研究报告 | 全球能源领域前沿技术发展报告（2026）
来源：中能传媒能源安全新战略研究院 时间：2026-10-09 17:58
【内容提要】全球能源创新正步入由能源安全、产业竞争力与基础设施韧性共同驱动的新阶段。光伏、储能、AI与能源融合及聚变突破引领创新进程，产业资本加速向新能源全产业链倾斜。储能已跃升为电网关键组成部分，先进核能等新技术方向备受关注。与此同时，供应链安全风险扩大，主要经济体围绕关键矿产与产业规则的博弈更趋激烈，各国正加快构建本土技术与制造体系，全球能源科技竞争格局正在加速重塑。
全球能源创新已进入以能源安全、产业竞争力和基础设施韧性为核心驱动力的新阶段，能源科技正从“试点示范”迈向“体系竞争”。光伏产业快速扩张、电池制造投资持续加码、人工智能与能源系统深度融合以及新一代可控核聚变技术加速突破，共同引领全球能源创新进程。当前，产业资本与金融资本加速向新能源产业链倾斜，推动光伏、风电、储能、新能源汽车、智能电网等全产业链实现产能扩张与技术迭代。以先进核能、可控核聚变为代表的新技术方向受到前所未有的广泛关注，储能技术已跃升为电网的关键组成部分。与此同时，全球能源技术供应链安全风险扩大，主要发达经济体围绕关键矿产、技术标准和产业规则展开的博弈更趋激烈。各国加快完善本土制造能力与技术创新体系，力求在供应链韧性、基础设施配套和商业化路径等方面形成体系化优势，能源科技竞争格局正在加速重塑。基于此，有必要对当前全球能源科技竞争态势、主要技术方向进展及面临的共性挑战进行系统研判，以期为相关部门、行业企业和研究机构把握全球能源科技创新趋势、优化战略布局提供决策参考。
一、全球能源技术创新态势
能源技术创新是实现全球各国可持续发展目标和能源转型的关键。清洁能源技术市场持续扩张，公共研发支出与风险投资增速明显放缓，资金流向正从广泛撒网转向精准聚焦。主要经济体围绕核能、氢能、储能、关键矿产等战略方向加紧布局，能源科技正成为重塑国际分工和全球价值链的重要支点。
（一）
全球清洁能源技术市场持续扩张但投资增速明显放缓
一是清洁能源技术市场规模保持增长，增速趋于平缓。国际能源署发布《能源技术展望2026》报告显示，2025年全球关键清洁能源技术市场价值已接近1.2万亿美元，过去十年年均增速约20%。尽管光伏组件价格在2023—2025年间下降约50%、电池组价格下降约30%，清洁能源技术市场仍保持增长。在当前政策情景下，全球清洁能源技术市场价值到2035年预计翻倍至约2万亿美元，规模与2025年全球原油市场相当；若各国政策意图充分落实，则有望接近3万亿美元。电动汽车在所有情景中稳居第一大细分市场，到2030年代中期将贡献总市场价值的约四分之三。低排放燃料市场同样展现出稳健的增长前景，其市值预计从2025年的约2150亿美元增至2035年的约3900亿美元。
二是全球能源公共研发支出从高点回落，企业研发投入增速明显放缓。国际能源署发布《2026年能源创新现状》报告显示，2024年全球能源公共研发支出从2023年的阶段性高点回落，2025年将进一步下降2%至550亿美元，IEA成员国能源公共研发支出约占GDP的0.05%，远低于20世纪70年代石油危机后0.1%的水平。2024年全球企业能源研发支出约1600亿美元，同比增速仅为1%，是2015年以来（除2020年外）增速最慢的一年。历史评估显示，能源研发投资具备极高回报率，经济收益可达投入成本的数倍甚至百倍，以美国为例，地热能、风能和建筑节能领域的研发投入，每1美元可产生数百美元效益。
三是能源领域风险投资连续三年下降，新兴领域持续吸引资本流入。根据国际能源署数据，能源技术初创企业获得的风投资金2025年已降至270亿美元。人工智能领域吸引了近30%的风投资金，对传统能源领域投资形成显著挤出效应。与此同时，负碳技术、关键矿产、下一代地热能、低排放工业、核裂变和核聚变能等新兴领域风投占比持续扩大。2021年以来，上述领域风投资金共占能源领域风投资金的三分之一，而2015—2019年期间占比不到5%。2025年全球新增超过320家能源初创企业获得首轮融资，创新生态仍保持活跃。
四是电池技术在能源专利中占比持续攀升，钙钛矿光伏专利增长尤为迅猛。根据国际能源署数据，2023年储能相关专利已占全部能源专利的40%，创历史新高。中国在电池与储能领域的国际专利申请占比，从2010年的4%提升至近40%。在太阳能电池领域，钙钛矿光伏专利已占所有光伏电池专利的70%以上，中国在全球钙钛矿光伏电池专利申请中处于领先地位，韩国和日本分列第二、三位。2025年，钙钛矿光伏电池实现多个创新里程碑，包括研发出全球首个效率达33%且尺寸符合市场需求的太阳能电池。
（二）
主要发达经济体能源战略布局加速差异化调整
从具体政策取向看，主要发达经济体围绕能源科技已经形成有区别但高度聚焦的布局路径。
美国通过《通胀削减法案》在清洁氢能、CCUS和新型储能等环节大幅强化税收激励和示范工程支持，着力培育面向重工业减排的新增市场空间。美国的战略重点是确保在全球的能源主导地位、增强关键矿产的供应链韧性、提升电网韧性及工业效率，关键策略包括简化能源基础设施的许可流程、基于AI的电力加速计划、促进先进核能和地热技术的商业化。2025年11月，美国能源部正式启动“创世纪计划”，定位为该国自阿波罗登月以来最大规模的科研体系重塑工程。该计划依托能源部国家实验室体系、超级计算平台与大规模科研数据资产，致力于在未来十年内推动美国研发产出率和影响力提升一倍。围绕26项国家级科技挑战展开集中攻关，重点聚焦聚变能源、先进核能与电网韧性等领域——在聚变领域，通过构建AI替代模型将传统耗时数周的高保真等离子体仿真速度提升数万倍；在电网领域，部署AI代理以优化并网审查流程，将新能源项目并网时间从数年大幅压缩至数月。2026年3月，美国能源部发布2.93亿美元资金申请指南。同年6月，美国能源部发布最终版《聚变科学与技术路线图》，提出建设成套聚变科学与技术基础设施、打造人工智能—核聚变数字融合平台等十项关键举措，目标为在2030年代中期建成聚变试验工厂并实现并网发电。此外，美国还成立了关键矿产、材料与制造办公室，以推动和保护电池供应链安全与回收。
欧盟依托《净零产业法案》及相关配套立法，通过设定产能目标、前移标准规则、叠加关键原材料安全安排，推动净零技术在制造、供应链和规则层面的整体部署。欧盟的目标是到2030年实现本土净零技术制造产能达到部署需求的40%，2040年相关技术全球市场份额不低于15%，创新重点涉及太阳能光伏、风能、电池等10项技术，涵盖核燃料和可持续替代燃料等领域。2026年3月，欧盟委员会发布《清洁能源投资战略》，据估算2026—2030年间年均能源投资需求约6600亿欧元。欧洲能源公共研发支出占GDP的比重稳步上升已接近0.1%，2024年欧洲190亿美元的能源公共研发支出中，能效和核能技术占到一半以上。2025年，欧洲初创企业获得能源风险投资占全球的25%，较五年前的15%显著提升。2026年6月，欧盟委员会发布《能源领域数字化与人工智能战略路线图》，围绕数据中心能源系统整合、能源系统数字化赋能及AI与能源行业数据交换三大核心支柱构建行动方案。路线图预计，到2030年通过需求侧灵活性等数字方案可为消费者节省超过710亿欧元的直接成本。
英国将核聚变能源置于国家工业战略前沿。2026年3月，英国政府正式发布《英国核聚变战略2026》，计划在未来五年投入超过25亿英镑，重点支持STEP示范电厂、先进研发基础设施、燃料循环技术、人工智能超级计算及人才培养等多个关键领域。其中STEP项目是战略核心，依托球形托卡马克方案，目标为到2040年建成可稳定输出超过100兆瓦净电力的原型电厂并实现氚燃料自给。英国还计划投入4500万英镑建设“Sunrise”聚变专用AI超级计算机，成为全球最大的聚变专用人工智能计算平台。
日本在新版《能源白皮书》和最新能源政策中，将数字化与绿色转型统筹考虑，把数据中心等新型负荷与低碳电源布局联动起来，同时前瞻布局氢/氨燃料、下一代光伏、海上风电、创新反应堆等一批新技术方向。2025年2月，日本内阁批准第七版《基本能源计划》，将保障安全置于首位，提出要最大限度地使用核能电力，到2040年核能在电力结构中的占比恢复至20%，重新确立了核能在日本能源战略中的重要地位，同时将氢能定位为“2050年碳中和实现的关键能源”。2026年，日本进一步加码氢能政策布局：经济产业省宣布总额3万亿日元的氢能燃料支援制度将于2026年正式实施，通过向供应商提供长达15年的补贴来平抑氢能价格。同年8月，日本公布一项名为“能源绿色转型”的方案。该方案包括三个主要内容：实现化石燃料采购来源多元化并降低风险、加速并强化绿色转型举措，以及通过日本主导的能源采购框架“POWERR Asia”机制加强国际合作以提升韧性。
韩国通过立法构建电池全生命周期管理与循环利用体系。2026年2月，韩国提出四项主要举措支持能源创新与转型，包括加速可再生能源的发展并降低成本，促进电网的扩展，建设公正、包容的能源转型电力系统，提升核能政策的接受度和可持续性。同年5月，韩国内阁会议通过《废旧电池管理及废旧电池产业促进法》，将废旧电池从“废弃物”定位为国家战略资源，旨在应对电动汽车和储能系统普及带来的废旧电池量激增，同时对接欧盟电池法等全球绿色贸易规则。核心措施包括建立性能评估与安全检查框架、构建电池全生命周期追踪与交易系统、引入再生材料含量目标要求及生产使用认证制度等。据韩国环境研究院测算，韩国2023年废旧电池退役量为2355个，2025年增至8321个，2030年预计达107500个。
（三）
能源技术创新面临多重共性挑战
一是技术突破难度大是未来能源发展面临的共性约束。可控核聚变、新型储能、绿氢制储运、能源系统数智化等重点方向均面临复杂的技术瓶颈，其创新难点不仅在于单一环节的突破，更在于多环节、多学科之间的深度耦合。一些技术目前仍停留在小试、中试或单点示范阶段，缺乏跨区域、多场景、长周期的系统验证，难以跨越从“样机”到“批量”的关键门槛。以核聚变为例，等离子体约束与稳定性、氚燃料自持循环、面向等离子体材料耐受性等关键问题仍未得到有效解决。在储能领域，部分材料体系仍需解决循环稳定性、成本与安全性之间的平衡问题。在氢能领域，大规模低成本制氢、高密度安全储运等环节仍存在转化效率不高、关键材料依赖进口等瓶颈。
二是新兴能源技术的商业化落地普遍面临市场培育与成本竞争压力。这类技术研发投入大、建设周期长、初期成本高，收益机制和商业模式尚未成熟，对外部政策的依赖度较高。即使技术具备长期战略价值，短期内仍可能面临成本高于传统替代方案、下游需求不足、融资困难等问题。据国际能源署统计，全球已有多个氢能项目遭遇延期或取消，主要原因包括需求信号不明朗、融资障碍、激励措施延迟以及运营挑战等。新兴市场和发展中国家的融资缺口问题尤为突出，这些国家往往面临财政制约、金融体系薄弱和公共管理能力不足等结构性障碍，在吸引私人资本方面困难更加突出。
三是基础设施能否同步跟进，是决定技术能否从示范走向规模化应用的关键变量。研究指出，配套电网建设滞后已成为多个国家推进能源转型的重要掣肘。氢能的规模化应用需要制氢基地、输氢管网、储氢设施、加注网络等多个环节同步配套；新型储能的广泛部署依赖电网接入条件与调度机制的完善；高比例新能源消纳更是对输电通道和灵活性调节能力提出了更高要求。欧洲国家正加快推进能源基础设施互联。2026年，欧盟正式启动跨地中海可再生能源和清洁技术合作计划。该计划将重点推动氢能、现代电网等领域合作，加快建设更加一体化、更具互联互通能力的地中海能源市场。能源基础设施投资规模大、建设周期长、涉及主体多，若规划布局不能适度超前，技术突破后的产业化进程将面临明显制约。
二、可再生能源技术
全球范围内，太阳能和风电技术已进入成熟期，高效N型电池、钙钛矿串联技术、智能电网集成以及先进电池储能系统正推动可再生能源进入一个更加平衡的新扩张周期。同时，深远海风电、地热勘探开发以及绿色氢氨醇工程化应用也在加速推进，可再生能源的应用边界持续拓展。
（一）
太阳能光伏正经历从晶硅到新型薄膜的技术迭代
单结与叠层钙钛矿电池效率持续刷新纪录。在钙钛矿/有机叠层领域，新加坡国立大学与中国科学院化学研究所合作，通过不对称卤素重原子修饰策略制备的叠层电池开路电压高达2.18伏特，最高效率达到28.2%。韩国科学技术研究院通过接触触发型阳离子相互作用策略，使基于改性FAPbI3的钙钛矿太阳能电池光电转换效率达26.25%。在柔性光伏领域，中国科学院物理研究所制备的柔性铜锌锡硫硒太阳能电池组件光电转换效率达14.5%，并构建出效率为12.7%的叠瓦式柔性光伏组件，超越了现有的国际组件效率纪录。
钙钛矿电池稳定性取得长足进步。长期稳定性曾是制约钙钛矿光伏产业化的核心瓶颈。武汉大学利用原子层沉积工艺制备的氧化铪界面层，使钙钛矿太阳能电池在85摄氏度、1个太阳光照条件下连续运行5000小时后仍能保持90%以上的初始效率。韩国科学技术研究院通过接触触发型阳离子相互作用策略，使改性后的钙钛矿电池预测工作寿命超过2万小时。北京大学开发的宽温域液相晶界策略，使器件在200次热循环测试后仍保留92%以上的初始效率。
（二）
太空光伏成为能源领域竞争新焦点
中国“逐日工程”取得关键突破。2026年5月，西安电子科技大学研究团队突破了空间太阳能电站与微波无线传能的多项关键核心技术，在百米级距离实现千瓦级功率输出，并完成了一对多动目标微波无线传能地面验证，标志着中国从“光—电—微波—直流”全链路闭环验证迈向多目标动态传能新阶段。
美国在太空光伏领域加速推进。2025年，美国国防部高级研究计划局通过激光束在8.6千米距离上实现了超过800瓦的功率传输。SpaceX公司凭借可复用火箭技术大幅降低发射成本，并计划在2030年前实现太空光伏批量制造能力。截至2025年底，其“星链”在轨卫星数量超过9300颗，直接拉动了太空光伏的规模化需求。美国Star Catcher Industries公司计划2026年内启动全球首个太空光能无线传输演示任务，逐步构建可向卫星提供10倍于现有水平的在轨按需供电网络。
太空光伏与在轨算力深度融合。随着太空计算、在轨数据处理等高能耗需求的爆发，太空光伏正成为支撑太空经济发展的关键能源底座。2025年，国星宇航与之江实验室联合研发部署全球首个太空计算星座，标志着中国首个整轨互联的太空计算星座正式进入组网阶段。中国已向国际电信联盟提交新增20.3万颗卫星的频率与轨道资源申请，覆盖14个卫星星座。欧洲与日本在无线传能领域持续布局，欧洲TerraSpark公司计划2027年发射轨道验证器、2028年实现首次太空对地电力传输。
（三）
海上风电向深远海拓展迈出关键步伐
大容量风电机组技术日趋成熟。中国中车“启航号”20兆瓦漂浮式海上风电机组于2025年1月在山东东营成功吊装，风轮直径达260米。2026年2月，全球首台20兆瓦海上风电机组在闽南海域完成调试并网发电，实现了全产业链自主可控与关键部件100%国产化。该机组叶轮直径达300米，扫风面积相当于10个标准足球场大小，年发电量超8000万千瓦时，整机单位兆瓦重量较行业平均水平降低20%以上。同年5月，“图强号”20兆瓦漂浮式风电示范机组正式启动建造，这是全球首台20兆瓦级深远海漂浮式风机，年发电量预计达5500万千瓦时。
深远海漂浮式风电示范工程加速推进。2026年6月，全球单机容量最大的17兆瓦直驱型漂浮式海上风电机组“睿风号”示范工程在广东阳江正式启动，关键设备部件全国产化，可抵御17级超强台风、应对24米超高海浪，单位千瓦造价较行业已建项目降低25%以上。
全球漂浮式风电进入加速发展期。据英国可再生能源协会报告，漂浮式海上风电分布在挪威、英国、中国等7个国家，整体处于加快突破、抢占先机的关键阶段。2025年5月，挪威启动Utsira Nord漂浮式海上风电项目，容量最高500兆瓦。法国EFGL浮式海上风电场成为全球首个投产发电的“自然包容型”浮式风电项目，装机容量30兆瓦，由三台10兆瓦级风机搭载于半潜式浮式基础，在浮式基础水下结构上安装人工海洋栖息地装置，开创了“海上风电场即人工鱼礁”的生态协同新范式。
（四）
地热能从资源勘探进入规模化开发阶段
美国在EGS技术领域取得里程碑式进展。2025年10月，美国Mazama Energy公司在俄勒冈州纽伯里火山（Newberry Volcano，美国地质调查局认定的本土最大、最危险活跃火山之一）西侧推进一项超高温增强型地热（EGS）项目，目前已钻成一口井底温度达到629℉（约331℃）的试验井，这也是全球已知最高温的EGS井之一。公司计划2026年实现15兆瓦并网发电，并将同一区块扩容至200兆瓦。美国能源部估算，到2050年下一代地热技术如EGS在美国可提供90吉瓦的装机容量，潜力最高可达300吉瓦。SLB与Ormat宣布达成合作协议，加快包括EGS在内的综合地热资产的开发和商业化进程。2026年4月，美国能源部投入1400万美元支持宾夕法尼亚州东部首个EGS示范场地，利用阿巴拉契亚地区乌蒂卡页岩的丰富热能资源，将水平页岩气井改造为地热井，评估EGS在美国东部地区的有效性和可扩展性。
中国地热能开发利用实现新突破。2026年5月，中国首个中深层地热能超临界二氧化碳闭式取热示范项目在河南郑州正式投产。该项目用超临界二氧化碳替代水作为传热介质，全过程不取地下水、不污染地层，取热效率较传统方式提升约20%，单位供暖能耗降低10%，可在冬季满足超1.8万平方米居民住宅的集中供暖需求。
地热能发电的电网支撑价值开始被量化。2026年3月，美国能源部投入950万美元支持8个项目，利用先进建模和分析工具量化地热能发电对电网的灵活支撑作用，为地热能发电精准定价并鼓励投资。油气井改造地热井等技术路径不断拓展，地热能开发空间持续扩大。
（五）
绿色氢氨醇正从概念验证迈向工程化应用
氢燃料发电取得重大工程突破。2026年6月，芬兰Wärtsilä公司在西班牙投运全球最大纯氢燃料大型发电机组Wärtsilä 31H2，并向西班牙国家电网输送电力，实现全球首次大型内燃机以纯氢为燃料在真实电网条件下并网发电。中国30兆瓦纯氢燃气轮机已完成发电试验，氢氨双燃料燃气轮机已下线，可实现氢、氨及天然气等多燃料灵活切换。在掺氢燃烧领域，中国自主研发的氢煤混烧技术首次实现了50%绿氢大比例掺烧以及100%纯氢燃烧，节煤减碳幅度可达50%。
核能制氢开辟新路径。2026年6月，印度启用全球首座利用核反应堆工艺热直接制氢示范设施，利用运行超过40年的快中子增殖试验堆提供高温工艺热，驱动铜—氯热化学循环分解水制氢。日本原子能研究开发机构计划将制氢设施接入高温工程试验反应堆，直接利用反应堆高温热验证制氢技术。
绿氨与绿色甲醇规模化应用加速。中能建松原、中国天楹安达等一批风光氢氨醇一体化项目陆续投产或在建。深能鄂托克旗风光制氢一体化合成绿氨项目配套500兆瓦风电和5兆瓦光伏，同时配备30兆瓦级纯氢燃气轮机用于氢储能。全球海事论坛报告显示，航运业若要实现脱碳目标，绿色甲醇、绿氨等零排放燃料需在2030年前后加快推广。
有机液体储氢与电解制氢技术取得关键突破。华东理工大学等单位研发的甲苯—甲基环己烷有机液体储氢体系，储氢密度高、储运安全性强，可完全兼容现有油罐车、油轮等成熟石化设施，实现氢气如普通液体燃料般安全便捷的长途运输。日本NEDO通过绿色创新基金投入约350亿日元，支持固体氧化物电解槽技术开发，目标是到2032年将SOEC设备成本降至6.8万日元/千瓦以下。
三、能源系统数智化
人工智能、数字孪生、物联网、云计算等数智化技术正深度融入能源生产、传输、存储、消费和管理各环节。AI正从辅助分析工具升级为贯穿能源全链条的核心驱动力量，在材料发现、系统控制、电网调度等关键环节释放出越来越大的效能，推动能源系统运行模式由经验驱动向数据驱动转变。
（一）
人工智能正成为能源科技创新的核心驱动力
人工智能与自主实验室加速能源材料与催化剂研发。美国能源部通过CATALCHEM-E计划投入3400万美元支持12个项目，将AI与自主实验室相结合，目标为将工业催化剂的研发周期从传统的十年缩短至约一年。例如，阿贡国家实验室建立催化数据中心，整合实验与计算数据，通过AI预测研发将废碳原料转化为化学原料的新型催化剂；太平洋西北国家实验室通过自动化筛选流程研发将二氧化碳转化为乙醇的新型电催化剂；威斯康星大学麦迪逊分校开发AI驱动的工业固定床反应器催化剂设计，将乙醇转化为高价值醇类燃料。在核聚变材料领域，美国橡树岭国家实验室开发了生成式机器学习工作流，能够合成用于聚变反应堆部件建模的真实钨微观结构图像，按需生成物理上合理的微观结构。美国能源部还通过“能源前沿研究中心”计划投入3.52亿美元，支持开发融合物理和化学先验知识的AI/ML模型，应用于量子材料和催化系统的微观机制推断和新材料预测。
AI深度赋能核聚变装置控制与运行优化。2025年10月，谷歌DeepMind将人工智能应用于托卡马克装置SPARC运行优化，显著提升聚变装置运行控制能力。德国在《核聚变技术路线图》中提出建立磁约束和激光聚变两个区域中心，以产业主导的联合研究为核心构建系统化的聚变创新生态系统。日本量子科学技术研究开发机构（QST）与日本电信电话公司（NTT）在托卡马克型实验装置JT-60SA控制系统中，成功验证了面向核聚变反应堆高速等离子体预测与控制的超高频确定性通信技术，在100微秒以下周期内实现高频实时通信。
AI闭环赋能科学实验与原创科研发现。美国“创世纪计划”明确提出“实现AI驱动的自主实验室”作为独立资助领域，涵盖适用于动态实验室环境的高级机器人技术、智能IT运营、AI加速科学、AI诊断与机器人远程操作、神经形态计算电路底层设计等方向，构建具身AI系统使其能在非结构化环境中与科学仪器交互，从高通量实验数据中自主识别异常现象、生成可检验的科学假设并建立闭环发现过程。在AI用于科学推理方面，该计划还支持研发具备复杂数学推演与符号逻辑运算能力的底层大模型，构建深度融合科学文献、仿真数据、实验图谱等多源异构信息的AI系统，自主生成具有可验证性的原创科学假设。
（二）
AI与数字孪生赋能复杂能源系统建模与控制
数字孪生技术在核能领域深度应用。2025年7月，日本日立公司开发出“核电站元宇宙平台”，通过高精度数字孪生和人工智能，支持核电站设计、现场施工、维护和资产管理。美国“创世纪计划”明确将数字孪生技术用于核聚变等前沿能源系统，整合物理、材料行为和制造工艺以优化组件设计，支持在极高热负荷和中子通量环境下聚变反应堆结构材料的设计、制造与认证。美国橡树岭国家实验室与Kairos Power公司合作，利用先进制造技术生产关键组件，验证陶瓷、碳复合材料及金属材料在高温熔盐环境下的性能，并研发适用于高温、高辐射及腐蚀环境的远程维护系统。
数字孪生向电网及更广泛能源系统拓展。在电网领域，数字孪生与虚拟仿真正成为提升复杂能源系统建设、运行和维护效率的重要手段，通过实时监测和智能预测提升系统运行效率、降低系统成本、增强安全韧性。英国通过准商业化的规模化示范项目开发近实时数字孪生技术，提升控制室的决策、协调和情景感知能力。在储热领域，多物理场耦合仿真软件为储热系统等复杂装备提供智能化设计与优化工具。
（三）
智能电网与数据中心协同发展格局初步形成
数据中心与能源系统的协同成为政策和技术重点。数据中心算力需求的爆发式增长正对电力系统形成新挑战。欧盟《能源领域数字化与人工智能战略路线图》提出制定政府、数据中心、能源相关方的三方协议范本，涵盖优化选址、提高并网透明度、推广清洁能源购电协议、推动数据中心参与电力需求侧响应、支持余热回收利用等，预期可加速并网、促进清洁能源采购和灵活方案应用。美国“创世纪计划”将“确保美国在数据中心领域的领导地位”列为国家级科技挑战，重点支持开发能分析和协调工作负荷、冷却调节及现场发电资源的AI模型，同时运用AI工具提升数据中心芯片级、机架级和设施级的冷却效率。
智能电网技术助力输电容量提升和成本降低。电网增强技术在满足安全约束、配合在线监测的前提下，可在不新建输电设施的场景下将现有输电线路的安全输电能力最高提升40%。据测算，电网增强技术可降低传统电网扩容成本达35%。欧盟提出2026年制定智能电网关键绩效指标并加速部署智能电表，要求各成员国达到最低覆盖率。
四、新型储能技术
随着新能源发电占比持续提升，电力系统对长周期、大容量、高安全储能技术的需求日益迫切。当前，新型储能技术正向长时储能、高安全、低成本材料体系和多技术路线协同方向演进，锂离子电池、液流电池、压缩空气储能、储热储冷等多元技术路线同步推进，全球新型储能产业正进入规模化发展的快车道。
（一）
电化学储能技术路线呈现多元化发展态势
锂离子电池向高能量密度、超快充和宽温域方向持续突破。南开大学研究团队设计合成了一系列新型氟代烃溶剂分子，使锂金属电池在室温下能量密度高达700瓦时/千克，在零下50摄氏度下能量密度接近400瓦时/千克。中国科学院电工所开发出黑磷快充电池关键技术，以黑磷为负极、磷酸铁锂为正极制备的软包电池能量密度达282瓦时/千克，仅需10分钟即可充入80%的理论容量。上海航天技术研究院研制出用于高能量密度与低温电池的氢氟烃电解液，使锂电池室温能量密度突破700瓦时/千克，在零下70摄氏度极端低温下仍能正常工作。
固态电池和钠离子电池加速推进工程化验证。固态电池方面，南方科技大学通过多种元素协同替换的方式，制备出新型固态电解质材料，室温离子电导率达1.65毫西门子/厘米，全固态锂电池在5C倍率下循环4000圈后容量保持率仍达90.3%。日本东北大学和四川大学联合开发出新型镁锡合金负极，可将固态镁电池的循环寿命延长400倍以上，实现超过1300小时的稳定运行。钠离子电池方面，中国科学院物理研究所开发出具备自保护功能的不易燃电解质，全球首次在安时级钠离子电池中实现彻底阻断热失控，该电池通过针刺测试和300摄氏度热箱测试，并具备零下40摄氏度至零上60摄氏度宽温度范围适应能力。
液流电池在多个技术体系上取得长循环稳定性突破。全钒液流电池方面，西班牙完成欧洲最大钒液流电池系统测试，储能容量1兆瓦/8兆瓦时，可提供超15小时储能；英国Invinity公司向东萨塞克斯郡交付90组全钒液流电池，总容量20.7兆瓦时，投运后将成为欧洲最大全钒液流电池装置。锌溴液流电池方面，中科院大连化物所开发出250千瓦时锌溴液流电池系统，实际放电能量259.2千瓦时，能量密度超60瓦时/升，通过智能电控实现电堆自适应均衡与独立控制。
（二）
压缩空气与液态空气储能迈入规模化示范阶段
全球最大规模压缩空气储能项目在中国全面投产。国信苏盐淮安盐穴压缩空气储能示范项目一次并网成功并同步实现满负荷发电，标志着当前全球最大规模压缩空气储能电站全面投产，年发电量将达7.92亿千瓦时，可为60万户家庭提供一年用电量。中国科学院工程热物理研究所在国际上首次完成兆瓦级恒压压缩空气储能系统释能全工况动态特性实验研究，其研发的向心膨胀机实现1.39兆瓦功率输出，整机运行效率达88.28%。
液态空气储能从示范验证走向规模化工程应用。2025年11月，英国50兆瓦/300兆瓦时液态空气储能项目开工建设。2026年3月，韩国先进工程研究院与瑞典阿法拉伐公司宣布合作，共同推进韩国首个大型液态空气储能设施建设，项目计划每日产出10吨液态空气，阿法拉伐公司将提供专为极端低温定制的换热设备和高压低温泵等关键部件。
（三）
储热储冷技术在电网调峰与火电灵活性改造中发挥关键作用
熔盐储热技术拓展多元应用场景。江苏国信靖江发电有限公司示范工程2022年12月投运，采用煤电机组耦合熔盐储热技术，最低发电负荷降至25%。宿州电厂2023年开工建设1110兆瓦时熔盐储热项目用于深度调峰。河北龙山电厂2024年12月投运全国首套600兆瓦机组抽汽熔盐储能项目，调峰能力达400兆瓦时，机组爬坡能力提升1.5倍。中国辽河油田建成世界首座电热熔盐储能注汽试验站，采用独创的蒸汽发生系统，将熔盐储能发电系统35%的综合效率提高到90%以上，首次将电热熔盐技术应用于油田生产注汽系统。
光热发电配套储热实现规模化部署。全球单机储热容量最大的中广核格尔木350兆瓦光热示范项目在青海开工建设，采用熔盐塔槽结合技术路线，配套15小时大容量熔盐储热装置，储热容量为11747兆瓦时，可实现稳定发电。美国新月沙丘光热电站采用熔盐作为传热和储热介质，实现超过10小时的储热时长。
显热储热与相变储热技术向规模化、低成本方向持续发展。显热储热方面，丹麦Vojens池式储热系统采用20万立方米大型地下水池储热，配合7万平方米平板集热器，形成跨季节的太阳能热供给，是全球规模最大的池式储热设施。荷兰Eindhoven大型地下热储存采用“罐中罐”双罐设计理念，实现跨季度储热。固体颗粒储热兼具放热稳定和储热温度高等优势，是极具潜力的安全可靠、长时大容量储热技术。相变储热方面，当前正从工程示范向商业化过渡，重点突破材料成本优化、热稳定性提升及规模化系统集成等问题，例如开发复合相变材料以增强导热性，或结合人工智能优化系统控制策略。
热化学储热代表下一代储热技术发展方向。热化学储热具备储能密度高、热损失低、温度调控灵活等特点，适用于大规模跨季节储能需求和中高温场景，但目前仍处于实验室研究阶段，尚未实现商业化。主要研究机构正聚焦金属氢化物、氧化物及碳酸盐等材料体系，利用计算模拟和人工智能筛选开发改性复合材料，力争在高温热化学储热材料上实现突破。
五、关键矿产与能源材料供应链
从锂电池到风机，从输电线路到储能系统，能源转型的每个环节都离不开铜、锂、镍、钴、石墨和稀土等关键材料。然而，全球关键矿产精炼环节高度集中于少数国家，供应链安全风险日益突出。在此背景下，围绕先进提取与加工、电池材料替代以及废旧回收等方向的技术创新加速突破，正成为缓解关键矿产供应紧张、降低对外依赖的重要路径。
（一）
先进提取与加工技术加速关键矿产本土化供应
锂直接提取技术进入商业化验证阶段。加拿大Mangrove Lithium公司建成投产北美首座商业电化学锂精炼厂，采用模块化电化学精炼工艺，可将卤水中的氯化锂直接转化为电池级氢氧化锂，省去碳酸锂中间环节，年产能达1000吨。美国能源部依托“关键矿物与材料加速器计划”，从政策层面给予系统支持，涵盖直接提锂以及地热卤水提锂相关的前处理、后处理及废弃物处置技术。2026年4月，美国能源部先进能源研究计划署进一步通过SCALEUP Ready计划资助美国Lithios公司推进电化学先进锂提取工艺，旨在从低品位卤水资源中高效提取锂。
稀土精炼与分离技术取得重要突破。稀土被广泛应用于冶金、石油化工、新材料等领域。永磁材料是稀土最主要且最具发展潜力的下游应用领域，占稀土功能材料总量的60%以上，主要应用于新能源汽车、风电等行业。在稀土回收技术领域，美国Ionic Technologies公司利用专利技术从废料钕铁硼磁体中提取高纯度单一稀土氧化物，解决了传统回收工艺只能提取混合稀土、难以获得高纯度单一氧化物的难题。美国能源部“关键矿物与材料加速器计划”同时支持从工业废料和矿渣中回收稀土元素，以及开发用于半导体的镓、氮化镓、锗和碳化硅的精炼及合金化工艺。
（二）
电池材料创新推动产业从资源依赖向多元替代转变
钠离子电池产业化取得关键进展。钠离子电池作为新型电池，是锂电池的重要补充。该电池在高温、极寒等交通出行场景以及储能领域具备广阔应用前景。据悉，全球最大电池制造商宁德时代已攻克制造环节核心难题，计划2026年内实现大规模量产。
硅负极等关键材料实现技术突破。韩国世宗大学设计开发出以碳纳米纤维为结构支架与导电骨架的独立式硅负极，在0.1A/g电流密度下比容量达727.1毫安时/克，与NCM622正极匹配的全电池循环300次后容量保持率为91.6%，为电动汽车及储能系统等需快速充电与长循环寿命的应用场景提供了新的技术途径。
低钴与无钴正极材料研发加速推进。美国能源部通过“关键矿物与材料加速器计划”投入资金支持电池关键材料加工、回收的示范及商业设施，重点支持利用原材料（如初级和次级矿石、黏土、尾矿和地热/油田卤水）建立先进电池关键矿物和材料加工能力，优先关注锂、镍和钴的生产以及人造石墨负极、镍基正极、磷酸铁基正极等材料和组件的制造能力建设。
（三）
废旧电池与关键材料回收技术持续突破
欧美在电池与稀土回收领域加快布局。美国能源部桑迪亚国家实验室开发出基于微波处理的废旧锂离子电池正极升级回收方法，将钴酸锂转化为纳米片的时间从7天缩短至2小时，材料转化率从60%提高至95%。福特汽车公司采用100%回收稀土磁体制造的电动汽车电机成功通过汽车级耐久性测试，性能与原矿材料制造的电机完全持平。欧盟新电池法规设定了硬性再生含量指标：2031年起钴、锂、镍和铅的最低回收含量分别不得低于16%、6%、6%和85%，2036年指标将进一步提高。英国HyProMag公司于2026年1月启用英国首家商业稀土磁体回收工厂，满产年产能可达300吨以上，同年4月在德国启用欧盟首家稀土磁体回收工厂，目标为2028年前达到年产750吨。
日韩在电池回收领域加速技术研发与产业布局。日本JX金属公司开发出从废旧车用锂离子电池中提取锂的新技术，可回收90%以上的锂，计划2026年下半年投产。日本东丽公司确立纳滤膜技术，可从电池黑粉中提取98%以上纯度的锂，锂回收率达95%以上。韩国原子能研究院开发出从磷酸铁锂电池正极中提取超95%锂的资源回收技术，已实现技术转让。
中国动力电池回收技术实现国际引领。广东邦普循环科技有限公司团队提出的逆向产品定位设计和定向循环技术，对镍、钴、锰的回收率达99.6%，对锂的回收率达96.5%，同时可减少73%的酸碱消耗，使再生正极材料碳足迹较传统生产方式降低61%。宁德时代旗下邦普循环已建成全国最大定向循环基地，退役电池年处理能力达27万吨。
六、能源前沿颠覆性技术
碳捕集利用与封存（CCUS）正从示范验证迈向规模化应用，量子电池从理论跨入实验室验证阶段，人工光合作用、无线能量传输、新型催化与能源转化等方向不断涌现新的技术突破。这些前沿领域正从基础研究加速走向技术验证，有望在未来10至15年内重塑能源生产、储存与利用的基本范式。
（一）
CCUS技术正从示范验证向规模化应用加速迈进
CCUS商业化项目布局加快推进。2026年3月，欧盟委员会批准比利时提供2.6亿欧元支持Kairos@C碳捕集与封存项目，由法国液化空气集团（Air Liquide）和德国巴斯夫（BASF）共同实施，将捕集两家企业氢气、氨和环氧乙烷工厂排放的二氧化碳，运输至北海永久地下封存地点，预计15年内可实现约2000万吨温室气体净减排。同年4月，中国首个海上注碳增气技术示范应用项目——东方1-1气田碳捕集、利用、封存项目在海南开工建设，全面投产后预计每年最多可在地层封存超100万吨二氧化碳。
二氧化碳捕集—转化一体化技术开辟低成本减排新路径。2026年6月，中国科学院上海高等研究院等单位研发的二氧化碳捕集—转化一体化合成甲烷技术通过中国石油和化学工业联合会科技成果评价。该技术自主研发出高性能镍基吸附—催化双功能材料，创新设计双塔循环工艺，建成国内外首台套一体化合成甲烷中试示范装置。中试装置二氧化碳捕集率、转化率、甲烷选择性三项指标均超95%，综合经济性较传统分步工艺提升35%以上。
直接空气碳捕集技术能效持续提升。美国西北大学开发出基于二氧化锰的电化学二氧化碳捕集新技术。该电化学系统在连续运行超过1000小时后，二氧化碳捕集容量仍保持在初始值的90%以上。相较于商业胺类吸附剂，该电化学系统在高湿度环境下的性能衰减远小于传统吸附剂，解决了直接空气碳捕集长期面临的氧气敏感性和长期稳定性等挑战。
（二）
量子电池技术跨越理论门槛进入实验室验证阶段
量子电池是量子技术与储能科学交叉融合的前沿方向，其核心在于利用量子力学中的“超吸收”效应，使多个量子单元协同作用，实现充电速度随电池规模增大而加快。2026年3月，澳大利亚联邦科学与工业研究组织联合墨尔本大学、皇家墨尔本理工大学，开发出全球首款具有完整“充—存—放”循环功能的量子电池原型，标志着量子电池从纸面模型走向真实器件。
该原型采用光学微腔结构，通过激光照射使光线与分子发生强耦合，形成光与物质的混合态。基于“超吸收”效应，其储能时间可达充电时间的百万倍以上。目前，该原型装置容量尚不足以驱动现实中的电子设备。业内专家认为，量子电池短期内最有前景的应用并非直接替代传统锂电池，而是率先服务于量子计算机等前沿装置。从更长远看，这一技术展示了超高速充电装置的可能性，未来或将为高性能处理器等先进电子系统供能。
（三）
新型能源转换技术开辟清洁能源生产新路径
人工光合作用取得重大突破。中国科学院地球环境研究所研究团队受植物光合作用启发，提出一种实现二氧化碳与水协同转化的通用策略。团队模拟植物暂存光生电子的生理机制，设计出具有电子存储功能的银修饰三氧化钨材料，通过可逆价态变化在光照时储存电子、在需要时精准释放，从而实现对二氧化碳与水反应速率和程度的精确调控。实验表明，该材料与催化活性组分酞菁钴复合后，二氧化碳转化效率较纯酞菁钴提升近百倍。该方案在自然光条件下运行稳定，可根据实际需求构建多种结构适配的复合催化剂体系。
全球首例气—固氢负离子原型电池问世。中国科学院大连化学物理研究所构建了全球首例以氢气和金属为电极的气—固氢负离子原型电池。该电池利用金属镁和氢气分别作为负极和正极活性物质，实现“充氢放电、充电放氢”的“氢电共储”模式。电池在零下20摄氏度至零上90摄氏度宽温域内均能稳定运行，循环60次后容量保持率仍超70%。将10个单电池堆叠成串联电池组，输出电压超过2.4伏，成功点亮LED灯泡。能量利用效率较传统热储氢方式提升三分之一。
常温常压天然气直接转化为液态燃料技术成功验证。美国西北大学研究人员利用微型等离子体脉冲技术，在常温常压下将甲烷直接转化为甲醇。该技术通过浸没在水中的玻璃管内产生微型“闪电”般的等离子体放电，将甲烷和水分裂成高活性碎片，随后在氧化铜催化剂表面重组生成甲醇，实现了约57%的碳转化率和96.8%的甲醇选择性。
（四）
无线能量传输与空间核动力拓展能源利用新边界
激光无线能量传输创下最远纪录。2025年，美国国防部高级研究计划局主导的“持久光学无线能量中继”项目完成激光无线输电实验，创下该技术迄今最远传输纪录。2026年5月，中国“逐日工程”取得关键突破，验证了多目标动态微波无线传能的可行性，为空间太阳能电站建设奠定了关键技术基础。
全球首个在轨光能无线传输网络取得新进展。美国Star Catcher Industries公司正在构建在轨光能无线传输网络，通过光学波束在轨道上捕获太阳能，按需向卫星和航天器无线输送能量，可在不要求客户航天器改装或定制接收装置的情况下提供按需供电。
微型放射性同位素电池为极端环境提供长周期能源方案。美国国防部高级研究计划局资助的“辐射转瓦特”项目取得重要进展，密苏里大学牵头的联合团队正致力于开发新型微型放射性同位素电池。该技术利用放射性材料衰变释放的高能带电粒子轰击半导体结区产生电流，无需外部充电，也不依赖光照条件。团队创新性地采用氧化镓作为半导体材料，其具有更强的耐辐射特性。俄罗斯计划于2030年代中期在月球部署核电站，将陆基小型堆改进为适配月面真空环境的反应堆，采用铅铋冷却技术。
（五）
新型催化与能源转化技术不断涌现
在光催化制氢领域，西班牙瓦伦西亚理工大学和武汉理工大学合作提出非晶化诱导的自歧化策略。研究发现，非晶化处理使硼化镍材料内部形成了两类不同功能的活性位点。一类利于氢的吸附，另一类则促进氢的脱附，两者在纳米尺度上紧密配合，大幅提升了催化效率。在二氧化碳资源化利用方面，沙特阿卜杜拉国王科技大学开发了基于单晶氧化镁负载镍—钼合金纳米颗粒的催化剂，实现了公斤级批量合成，并构建了“热解—重整”两步工艺，可将PET、聚苯乙烯、聚乙烯等废弃物直接转化为合成气。在能源转化技术之外，一种新型制冷技术的突破同样值得关注。中国科学院金属研究所研究团队首次发现“溶解压卡效应”，通过压力调控硫氰酸铵溶液的溶解与析出过程实现制冷——加压时盐析出并放热，卸压后盐迅速溶解并强力吸热，室温下溶液温度可在短时间内骤降近30摄氏度。
七、总结与展望
全球能源技术创新正进入多技术路线协同突破、体系化竞争加速的关键时期。综合前述分析，可以形成以下四个方面的判断。
一是数智技术深度赋能，创新竞争格局加速分化。人工智能、数字孪生、虚拟电厂等技术正从示范走向规模化推广。如何平衡新技术应用与能源可持续发展，推动产业深度融合与协同共进，是各国共同面对的重要课题。能源技术创新与数字化正成为新一轮电力发展竞争的重要领域。全球能源互联网发展合作组织发布《全球电力发展指数（2026）》报告显示，美国、中国、德国在电力领域技术创新的全球领导地位突出。不少发展中国家仍面临数智化水平较低的问题，非洲、中南美洲技术创新专项指数与北美洲发达区域分值的差距超过20分。技术鸿沟若不能有效弥合，将进一步拉大南北电力发展差距。数字化、智能化技术赋能正深刻重塑电力系统的设计理念、运行模式与优化框架。人工智能已在潮流计算、负荷预测、故障自愈、需求响应等关键环节实现应用，逐步成为电力系统高效运行的重要支撑。例如，基于人工智能的电网调度系统可将高比例新能源条件下的实时调度优化周期大幅压缩，显著提升系统调控的精度与响应速度。同时，依托大数据平台的故障监测与识别能力不断提升，推动电网运行控制能力实现由经验驱动向数据驱动的跨越式提升。
二是供应链韧性成为核心议题，多元化布局加速推进。能源技术制造的地理格局高度集中，供应链安全风险正从理论推演变为现实挑战。主要经济体普遍将关键矿产和能源技术供应链提升至国家安全高度，投资本土制造、建立战略储备、寻求多元化来源成为共同选择。预计未来5至10年，发达经济体在全球清洁能源技术制造投资中的占比将明显提升，中国之外的新增产能加速释放。在全球产业布局重构过程中，产能从集中走向分散，既是提升韧性的必要之举，也意味着成本上升和效率损耗。对各国而言，如何平衡成本竞争力与供应链安全，如何通过战略合作实现优势互补而非简单脱钩，是需要审慎把握的课题。
三是多技术路线协同突破，新兴领域竞争日趋激烈。能源技术正处于多个方向同时加速突破的密集创新期。钙钛矿光伏进入产业化前夜，深远海漂浮式风电从示范走向规模化部署，长时储能技术路线多元并进，绿色氢氨醇正打通全产业链条。在能源前沿领域，量子电池、人工光合作用、无线能量传输、新型催化与能源转化等方向不断涌现新的技术突破。各主要经济体纷纷加大在先进核能、可控核聚变、新型储能等方向上的研发投入和产业布局。技术路线尚未完全锁定、标准体系仍持续迭代，技术与产业窗口期特征明显，谁能率先在关键领域实现体系化突破，谁就更有可能在未来竞争中掌握主动。
四是能源安全逻辑重塑创新格局，国际合作与规则博弈加深。能源安全已超越成本与减排目标，成为驱动全球能源创新的首要因素。各主要国家围绕能源科技的竞争已从单一技术比拼升级为“技术—产业—规则”一体化的体系博弈。围绕碳边境调节、关键矿产管制、技术标准制定等规则主导权的竞争将持续加剧。与此同时，气候变化的全球属性和能源技术的公共产品特征，决定了开放合作仍是不可替代的路径。对新兴经济体而言，弥合与发达国家的技术鸿沟、提升能源系统数智化水平，是参与全球能源治理和规则塑造的基础前提。随着全球能源转型进入深水区，技术、产业、规则的交织博弈将深刻影响未来国际能源格局的演变方向。如何在复杂环境中找准定位、统筹安全与发展，是各国需要持续面对的重大命题。（中能传媒能源安全新战略研究院 邱丽静）
责任编辑：江蓬新
