以可再生能源、先進核能、氫能、儲能技術為代表的碳零排關鍵技術是實現(xiàn)碳中和的關鍵抓手，是建設低碳綠色能源體系、實現(xiàn)碳中和目標的核心工作。

　　（1）高比例可再生能源系統(tǒng)被廣泛認為是引領全球能源向綠色低碳轉型的主體。構建高比例可再生能源系統(tǒng)，需要突破可再生能源高效、低成本、規(guī)模化開發(fā)利用的系列關鍵科學與技術前沿熱點問題，主要包括：先進可再生能源、靈活友好并網(wǎng)、新一代電力系統(tǒng)、多能互補與供需互動等關鍵核心技術。未來可再生能源利用將朝著多能互補、冷熱電聯(lián)產(chǎn)與綜合利用方向發(fā)展。可再生能源在能源結構中的比重日益增加，預計到2025年可再生能源將成為世界第一大電力來源，到2050年占到發(fā)電量的近90%、能源供應總量的2/3。其中，重點科技研發(fā)方向包括：以高效低成本光伏發(fā)電、人工光合系統(tǒng)制燃料與化學品為代表的新興技術；大型風電機組及部件關鍵技術、基于大數(shù)據(jù)的風電場設計與運維關鍵技術、大型風電機組測試關鍵技術，以及海上風電場設計、建設及開發(fā)成套關鍵技術等；高品位生物質(zhì)能轉化技術、生物質(zhì)能清潔制備與高效利用技術、能源植物基因重組育種、生物油精制原理、生物學系統(tǒng)氫能轉換原理等。

　　（2）先進裂變堆研發(fā)及聚變堆實驗突破推進核能邁向安全高效可持續(xù)發(fā)展道路。先進核裂變能前沿熱點方向主要集中在開發(fā)固有安全特性的第四代反應堆系統(tǒng)、燃料循環(huán)利用及廢料嬗變堆技術。可控核聚變前沿熱點研究方向則主要聚焦等離子體理論研究、耐受強中子輻射和高熱負荷材料開發(fā)和示范堆概念設計方面等主題研究。預計2030年前后，部分成熟的四代堆（如鈉冷快堆）將走向市場，之后逐漸擴大規(guī)模。磁約束可控核聚變預計2030年左右完成實驗堆的建設和滿功率運行，2050年左右示范堆的工程設計及商業(yè)堆的預研和評估工作有望開展。

　　（3）氫能是未來碳中和社會技術、產(chǎn)業(yè)競爭新的制高點。前沿熱點方向包括：可再生能源電解制氫等綠色制氫技術，更高效、易運輸儲氫技術與基礎設施網(wǎng)絡建設，以及基于氫能的新型復合系統(tǒng)概念研究及驗證等。目前，可再生能源電解水制氫尚處于示范階段，太陽能光解水制氫等前沿技術仍處于實驗室開發(fā)階段；預計到2030年可再生能源電解水制氫技術將大規(guī)模部署，具備與藍氫（配備碳捕集的化石燃料制氫）成本相當?shù)母偁幜ΑＮ磥須淠軕弥饾u向靈活、高效的多能融合場景發(fā)展。

　　（4）下一代新型電化學儲能技術正處在一個重要突破關口。前沿熱點方向包括：開發(fā)全固態(tài)鋰電池、金屬-空氣電池、新概念化學電池等潛在顛覆性技術；重點開展充放電循環(huán)反應機理研究、中間產(chǎn)物認知、界面優(yōu)化、新概念電池材料體系開發(fā)。未來電池儲能研究繼續(xù)向高能量密度、高比功率、快速響應、高安全性、長壽命電池材料發(fā)展。預計到2025年前動力電池單體能量密度達400 Wh/kg，2030年達到500 Wh/kg，并加速開發(fā)下一代鋰離子動力電池和新體系動力電池。最終實現(xiàn)在21世紀中葉前廣泛應用長壽命、低成本、高能量密度、高安全和易回收的新型電化學儲能技術。

　　（5）多能融合能源系統(tǒng)是各國低碳轉型新的戰(zhàn)略競爭焦點。前沿熱點方向是解決能源的綜合互補利用、多能系統(tǒng)規(guī)劃設計，運行管理、能源系統(tǒng)智慧化等重大科技問題，以及開發(fā)多能互補系統(tǒng)變革性技術等。構建多能融合綜合能源系統(tǒng)是能源發(fā)展大勢所趨，攻克能源生產(chǎn)、輸配、存儲、消費等環(huán)節(jié)的多能耦合和優(yōu)化互補核心技術，發(fā)展變革性智能化綠色過程技術體系，支撐高碳行業(yè)流程再造，解決能源轉化和工業(yè)生產(chǎn)過程的高能耗高排放難題，保障能源利用與生態(tài)文明同步協(xié)調(diào)發(fā)展。