储能是能源革命的关键性支撑技术。在碳中和背景下，储能技术快速发展，其作用和价值也日益凸显。对现有储能技术的类型和发展状况进行全面分析和总结，着重分析了不同储能技术的特点及差异性，并对其应用场景及经济性做了综合比较。分析认为，电池储能的研究重点是引入新储能材料，解决非传统电化学问题。热化学储能由于过程可逆性能耗小，适合长期存储，但需注重循环动态特性、建模、控制造价成本等。抽水蓄能和压缩空气储能技术成熟、储能容量高，适合大规模储能容量开发，但面临选址受地形限制、前期基建成本高、运维成本差异性大等问题。飞轮储能适用于频繁启动和储能释能周期短的场合，研究关键是如何减少转化过程中能量损耗。氢能应用则受存储运输环节及能源转换效率偏低等因素制约。分析可为储能领域相关研究工作的开展和政策的制定提供一定参考。
在“双碳”目标下，新能源迎来新的、跨越式发展对电力系统灵活性提出更高要求。光热发电拥有与常规火电机组相媲美的调节特性，可快速深度参与电网调峰调频，提升电力系统灵活性，是极具发展前景的可再生能源发电技术。介绍了光热发电技术运行原理及系统结构，总结归纳了各类发电技术的优缺点、分析了光热发电技术的研究进展。在此基础上，结合光热发电的发展现状和需求，对光热发电还需关注的问题与未来光热发电技术的发展方向进行了探讨。
熔盐是一种理想的储热介质，具有黏度低、蒸汽压低、热稳定性高、储热密度高等优点，因此熔盐储热技术可以广泛应用于太阳能光热发电、火力发电机组的调峰调频、供暖与余热回收利用等领域。目前对熔盐储热关键技术的研究普遍以太阳能光热发电为中心展开，针对其他场景的研究与应用不够充分。在不同的应用场景下，熔盐的工作温度区间、加热方式、关键部件的选择和系统流程的布置都有区别。概述了熔盐储热技术的优势特点与技术关键，总结了在不同场景下的研究现状和最新的应用示范，分析了目前熔盐储热技术需要加强研究的关键方面，并提出了未来的发展趋势与目标。
由于电力电子设备和新能源的高渗透率,电力系统存在惯性减小、系统强度变弱的趋势,稳定性问题也越来越严重。为提升系统稳定性,提出一种构网型变流器技术,可发挥变流器灵活可控的优势,补偿系统缺失的惯性阻尼,为系统提供可靠的电压、频率支撑。比较了构网型控制技术与跟网型控制技术的差异,介绍了几类构网控制策略与构网型高压储能技术。指出该技术目前面临的瓶颈与挑战以及可实现的解决思路。研究结果显示,构网控制技术能够有效提升电网惯量阻尼特性,为系统提供电压和频率支撑,在高比例新能源和高比例电力电子设备的新型电力系统中有广阔的应用前景。
储能是实现“2030年碳达峰、2060年碳中和”的关键技术，压缩空气储能具有储能容量大、系统效率高和运行寿命长等优点，是一种适合大范围推广的规模化电力储能技术，也是电网侧规模化消纳可再生能源发电的重要手段。通过对压缩空气储能技术的发展过程进行综述，全面阐述不同形式压缩空气储能系统的工作原理、研究现状以及目前所面临的挑战，从压缩热储存角度分析压缩空气储能未来发展趋势，为压缩空气储能系统的设计提供参考。研究结果显示，随着高温储热技术的发展，高温绝热压缩空气储能技术因其效率优势成为未来压缩空气储能技术发展的热门方向。使用低熔点熔盐作为压缩空气储能系统中储存高温压缩机压缩热的储热介质，可以将压力水的储存温度降低，显著降低压缩空气储能系统的初投资成本。
太阳能、风能等分布式能源具有间歇性与波动性的特点，储能技术可有效地减少输出功率的波动性，提高能源的可控性。在分析风光储微电网系统出力特性的基础上，以系统总投资成本、年负荷缺电率、弃风弃光率最小为优化目标，建立风光储微电网储能系统容量优化配置模型。在不同约束条件和运行策略下，采用非支配排序遗传算法（NSGA）对模型进行求解，得到最优容量配置方案。算例结果表明，采用储能能量调度策略和NSGA对风光储微电网系统进行容量配置，显著降低了系统投资成本，提高了系统的供电可靠性和能源利用率。
农业能源互联网背景下,在农业生产中进行电能替代可有效减少碳排放,提高环境质量,是实现“碳达峰”与“碳中和”目标的重要路径。基于大量新型农业电力负荷数据,分析了电能替代在农业生产中的潜力。提出通过接纳分布式可再生能源,将农业与能源深度耦合,建立低碳农业系统,通过数字孪生技术实现对农作物生产系统的智慧管控,在农业园区中构建虚拟电厂,削弱新能源输送带来的负面影响,提高能源利用率以及园区效益,从而实现农业能源互联网清洁、低碳、高效发展。
在国家“30·60”战略推动下,虚拟电厂成为开展新型电力系统建设、解决能源变革的重要手段,是实现“双碳”目标的一个重要发展方向,为新能源电力的安全高效利用开辟了一条新的路径。首先,对虚拟电厂的内涵概念进行阐述,并在此基础上分析了我国虚拟电厂产生的客观大背景,结合目前我国虚拟电厂的外部政策环境剖析了当前虚拟电厂的主流业务板块;然后,简要介绍了国内外已经开展的虚拟电厂应用案例,进而归纳出虚拟电厂当前和未来快速发展所必须的可控资源、关键技术、市场机制等支撑要素;其次,对虚拟电厂的3个发展阶段进一步阐述,并对我国虚拟电厂发展中的现实问题进行了概况分析;最后,在完成对虚拟电厂基础特征内涵与发展现状概述的基础上对虚拟电厂在未来的发展进行了展望。
为实现国家碳中和、碳达峰的能源战略目标,利用光伏/风电等绿色能源制氢是一条重要技术途径,但光伏/风电等绿色能源的强波动性会严重影响电解水制氢系统的动态适应性和运行可靠性。介绍了风力、光伏及风光互补等波动性电源制氢技术的特点,对比分析了电解水制氢技术的原理及经济性。针对波动性电源电解水制氢面临的发展困境,提出了高效稳定的风光波动性电源电解水制氢的技术路线预想,聚焦系统优化配置、运行过程稳定控制和高效延寿控制3个核心技术,以延寿控制管理为最终目标,有力保障风光波动性电源电解水制氢系统安全、稳定、经济运行,以期为风-光-氢产业链的良性发展提供思路。
综合智慧能源是一种综合利用信息通信、能源、智能制造等技术手段来实现能源生产、传输、储存、消费和管理的智能化、高效化、绿色化和安全化的能源系统。它不仅是一种技术革命，更是能源行业的革命，推进了传统能源系统向智慧化、综合化和绿色化转型。综合智慧能源系统通过采集、传输、处理和利用能源信息，实现能源的优化分配和精细管理，提高能源的利用效率、降低能源的消耗及排放，从而实现可持续发展。为了分析在碳中和背景下综合智慧能源的关键技术以及未来的发展方向，介绍了国内外综合智慧能源的发展状况，阐述了综合智慧能源的内涵及技术架构，并将其关键技术归纳为能源生产、能源输送、能源存储、能源消费、能源智慧化和多能协同优化等6个方面的技术。对各技术的发展现状和核心问题进行了分析总结。提出了4点建议：推动智能化的电力市场建设，提升能源数据管理能力，推进以电能为基础的客户端供电业务的发展，以及要推进我国自主研发的核心技术和装备。
在“双碳”背景下，综合能源系统不断地推进可再生能源灵活消纳、低碳化供热供冷、工业余热利用及配合电网灵活调峰等领域的技术改革。热泵因具有高效率、低污染的特点，在综合能源系统中得到广泛应用。热泵可作为系统的供能及储能单元。在综合能源系统中，以能量来源为依据，热泵被分为空气源、水源、土壤源及余热4类，对作为供能单元的4种热泵分别进行描述；按照储能类型，热泵可被分为储热（冷）及储电2种。热泵的使用实现了综合能源系统的低碳化及高效化运行，但在其应用过程中存在能源匹配以及优化运行等方面的问题。最后，对热泵在综合能源系统中的发展趋势进行了展望。
在推进落实“双碳”目标,构建新能源为主体的新型电力系统背景下,以风能、太阳能为主的可再生能源发电技术发展迅速。由于这类可再生能源具有的间歇性和波动性,破坏了电力电量平衡,电解水制氢是解决能源波动性、实现能源在更长时间、更广空间上再平衡的关键技术手段之一。介绍了电解水制氢电堆的主要形式,对比分析了碱性电解池、质子交换膜电解池以及固体氧化物电解池的区别;基于电解水制氢的反应机理,突出电催化剂在此过程中的重要性;重点介绍了合金材料、金属氧化物、金属硫化物、金属磷化物、金属碳化物和碳化物等各类新型催化剂的研究进展和改进策略;介绍了原位表征技术在研究电催化剂中的重要作用;最后,根据目前新能源制氢发展趋势,为电解水催化剂的现有问题做出总结,并对其未来发展做出展望。
在碳达峰、碳中和及构建以新能源为主体的新型电力系统的背景下，虚拟电厂因其对分布式能源的灵活有效管理成为智能电网和能源互联网中的重要组成形式，虚拟电厂通过先进的控制、计量、通信、优化等技术聚合分布式能源资源（可调节负荷、可中断负荷、储能等），实现源、网、荷、储的友好互动和优化运行，有利于资源的合理优化配置及利用。介绍了接入调度系统的虚拟电厂系统结构、网络拓扑、控制策略等关键技术，在虚拟电厂建设过程中的保护配置、信息通信、智能终端等方面存在的问题，提出改进措施，可供同类工程建设项目参考。
在构建以新能源为主体的新型电力系统背景下,海上风电制氢是能源技术领域的一次重大创新,对海上风电和氢能发展将是一种双赢的解决方案,分析研究其发展趋势可为未来能源安全提供新的发展方向。调查了国内外海上风电制氢发展现状,通过对比海上风电制氢、储氢、输氢、用氢的可行技术方案,确定“海上制氢站+运输船输送氢气”方案在现阶段具有推广应用价值。结合各国政府的发展规划,对海上风电制氢发展前景进行了展望。最后指出：风电制氢有望加速海上风电进一步降低成本,顺利进入平价上网时代;海上风电与氢能产业结合,将推动海上风电和绿氢产业发展,助力实现碳达峰、碳中和目标。
为解决全国电网碳排放因子数据更新滞后、计算方法不明确等问题，提出一种基于联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）碳核算法的全国电网碳排放因子计算方法。IPCC碳核算法涵盖了火力发电的25种能源。首先，计算2005—2022年全国电网碳排放因子；其次，通过对比全国电网碳排放因子的计算结果与官方公布数据，检验该方法的准确性，两者平均偏差仅为1.45%；最后，在基准情景、低碳情景和强化情景下，对2023—2035年的碳排放因子进行预测。2035年碳排放因子在3种情景中分别下降至0.506 4，0.480 7，0.443 8 kg/（kW·h），电力低碳化水平持续提高。该计算方法具有较高的准确性，可动态反映我国电力结构的现状及变化趋势，为准确评估企业用电实际碳排放提供有力支撑。
负荷快速增长对电力系统稳定性提出了巨大挑战，传统的供给侧调控能力已经逐渐乏力，因此，需求响应作为缓解电力尖峰时期供需不平衡的重要手段日益受到人们的重视。需求响应通过调整需求侧可调负荷的使用，减少负荷高峰期的部分负荷容量，从而提高电网的稳定性，因此，研究负荷侧可调资源意义重大。在总结目前已有用户侧负荷分类研究的基础上，提出了从供用能属性的角度将负荷侧资源分类的方式，分析不同供用能属性的典型负荷及其特点，建立了各类属性负荷资源库，为需求响应的深入研究提供参考。
在碳达峰、碳中和背景下，采用自然工质的CO2热泵更加符合绿色低碳的要求。介绍了国内外CO2热泵应用与研究现状。CO2热泵热水器与传统电热水器相比，CO2排放量减少40%，其最大优势在于，以较大温升保持较高的换热效率。在室外温度较低的情况下，通过使用CO2热泵，铁路沿线和北方农村地区能出产满足要求的热水并具有较高的全年能效比。一些企业已完成CO2车载空调的研发，并已基本实现量产。CO2热泵干燥与传统的电热干燥技术相比，节能率高达55%。CO2热泵技术将是未来研究环保低碳新技术的热点，将在我国碳达峰、碳中和事业中发挥关键作用。
电解水制氢可将大规模可再生能源转化为绿氢,广泛用作各式各样的低碳终端能源,如燃料、化工能源和运输等,对碳减排具有重要意义。碱性电解水制氢作为一种最有潜力、大规模化应用的技术,在电解水行业中占据主导地位。基于降低电解制氢过电位的目的,开展了隔膜和阳极电极材料的性能研究。结果表明,高分子复合隔膜Zirfon比聚醚硫醚无纺布具有更低的膜电阻,可将电解水过电位降低0.3 V以上,主要因为Zirfon隔膜具有更低的膜电阻和更高的亲水性,而隔膜的亲水性会影响电极活性位点的利用率,且亲水性越高,电堆的活化阻抗越低。通过比较镍网和泡沫镍的性能,发现镍网用作阳极电极时的电阻低于泡沫镍,具有更低的电解水过电位。可为电解槽关键部件隔膜和电极的优化提供一定参考,利于电解成本的降低。
可快速启动的金属支撑固体氧化物燃料电池（MS-SOFC）是助力实现“双碳”目标的变革性技术。MS-SOFC具有机械性能好、易于密封等优点,采用与陶瓷电解质热膨胀系数相近且成本低廉的铁素体不锈钢为电池提供结构支撑,有望大幅降低制造成本。金属连接体与金属支撑体是MS-SOFC的2个核心部件,常用的材料有铁素体不锈钢、Cr基合金以及Ni基合金。目前日本、德国、美国和我国均开发了面向SOFC应用的不锈钢体系,不锈钢涂层防护技术也取得了显著的进展,有效提高了材料的抗高温氧化与还原性质。为解决高温烧结制备MS-SOFC所产生的问题,主要采用热喷涂法与低温烧结法制备致密电解质。MS-SOFC使用金属支撑体与连接体,可以使用传统的焊接技术实现支撑体与连接体的有效连接,或通过粉末压制-烧结一体化多孔金属支撑体-连接体结构可以有效实现燃料侧燃料气体的密封。MS-SOFC长期运行性能衰减机理有金属材料的氧化、Cr挥发引起的阴极毒化、催化剂颗粒的粗化等。英国Ceres Power公司、美国通用电气公司（GE）、德国宇航中心（DLR）、德国于利希（FZJ）研究中心、奥地利Plansee公司等均取得了一定的成就,MS-SOFC已初步实现了商业化应用。
构建以新能源为主体的新型电力系统，既是我国电力系统转型升级的重要方向，也是实现碳达峰、碳中和目标的关键途径。如何充分应用态势感知技术适应多样化、差异化的不同场景，成为保障新型电力系统可靠、安全、优质、低碳和经济运行的关键突破点。立足于新型电力系统的典型特征，首先，从电源侧、电网侧、负荷侧、储能侧4个方面对新型电力系统的关键特征和主要问题进行了分析；然后，从低碳经济运行的视角，深入浅出阐述了新型电力系统态势感知技术在态势觉察、态势理解和态势预测3个阶段中各自主要的关键技术；最后，从低碳经济运行的特点出发，阐述了面向新型电力系统的态势感知关键技术和未来发展趋势，以期为后续新型电力系统的建设、运行等提供一定的借鉴。
