摘要

在习近平新时代中国特色社会主义思想的指引下，能源领域深入推进能源革命并落实“四个革命，一个合作”能源安全战略。本书积极响应国家能源技术革命的重大战略需求，紧密结合国家能源集团业务板块，提升科技生产力，为集团中长期发展谋篇布局，开展先进低碳能源技术的前沿追踪预测研究，以期有力支撑国家能源集团的可持续发展和科技转型，为中长期战略提供支撑。本书兼具学术与实践价值，汇总了因应国家重大需求的低碳能源技术应用基础研究成果。

本书紧密围绕“先进低碳能源技术的前沿追踪预测研究”，依次开展“理论基础—方法框架—应用实践”的系统分析，通过全流程、递进式的研究，力图识别低碳能源技术的研究前沿成果和发展方向，并将理论方法引入国家能源集团，服务于集团的低碳能源技术布局。本书综合使用管理科学理论与方法，基于系统工程思维，开展了以下创新性研究。

第一部分：梳理了先进低碳能源技术前沿追踪预测的理论与方法，提出“先进低碳能源技术前沿追踪预测的决策支持系统”的总体设计。在这一部分，介绍了本书的研究背景和整体思路，界定了研究对象，提出了低碳能源技术追踪预测的“四驱理论”，揭示了低碳能源技术追踪预测方法体系的演变规律，构建了“先进低碳能源技术前沿追踪预测的决策支持系统”。

第二部分：使用网络分析和聚类分析技术，识别出风能、光能、储能、氢能、核能、地热能、生物质能、水力发电、海洋能、节能增效技术、原料替代技术、燃料替代技术、非CO ₂ 减排技术、CCUS（碳捕集、利用与封存技术）、生物工程固碳技术、能源互联网这16个领域的低碳能源技术前沿。在这一部分，研究基于2011—2020年先进低碳能源技术文献的相关数据，分别从先进低碳能源技术相关研究的时间分布态势、空间分布态势、国际合作研究现状、研究热点、研究前沿的视角，分析梳理先进低碳能源技术的研究现状，进一步揭示了先进低碳能源技术的发展轨迹、研究前沿。

第三部分：使用数据挖掘技术和Logistic回归，预测低碳能源技术前沿的发展趋势。在这一部分，利用信息采集、数据挖掘、情报加工、科学计量等工具，针对本书关注的16类低碳能源技术，系统地开展前沿技术跟踪、监测、分析、预警、评价等研究工作，从而深入了解低碳能源领域国内外前沿技术时空发展态势、热点技术领域、前沿技术生命周期及国内外创新对比。

第四部分：基于本项目研发的低碳能源技术追踪预测方法，在国家能源集团的绿色转型重点领域开展应用研究，揭示风能、光能、传统火电转型升级、储能、氢能、智能采矿和煤化工这7个领域中低碳能源技术的研究前沿和发展趋势。结果表明，风能技术的研究前沿（6个）定位在：①风能与其他能源耦合发电技术；②风力发电技术；③发电机技术；④能源管理技术；⑤风能预测技术；⑥风能对经济影响的评估技术。光能技术的研究前沿（4个）定位在：①太阳能光热转化技术；②太阳能光化学转化技术；③太阳能光电转化技术；④光能存储系统的管理技术。传统火电转型升级技术的研究前沿（4个）定位在：①燃煤电厂与其他清洁能源的耦合发电技术；②中国低碳电力调度技术；③燃煤电厂燃烧后二氧化碳捕集技术；④燃煤电厂燃烧后其他污染物的处理技术。储能技术的研究前沿（4个）定位在：①微电网储能技术；②热储存技术；③电磁储能技术；④电化学储能技术。氢能技术的研究前沿（5个）定位在：①生物制氢技术；②电解水制氢技术；③光催化分解水制氢技术；④储氢技术；⑤氢能发电技术。智能采矿技术的研究前沿（4个）定位在：①新兴技术在智慧采矿中的应用；②智能化控制技术在矿井排水系统中的应用；③智能采矿废弃物的再利用技术；④采矿的废弃物在工业领域的应用。煤化工技术的研究前沿（4个）定位在：①煤气化技术及其废水处理；②煤焦油处理技术；③煤焦油所产生的二氧化碳的捕集技术；④煤化工行业低碳及其评估。

第五部分：对国家能源集团低碳能源技术布局进行政策研究，总结项目研究的主要结论，并提出相应的政策建议。本书提出的政策建议包括：①加强低碳能源技术的追踪预测研究；②关注海上风电开发，特别是深海浮风技术；③耦合太阳能和农业生产，注重太阳能系统的景观设计；④将先进化石燃料发电技术作为转型优先选项，加快国际合作研发；⑤注重开发颠覆性储能电池，加强材质、寿命、容量的突破创新；⑥研发低成本、多元化制氢，探索多产业、大规模用氢；⑦探索更多新技术与采矿技术集成，注重平衡安全、效率和低碳等因素；⑧重视煤炭绿色深加工利用，加强煤化工和关联产业融合发展。

本书系统深入开展“先进低碳能源技术的前沿追踪与预测研究”，构建了具有自主知识产权的“能源技术追踪预测系统”关键技术，具体创新点体现在：①揭示了“先进低碳能源技术的前沿追踪预测”的理论基础和方法体系演变规律，研发了可以流程化作业的决策支持系统；②探索了大数据和人工智能技术在“先进低碳能源技术前沿追踪预测”实践中的应用，进一步提升“先进低碳能源技术追踪预测”的速度和智能化。

本书为国家能源集团的低碳能源技术布局提供了新技术和新思路，并可以拓展应用于相关能源企业的低碳技术管理实践。受限于研究者的时间、精力和经验水平，本书仍然存在一些不足和局限，需要在未来的研究中不断完善。

关键词：低碳能源技术；技术追踪；技术预测；研究前沿；国家能源集团