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當今世界，新一輪科技革命和產業(yè)變革深入推進，綠色低碳、數智化、可持續(xù)發(fā)展成為時代主題，能源產業(yè)加速從資源依賴向創(chuàng)新驅動轉變，“技術就是資源”的趨勢日益明顯。世界各國都高度重視能源科技創(chuàng)新，積極搶占低碳智慧能源發(fā)展制高點。

科技創(chuàng)新決定了未來的產業(yè)和產業(yè)的未來。近日，在由中國石油集團經濟技術研究院與標普全球共同舉辦的2024國際能源發(fā)展高峰論壇上，《能源科技進展與展望報告（2024）》正式發(fā)布，聚焦油氣可持續(xù)發(fā)展、能源綠色低碳轉型和未來智慧能源三大方向，提出了未來極具潛力的十大油氣與新能源技術，為能源產業(yè)高質量發(fā)展提供了科技視角的決策參考。

1 深地油氣勘探開發(fā)技術

【現狀與挑戰(zhàn)】

深地油氣是我國增儲上產重大戰(zhàn)略接替新領域。近年來，世界新增油氣儲量60%來自深部地層。我國深層、超深層油氣資源量達671億噸油當量，占全國油氣資源總量的34%。面臨的挑戰(zhàn)主要是超深高溫、高壓、地質復雜多變，勘探開發(fā)風險大、成本高、難度大，對地質理論創(chuàng)新、井筒技術創(chuàng)新、開發(fā)技術創(chuàng)新和裝備迭代升級提出極高要求。

【方向與潛力】

向地球深部進軍是全球能源科技創(chuàng)新的重要方向。深地油氣資源通常位于地質條件極為復雜的區(qū)域，未來亟須加強超深層油氣富集機理與分布規(guī)律研究，攻克超深層油氣安全高效鉆完井關鍵技術、材料與裝備，搶占全球深層超深層油氣勘探開發(fā)戰(zhàn)略高地。

2 深海油氣勘探開發(fā)技術

【現狀與挑戰(zhàn)】

深海油氣是全球油氣增儲上產重要戰(zhàn)略接替領域，也是全球海洋經濟的增長點。近年來，深海油氣發(fā)現占全球油氣新發(fā)現的一半以上，深海油氣可采資源量約1560億噸，占全球油氣可采資源總量的15%以上。面臨的挑戰(zhàn)主要是深水復雜環(huán)境、特殊壓力、海底低溫、地下資源與地面工程設施協(xié)同等；裝備制造、工程施工和運營維護等環(huán)節(jié)投入高、風險大，勘探開發(fā)成本居高不下。

【方向與潛力】

重點技術方向包括超深水FPSO（浮式生產儲卸油裝置）、深水FLNG（浮式液化天然氣裝置）、單點系泊系統(tǒng)、海底工廠、深遠海保障基地等。隨著我國海上能源開發(fā)進入多能協(xié)同開發(fā)新階段，深海油氣與深遠海風電融合開發(fā)也將成為重要方向。

3 陸相頁巖油氣勘探開發(fā)技術

【現狀與挑戰(zhàn)】

我國陸相頁巖油可采資源量30億~60億噸、陸相頁巖氣可采資源量21.8萬億~36.1萬億立方米，陸相頁巖油氣勘探開發(fā)正處于起步和局部破局階段。面臨的主要挑戰(zhàn)是產層埋藏深、非均質性強，提產難度大，井下事故復雜和套變頻發(fā)，建井周期長、建井成本高、開發(fā)風險大。

【方向與潛力】

陸相頁巖油氣有望實現規(guī)模效益開發(fā)，成為我國油氣增儲上產的重大戰(zhàn)略接替領域。重點技術方向包括陸相頁巖油氣地質理論、二氧化碳和納米提高采收率技術、水平井超級一趟鉆配套技術、精準智能壓裂、立體開發(fā)、綠電+原位改質等，突破這些技術將助推中國版“頁巖革命”。

4 石油基高端新材料生產技術

【現狀與挑戰(zhàn)】

隨著新能源等新興產業(yè)迅猛崛起，化工新材料需求快速增長，煉化行業(yè)正從生產燃料為主向生產化工原料及高端新材料轉型。石油基高端新材料主要包括部分高性能聚烯烴、工程塑料等合成樹脂，以及合成橡膠、碳材料等，市場價值高，需求迫切。面臨的主要挑戰(zhàn)是我國新材料領域當前供需結構性矛盾突出，2023年我國消費約1600萬噸聚烯烴產品，其中近1000萬噸依賴進口；聚芳醚砜、高溫聚酰胺、聚醚醚酮等自給率低于40%。

【方向與潛力】

石油基高端新材料生產技術將更加聚焦于滿足新興產業(yè)市場急需產品的品質、品類，從化工原料、催化劑和裝備、綠色制造等方面開展技術攻關，使化工新材料全生命周期更加綠色低碳。石油基高端新材料將是我國新興產業(yè)發(fā)展的重要支撐，對石化行業(yè)轉型提質增效、實現高質量可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

5 風光氫儲規(guī)?；沙掷m(xù)利用技術

【現狀與挑戰(zhàn)】

風光氫儲規(guī)?；沙掷m(xù)利用技術是一種集風能、光伏、電解水制氫、儲氫和氫燃料電池等于一體的關鍵技術系統(tǒng)，目前正處于研究驗證階段。該技術旨在解決風能和太陽能發(fā)電的間歇性和不穩(wěn)定性問題，通過將過剩的電能轉化為氫氣儲存，以實現能源高效利用和電網穩(wěn)定運行。面臨的挑戰(zhàn)包括技術成本高、系統(tǒng)效率優(yōu)化、氫氣安全儲存和運輸等。

【方向與潛力】

重點技術方向包括高效率電解水制氫、儲氫材料和氫燃料電池等，未來有望實現可再生氫“制儲輸用”全鏈條一體化運營，對于推動風能、光伏、氫能、儲能等多種能源協(xié)同發(fā)展，提升清潔能源綜合利用效率，具有重大戰(zhàn)略意義。

6 碳捕集、利用與封存技術

【現狀與挑戰(zhàn)】

碳捕集、利用與封存（CCUS）技術是實現二氧化碳大規(guī)模減排的重要技術手段，目前整體處于商業(yè)化早期階段。面臨的挑戰(zhàn)主要是碳捕集成本和能耗高、二氧化碳資源化利用途徑有限、二氧化碳礦化封存速率難調控等。

【方向與潛力】

重點技術方向包括化學鏈燃燒等低成本低能耗碳捕集、二氧化碳制綠色甲醇等化學利用、二氧化碳生物及礦化利用、深部咸水層規(guī)模化封存、二氧化碳快速礦化及速率調控、地質體碳封存容量高效利用等。預計2030年前后，CCUS核心技術將取得突破性進展，有望大幅降低工業(yè)和能源生產過程中的碳排放，成為降碳“撒手锏”。

7 資源回收與循環(huán)利用技術

【現狀與挑戰(zhàn)】

隨著全球可再生能源和電動汽車需求不斷增長，廢塑料、廢輪胎、廢舊電池等數量劇增，其資源化回收與循環(huán)利用對節(jié)約能源和保護環(huán)境尤為重要。廢塑料化學循環(huán)利用是廢塑料處理的路徑之一，但存在熱解油出油率低、雜質多、成本高等難點。退役動力電池的梯次利用能夠解決回收處理問題，但面臨如何確定簡單、合適、可靠的分選條件等難題。此外，廢舊輪胎、廢催化劑及“三廢”的資源化回收利用，都將對能源行業(yè)可持續(xù)發(fā)展形成挑戰(zhàn)。

【方向與潛力】

化學循環(huán)處理技術有望突破廢塑料材料化回收利用的發(fā)展瓶頸，徹底解決塑料污染問題。構建覆蓋全面、運轉高效、規(guī)范有序的退役動力電池高效循環(huán)利用體系，有望支撐新能源汽車產業(yè)綠色高質量發(fā)展。

8 基于合成生物學的先進生物制造技術

【現狀與挑戰(zhàn)】

基于合成生物學的先進生物制造技術是一種利用合成生物學原理和方法，通過設計和構建新的生物系統(tǒng)或重新設計現有生物系統(tǒng)，實現特定功能產品的生物制造技術，目前正處于從實驗室研究向產業(yè)化應用過渡的階段。該技術可提高生物制造效率和可持續(xù)性，替代傳統(tǒng)化工合成路線，減少對化石能源的依賴。面臨的挑戰(zhàn)包括生物組件準確描述和應用、基因網絡預測和構建、大規(guī)?；蚓W絡建設和測試、生物系統(tǒng)精確控制和優(yōu)化等。

【方向與潛力】

合成生物學將加速推動生物制造業(yè)變革，基于合成生物學的先進生物制造技術未來有望重塑醫(yī)藥、化工、能源等傳統(tǒng)行業(yè)。預計未來10~20年，合成生物制造有望形成每年數萬億美元的市場規(guī)模。綠色生物制造將成為“雙碳”目標約束下能源化工企業(yè)的重要技術選擇。

9 能源智慧生產與利用技術

【現狀與挑戰(zhàn)】

能源智慧生產與利用技術是一種融合“智慧油氣生產”與“AI智能決策的新能源利用系統(tǒng)”而形成的未來能源技術，目前仍處于萌芽階段，主要通過AI決策、能源互聯(lián)網、多能互補等方法，解決未來能源的智能化與綠色化利用問題。面臨的挑戰(zhàn)主要包括如何利用AI探索新能源多時間尺度功能場景下的油氣開發(fā)機制、油氣與新能源融合高效開發(fā)協(xié)同調配方法等。

【方向與潛力】

AI技術將推動傳統(tǒng)油氣田生產管理智能化提升，并打造自動、高效的智慧油氣田運行模式?；贏I智能決策的能源互聯(lián)網將集成分布式發(fā)電、儲能、通信傳感等智能電網技術，推動智慧油氣田與光伏發(fā)電、油田地熱供能等多種新能源場景融合高效開發(fā)，助力生產環(huán)節(jié)與新能源利用的協(xié)同耦合，實現多能互補與長效匹配。

10 可控核聚變技術

【現狀與挑戰(zhàn)】

可控核聚變技術是一種旨在實現輕原子核（如氫的同位素氘和氚）在極高溫度和壓力下聚合成重原子核（如氦）并釋放巨大能量的過程，目前正處于實驗階段，需要解決如何安全高效地模擬太陽內部核聚變過程，以提供幾乎無限的清潔能源。面臨的挑戰(zhàn)主要是燃燒等離子體穩(wěn)態(tài)自持運行、耐高能中子轟擊及高熱負荷材料、氚自持等。

【方向與潛力】

亟須突破高溫超導磁體等關鍵技術，提高等離子體的約束效率和穩(wěn)定性，助力實現穩(wěn)態(tài)自持運行加快推動工業(yè)示范。預計2050年前后可控核聚變將實現商業(yè)化應用，有望推動人類社會逐漸擺脫對化石能源的依賴，進入全新能源時代。

能源科技創(chuàng)新面臨三大挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)油氣產業(yè)轉型升級

●勘探開發(fā)難度日益加大：萬米深度、納米尺度、百年跨度

●煉油化工亟須轉型升級：減油增特、減油增化、減油增材

新能源產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展

●間歇性和不穩(wěn)定性突出、儲能技術尚不完善、能量密度低等問題亟待解決

●可再生能源廢棄物激增，亟須提升資源回收與循環(huán)利用能力

數智化轉型深入推進

●信息“孤島”問題

●數據治理問題

●工業(yè)軟件“卡脖子”問題

能源科技發(fā)展趨勢

●油氣技術“四極”發(fā)展趨勢日漸凸顯

向極宏觀拓展。油氣勘探開發(fā)正突破傳統(tǒng)區(qū)塊尺度限制，向更大空間范圍、更多能源類型、更高綜合效益方向拓展。超級盆地勘探開發(fā)實現了巨型-大型油氣田規(guī)?；l(fā)現與效益開發(fā)，突破了傳統(tǒng)單一區(qū)塊開發(fā)模式。多礦同采技術創(chuàng)新性地將常規(guī)油氣、致密油氣、頁巖油氣等多種能源統(tǒng)籌開發(fā)，降低了單位成本，提高了資源利用效率，開創(chuàng)了區(qū)域綜合開發(fā)新模式。立體開發(fā)技術通過地質、工程、開發(fā)一體化設計，實現了多層系、多類型油氣藏的協(xié)同開發(fā)，大幅提升了采收率。

向極微觀深入。油氣技術正突破傳統(tǒng)物理手段局限，向分子納米尺度的精準表征、量化評價和調控方向深入。DNA測序技術通過解析微生物DNA信息，實現了對儲層溫度、壓力、有機質含量等特征的精確表征，為儲層評價提供了分子水平新方法。油藏精細描述技術實現了納米孔隙結構與流體運移規(guī)律的可視化表征，突破了傳統(tǒng)表征手段局限。納米驅油技術通過分子尺度設計與調控，顯著提升采收率，引領油氣開發(fā)邁入納米調控新階段。

向極端環(huán)境挺進。油氣勘探開發(fā)正突破常規(guī)自然及地質環(huán)境限制，向深地、深海、極地等極端條件挺進。陸上油氣勘探深度已突破萬米大關（深地塔科1井），不斷刷新溫度（>200攝氏度）和壓力（> 230兆帕）紀錄。海洋油氣勘探開發(fā)不斷刷新水深紀錄（>3000米），向遠海拓展。極地油氣勘探開發(fā)攻克冰區(qū)勘探、凍土鉆井、油氣集輸等技術難題，實現極寒環(huán)境安全高效開發(fā)。

向極綜合交叉發(fā)力。油氣技術正突破傳統(tǒng)專業(yè)分工邊界，向多學科交叉、全產業(yè)鏈協(xié)同和一體化方向發(fā)展?？碧介_發(fā)一體化技術實現地質、工程、開發(fā)等多專業(yè)數據共享與協(xié)同決策，顯著提升勘探成功率與開發(fā)效益。煉化一體化技術優(yōu)化資源配置與產品結構，實現全流程經濟效益最大化。智能化綜合平臺融合人工智能、大數據、物聯(lián)網等新技術，構建智能油田、智能煉廠等新模式，推動油氣全產業(yè)鏈智能升級。

●技術創(chuàng)新推動新能源產業(yè)向“四化”發(fā)展

多元化。能源種類多元化，開發(fā)利用多種可再生資源，如太陽能、風能、地熱能等，有助于實現多能互補，提高能源供應的穩(wěn)定性和可持續(xù)性。技術路徑多元化，如制氫技術包括化石燃料制氫、工業(yè)副產氫、電解水制氫等，有利于因地制宜發(fā)展新能源產業(yè)。應用場景多元化，包括電力、交通、工業(yè)等，有利于滿足不同領域需求，推動新能源產業(yè)快速發(fā)展。

高效化。新能源領域在設計、材料、系統(tǒng)集成等方面實現了創(chuàng)新和突破，從而使能源轉換效率得到顯著提升。從傳統(tǒng)晶硅電池到如今的鈣鈦礦等新型電池，光電轉換效率的世界紀錄不斷被刷新。晶硅鈣鈦礦疊層太陽能電池光電轉換效率達34.6%，創(chuàng)世界紀錄，海上風電機組最大單機容量達26兆瓦，全固態(tài)鋰硫電池能量密度超過600瓦時/千克。

規(guī)?；?024年全球新能源累計裝機規(guī)模預計達到46.43億千瓦，5年復合增速達8.94%。我國已具備完備的可再生能源產業(yè)鏈，可再生能源發(fā)電裝機規(guī)模全球最大、發(fā)展速度全球最快。截至2024年10月底，可再生能源發(fā)電裝機規(guī)模達到17.68億千瓦，占我國總裝機規(guī)模的55.4%。

低成本化。新能源技術快速發(fā)展、太陽能光電轉化效率持續(xù)提升、新能源發(fā)電規(guī)?？焖僭鲩L，推動新能源成本持續(xù)下降。2010年以來，我國陸上風電和太陽能光伏發(fā)電成本分別下降70%和90%。

內容源自《能源科技進展與展望報告（2024）》