shù)融合發(fā)展的研發(fā)投入，促進(jìn)能源行業(yè)數字化和智能化轉型。另外，重視各細分能源行業(yè)的顛覆性技術(shù)的研發(fā)創(chuàng )新投入，促進(jìn)能源產(chǎn)業(yè)鏈向高端環(huán)節攀升，提升能源行業(yè)的綜合服務(wù)能力。三是，國家層面要重視能源系統協(xié)調運作的科技創(chuàng )新研發(fā)投入，形成創(chuàng )新驅動(dòng)能源高質(zhì)量發(fā)展的良性機制。能源系統存在品種和區域的多種差異，需要系統的統籌和調度才能實(shí)現平衡，確保能源系統的整體安全和發(fā)展質(zhì)量[6，7]。因此，要重視能源系統協(xié)調運作上的科技研發(fā)投入，通過(guò)系統優(yōu)化和協(xié)調，形成多能源、多技術(shù)、源網(wǎng)荷儲靈活互動(dòng)的良性發(fā)展機制[8]。

（二）以攻堅突破關(guān)鍵核心“卡脖子”技術(shù)為核心，完善能源領(lǐng)域自主創(chuàng )新體系建設

首先，以各細分能源行業(yè)中關(guān)鍵“卡脖子”技術(shù)為主要攻堅對象，實(shí)現能源技術(shù)的自主可控。經(jīng)濟社會(huì )全面的高質(zhì)量發(fā)展需要安全穩定且高質(zhì)量的能源供應為保障。目前能源的科技攻堅應該優(yōu)先在各細分能源品種的生產(chǎn)環(huán)節，集中于生產(chǎn)技術(shù)和設備的自主創(chuàng )新，充分保障工業(yè)化、城鎮化和現代化進(jìn)程進(jìn)一步推進(jìn)的能源需求。同時(shí)，在化石能源清潔低碳高效利用以及新能源發(fā)展上，集中于節能、降碳、光伏電池薄膜、芯片等方面的關(guān)鍵技術(shù)攻堅，努力實(shí)現能源技術(shù)的自主可控。其次，要加強能源領(lǐng)域自主創(chuàng )新體系建設，在“能源獨立”上具有競爭力。能源系統是一個(gè)較為復雜的體系，不僅包括生產(chǎn)、運輸、配送、消費、回收利用等環(huán)節，而且包括煤炭、油氣、核能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、氫能、水能等多種能源細分行業(yè)[9]。能源系統要實(shí)現優(yōu)化，不僅需要統籌各個(gè)環(huán)節，而且還有兼顧各個(gè)細分行業(yè)之間的協(xié)調運作。現階段，各企業(yè)能源發(fā)展不僅要實(shí)現自身的高質(zhì)量發(fā)展，還要按照國家“雙碳”戰略調整進(jìn)行轉型發(fā)展，如在生態(tài)文明體系建設、碳達峰碳中和目標、創(chuàng )新驅動(dòng)、數字經(jīng)濟等戰略引導下，能源企業(yè)、行業(yè)要實(shí)現清潔化、低碳化、數字化、智能化轉型發(fā)展，都離不開(kāi)能源技術(shù)及相關(guān)耦合技術(shù)的創(chuàng )新支撐[10]。因此，要加強能源領(lǐng)域自主創(chuàng )新體系建設，通過(guò)技術(shù)自主可控來(lái)實(shí)現產(chǎn)業(yè)鏈自主可控，從可控到領(lǐng)先，以具備能源行業(yè)發(fā)展的國際競爭力。

（三）推動(dòng)數字技術(shù)與能源產(chǎn)業(yè)的深度融合，強化能源行業(yè)數字化轉型

一是，要加強能源領(lǐng)域的數字基礎設施建設，促進(jìn)能源基礎設施數字化轉型先行。數字基礎設施是數字化轉型的重要基礎和前提，只有在能源領(lǐng)域相關(guān)場(chǎng)景中建設好數字基礎設施，才能保證能源數據要素安全存儲和安全運行。做好能源數字化，首當其沖要促進(jìn)電力系統數字化轉型，通過(guò)建設能源電力新基建，實(shí)現信息與能源電力在基礎設施上深度融合。如以信息化和數字化技術(shù)與電力技術(shù)融合構建新型電力系統，建設具備云資源存儲、大數據處理、數據驅動(dòng)分析、高度智能化等功能強大的軟件平臺，實(shí)現能源電力源網(wǎng)荷儲基礎設施智能化轉型，使電力全產(chǎn)業(yè)鏈可見(jiàn)、可知和可控，以促進(jìn)新型電力系統建設。除了智能電網(wǎng)，智能化煤礦、智慧火電廠(chǎng)、油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)等多個(gè)能源企業(yè)都需要能源基礎設施數字化轉型作為支撐。二是，要促進(jìn)能源技術(shù)與數字技術(shù)的融合協(xié)調發(fā)展，有序推進(jìn)能源企業(yè)數字化轉型。隨著(zhù)“云大物移智”等信息及智能技術(shù)融合到能源產(chǎn)業(yè)中，孕育出智慧能源產(chǎn)業(yè)等新的商業(yè)模式，這將促進(jìn)能源生產(chǎn)、消費方式的變革。要在能源技術(shù)體系的范式基礎上，有序推進(jìn)數字技術(shù)的融合，以技術(shù)數字化融合引導產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系范式的轉型，逐漸實(shí)現產(chǎn)業(yè)形態(tài)數字化轉型。三是，要重視能源行業(yè)數字資源的管理，保障能源數據安全。一方面，要通過(guò)加強能源行業(yè)數據標準體系建設，規范數據管理流程，引導能源企業(yè)在信息化建設中在集團層面建立統一的數據標準，確保設備接口統一、數據協(xié)議兼容、數據格式一致，從而高效完成數據采集、傳輸、處理和共享等，最終真正實(shí)現泛在感知、實(shí)時(shí)互聯(lián)、自主學(xué)習和協(xié)同管控，避免出現“信息孤島”問(wèn)題。另一方面，要提高數據安全管理相關(guān)的防患意識，加大對能源網(wǎng)絡(luò )安全領(lǐng)域的管理和投入，實(shí)時(shí)更新操作系統及安全防火墻設置，不斷提升能源行業(yè)信息和網(wǎng)絡(luò )安全的防護能力，建立對時(shí)延的敏感性、安全性、可靠性等方面的系統性防范制度，防止黑客入侵、病毒感染、數據泄露等風(fēng)險。

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