据能源圈了解到，2024年，全球地缘政治动荡加剧、世界经济艰难复苏、气候变化影响扩大以及科技革命蓬勃兴起等多重因素的叠加，共同推动全球能源格局深刻调整与变革。本文分析了当前国际能源形势，梳理了主要国家在能源领域的战略布局和政策动态，并围绕关键能源技术分析总结了年度重要进展和发展趋势。

一、国际能源形势和战略布局

1、清洁能源转型加速推进，大国竞争向清洁技术和关键矿产市场蔓延

国际能源署（IEA）统计显示，各国政府对清洁能源的激励措施达到了前所未有的水平，2020年以来清洁能源政府直接投资已接近2万亿美元。欧盟加快推动《绿色协议工业计划》清洁能源装备制造行动，美国《通胀削减法案》和《两党基础设施法案》将带来2300亿美元的清洁技术投资。一些国家实施保护主义措施，冲突、制裁和供应链中断事件对能源行业的影响增加，不断推高全球能源贸易壁垒。根据国际能源署（IEA）统计，自2020年以来，各国推出了近200项影响清洁能源技术的贸易措施，多数为限制性措施，而在之前五年仅有40项。我国清洁能源产能在全球平均占比超过60%，已成为美西方全面围堵和打压的首要目标，“断链脱钩”持续升级并趋向长期化。美国政府在原有301关税基础上对我国180亿美元产品加征关税，涵盖众多新能源技术。欧盟加强对中国供应链的围追堵截，对风力涡轮机、电动汽车征收反补贴税。铜、镍、锂、钴和稀土元素等关键矿产成为新的竞争焦点，美国、欧盟、加拿大、澳大利亚、德国、韩国均评估列出了存在供应中断风险的战略性原材料清单，实施预警管控、本土制造、国际合作等多种举措。特朗普“重返白宫”、欧洲政治“光谱右移”开启了新的不确定性时代，未来全球能源和气候治理体系或将面临严重冲击。

2、主要国家加快构建未来新型能源体系，有组织推进科技制高点攻关

美国着力构建国家清洁能源创新生态体系，组建跨机构净零变革者倡议工作组评估指导颠覆性、变革性技术投资，并继续推出“商业扩张之路”系列报告，明确下一代地热能、创新电网、海上风能、电气化等领域的商业化发展路径，部署项目以加速关键清洁能源技术的大规模低成本制造。欧盟在“创新基金”框架下投入46亿欧元，大力推进可再生能源、储能和能源密集型行业脱碳等技术创新和应用，加强在净零技术的领导地位和制造能力。德国目标构建以可再生能源、氢能和聚变能为主的碳中和能源体系，发布《电力储能战略》以进一步加快高比例可再生能源并网，“第八期能源研究计划”2024年重点资助清洁能源供应、能源基础设施、能源利用与能效、系统耦合等25个领域。日本公布新的“基本能源计划”草案，不再沿用此前“尽可能减少对核电的依赖”表述，明确提出将核电和可再生能源视为“脱碳电力来源”，应“最大限度地加以利用”，到2040财年，核电占比应达到20%、可再生能源占比40%~50%、燃煤发电占比降至30%~40%；并启动了“绿色创新基金”二期项目，资助循环利用、氨燃料船舶、电动飞机、氢冶金、浮动式海上风电、电力系统灵活性、下一代太阳电池等多项清洁技术。

3、能源行业正加速拥抱人工智能，探索AI赋能创新的潜力及可能性

IEA研究认为，AI在加速能源创新方面具有巨大潜力，能深刻改变全球经济和能源系统。AI已在能源新材料发现、燃料合成等方面取得突破，并推动了机器人和自动化工艺的进步，但全面发挥作用仍面临数据可用性、全流程集成安全性可靠性等重大挑战。美国发布系列研究报告分析了AI在能源科学创新和应用中的前景、挑战和机遇，并规划了构建基于AI的能源创新生态系统的目标和路径，提出构建高质量AI数据库、创建下一代高效节能AI超级计算平台和算法、开发安全可靠和可信赖的人工智能模型和系统以及实现人工智能多元应用等四项关键行动。AI快速发展为解决能源领域复杂系统问题提供了科研新范式。微软公司与西北太平洋国家实验室合作，利用Azure Quantum Elements平台，将从3200多万种固体电解质候选材料遴选出18种最佳材料的过程从20年缩短至不到一周。美国国家可再生能源实验室利用人工智能模型，通过挖掘集成国家实验室的大量技术数据和报告为相关地区的清洁能源转型快速提供解决方案。

二、关键能源技术发展趋势

1、煤炭加速向清洁高效利用转型，形成燃料和原料并重的发展格局

（1）超超临界发电、清洁燃料混燃、超临界CO2动力循环等技术推进清洁高效燃煤发电发展，集成储能、热电联产等技术助力深度调峰。大唐郓城煤电世界首台630 ℃超超临界二次再热燃煤发电机组进入设备安装阶段。陕西彬长并网全球参数最高的660兆瓦超超临界循环流化床发电机组。日本完成碧南电厂大型商业燃煤发电机组20%混氨示范试验；并启动了全球首个混合生物质的整体煤气化联合循环发电示范项目。国家能源集团实施全球最大（600兆瓦）掺氨燃烧燃煤机组混燃试验。美国能源部10兆瓦“超临界变革性发电”试点项目完成第一阶段测试。国家能源集团全球最大煤电机组耦合熔盐储能项目即将进入分系统调试阶段。华能集团投运我国首个熔盐储热耦合百万千瓦机组示范项目。

（2）煤基高值材料成为研究焦点，煤制油/气/化学品新工艺及规模不断突破。美国国家能源技术实验室与台积电合作开发基于煤焦的原子级超薄二维碳材料。美国橡树岭国家实验室开发出煤转化为石墨的电化学新工艺。国家能源集团煤基锂离子电池石墨负极材料成套技术达到国际先进水平。山东能源集团和华东理工大学开发世界首台套3000吨级多喷嘴对置式粉煤加压气化炉，填补我国劣质原料煤气化领域技术空白。新奥集团世界首创煤加氢气化联产芳烃和甲烷技术完成一体化气化炉试车。国家能源集团高效高活性纯相碳化铁催化剂将合成气直接制线性α-烯烃产率提升至现有技术100倍以上。中国化学工程集团投产全球最大煤制乙醇项目。

2、新一代可再生能源技术逐步实现高效低成本转化利用，退役装备器件高质循环利用受到关注

（1）新型高效太阳电池转换效率不断突破、产业化进程加速，材料回收利用成为可持续发展的关键。中国隆基绿能、美国西北大学、新加坡国立大学、日本东京大学分别创造钙钛矿/晶硅叠层电池（34.6%）、倒置钙钛矿太阳电池（26.15%）、超宽带隙钙钛矿三结太阳电池（27.62%）、可拉伸有机太阳电池（14.2%）效率纪录。武汉大学开发熔盐刻蚀法直接从报废光伏板中回收硅和银，实现了退役光伏组件金属资源的清洁回收。

（2）风电聚焦低成本、高性能、大容量机组开发，攻克新型叶片材料及全生命周期回收利用等关键问题。洛阳轴研科技世界首台25兆瓦风电主轴轴承及齿轮箱轴承、东方电气集团全球最大26兆瓦级海上风力发电机组、三一重能全球最长陆上风电叶片成功下线。东方电气全球首台18兆瓦半直驱海上风电机组吊装成功。明阳集团全球单体容量最大（16.6兆瓦）漂浮式风电平台投运。上海电气推出全球最大（16兆瓦）柔性低频海上风电机组。美国国家可再生能源实验室利用生物基纤维增强复合材料制造可回收叶片。

（3）生物基功能材料及高值化学品成为重点前沿方向。加拿大哥伦比亚大学新型“液下生物制造”工艺实现多种纳米纤维素结构的一步合成。荷兰格罗宁根大学和奥地利格拉茨大学制备出可重复使用的玻璃纤维和植物纤维复合材料。上海交通大学和加拿大麦吉尔大学合作开发铁-锰非双重助催化剂，实现木质素高效制备合成气。

3、第四代先进核能系统和可控核聚变研究迎来新一轮加速发展期

（1）核能强国加速开发下一代新型反应堆，新型核燃料及循环技术取得突破进展，小型模块堆商业化进程加速。美国Kairos Power公司开建第四代熔盐示范堆。美国、英国积极推动建立高丰度低浓铀供应链。英国投入1.96亿英镑建造高丰度低浓铀生产设施。美国西屋电气生产出首批ADOPT燃料芯块。法国、美国、加拿大均启动小型模块堆资助项目。

（2）主要国家积极推进聚变技术突破以加速商业化进程。美国能源部发布《2024年聚变能战略》以加速聚变能商业应用。德国计划设立高能量密度研究所支持惯性聚变能研究。美国国家点火装置多次复现正增益惯性约束聚变点火，并产生创纪录的5.2兆焦能量输出。美国联邦聚变系统公司将建造全球首座电网规模商业聚变能发电厂。我国新一代人造太阳“中国环流三号”国际首次发现并实现了一种特殊的先进磁场结构，首次投用数字孪生系统。能量奇点公司全球首台全高温超导托卡马克装置“洪荒70”实现等离子体放电。

4、多项规模化储能技术开展产业化示范，新型高效电化学储能技术取得重要进展

（1）先进高效率、大规模长时储能技术突破推进产业示范。中国科学院工程热物理所国际首台300兆瓦/1800兆瓦时先进压缩空气储能国家示范电站实现并网发电。清华大学技术支撑的的350兆瓦非补燃式压缩空气储能电站开工建设。中国科学院大连化物所技术支撑的全球首套百兆瓦级液流电池储能调峰电站开展了首次新型储能启动城市电网大容量火电机组试验；技术支持的我国严寒地区首套百兆瓦级全钒液流电池共享储能电站正式投产。由中科海纳提供钠离子电芯的首个百兆瓦时级钠离子储能项目投产。中国科学院物理研究所技术支撑的全球首套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。中国天楹完成全球首个26兆瓦级重力储能项目测试。

（2）全固态电池、钠金属电池、水系液流电池等新型电化学储能技术不断突破。中国科学院大连化物所开发基于脱嵌-转化耦合反应机制的新型卤化物正极材料，组装的全固态锂电池可实现3电子转移反应，能量密度高达912瓦时/千克。美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校开发出全球首款无负极全固态钠电池，容量高达7毫安时/平方厘米，400次循环后平均库伦效率为99.6%。中国科学院大连化物所开发出基于碘元素的多电子转移高能量密度水系液流电池，在全电池测试中正极侧能量密度超过1200瓦时/升。美国哈佛大学提出了一种温和的pH解偶水性氧化还原液流电池设计方法，在1.23伏高压下峰值功率密度实现140 毫瓦/平方厘米。英国帝国理工学院开发出用于水系液流电池的新型高选择性离子交换膜，稳定性提升至全氟磺酸膜的100倍。

5、绿氢技术突破并扩大应用，推进终端能源消费零碳化

（1）电解水制氢持续开发新型高性能低成本电极、隔膜和催化剂，海水直接制氢迈向工业化，天然氢成为新热点。西班牙巴塞罗那光子科学研究所等机构首次在工业条件下实现质子交换膜电解槽不使用铱的稳定电解。丹麦Dynelectro公司将固体氧化物燃料电池寿命从2年延长至10年，正向1兆瓦模块化装置放大。德国柏林工业大学开发出无铱催化剂高性能阴离子交换膜电解槽，在低于2.2伏特电位下电流密度超过5安/平方厘米。中海油成功试运行全球首台套兆瓦级电解海水制氢装置。美国地质调查局最新模型预测发现全球天然氢资源量高达5.6万亿吨。Science报道在阿尔巴尼亚发现迄今记录最大氢气产率，计算年均氢气排放量高达200吨以上。

（2）大型低温液态储氢取得进展，地质储氢实现示范验证，基于新材料的中低温储氢技术多路径突破。韩国建成全球最大（3万吨/年）液氢工厂。日本三菱重工完成90兆帕超高压液氢增压泵1200小时耐久性测试。日本能源企业ENEOS利用甲基环己烷脱氢工艺开发世界首个商业规模液态有机氢载体项目。香港大学和美国西北大学合作开发超分子晶体储氢材料，性能达到美国能源部商用车载储氢系统目标。日本德山化工实现下一代氢载体氢化镁大规模量产，华镁时代全球首条百吨级镁基固态储氢材料生产线试车成功。

（3）材料改进助力质子交换膜燃料电池性能提升，中低温质子陶瓷燃料电池、阴离子交换膜燃料电池等下一代技术研发持续突破。韩国科学技术研究院开发新型膜材料将质子交换膜燃料电池运行温度提升至250 ℃。韩国大邱庆北科学技术院铂钴合金催化剂耐久性超过美国能源部目标。韩国科学技术研究院通过电解质低温烧结工艺使质子陶瓷燃料电池在600 ℃运行时功率密度比现有技术翻一番。

（4）氢能应用正从交通向工业、发电及综合系统等多场景拓展。美国康明斯重型燃料电池卡车创造续航里程超过2900公里的世界记录，浙江省天目山实验室全球首款百公里级氢动力长航程无人机成功首飞。欧盟批准瑞典国家援助措施，公私部门共同投入60亿欧元支持瑞典绿色钢铁公司（H2GS）建设大型绿氢炼钢工厂。美国布鲁姆能源公司推出效率高达90%的燃料电池热电联产系统。韩国韩华公司实现80兆瓦中大型燃气轮机纯氢运行。日本三菱动力全球首个燃氢发电全价值链示范园区开始测试制氢模块。

6、新型电力系统建设加速推进，能源系统数智化成为关注焦点

（1）柔性直流输电进入规模化应用阶段，超导输电再获突破，构网型技术应用不断拓展，交直流混联电网逐渐深化应用。国家电网开工建设世界首条柔性特高压直流工程。美国初创公司VEIR新型超导输电线路输送功率是传统线路10倍。我国投运首条高温超导低压直流电缆，开建首个高压交直流混联电网示范工程。中国电建设计的世界最先进、海拔最高电网侧带超容构网型静止同步调相机（SVG）并网投运。

（2）分布式能源成为新型能源体系的重要组成，电力多元转换（Power-to-X）是多能融合的关键技术。谷歌、微软等公司正寻求利用分布式可再生能源、氢能、小型模块化反应堆为大型数据中心供电。日本开发出全球效率最高的离网余热发电系统。我国投运首个近零碳港口微电网。意大利正建设集成海上风电、光伏、储能和制氢的Power-to-X系统。

（3）虚拟电厂走向市场增长拐点，车联网（V2G）应用逐渐落地。谷歌公司与初创科技公司OhmConnect合作推出住宅虚拟电厂服务，Sunrun公司建成美国最大虚拟电厂CalRead。美国马里兰州已通过V2G立法，特斯拉、宝马、大众、雷诺、丰田和比亚迪等国内外车企均在开发电动汽车V2G技术。国家电网启用全国首个电动重卡型虚拟电厂，调动超10万辆次电动重卡参与电网峰谷调节。

（4）数智化助力可靠供能和清洁能源消纳，“透明电网”成为新型电力系统建设的有力支撑。德国西门子公司为荷兰电网开发数字孪生，将电网利用率提升10%~30%。我国南方电网开发出国内首个自主可控的电力大模型“大瓦特”，实现人工替代率80%。国家电网发布国内首个千亿级多模态电力大模型——光明电力大模型。中国电力科学研究院应用大数据技术将在线分析与决策时间从分钟级缩短至秒级。