2023年12月20日，中國工程院、科睿唯安公司與高等教育出版社在京聯(lián)合發(fā)布《全球工程前沿2023》報(bào)告。其中，“長時(shí)大規(guī)模儲(chǔ)熱及熱機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)”作為能源與礦業(yè)工程領(lǐng)域Top 12工程開發(fā)前沿逐年核心專利公開量成功入選。
《全球工程前沿2023》報(bào)告對(duì)“長時(shí)大規(guī)模儲(chǔ)熱及熱機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)”闡述如下：
儲(chǔ)熱及熱機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)是一種基于熱質(zhì)傳遞輸運(yùn)和熱功可逆轉(zhuǎn)化的能量存儲(chǔ)技術(shù)，可從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的角度實(shí)現(xiàn)能量的長時(shí)跨季節(jié)規(guī)模化存儲(chǔ)，具有能量密度高、利用方式靈活、綜合效率高、成本可控等優(yōu)點(diǎn)，是推動(dòng)碳中和目標(biāo)下能源綠色轉(zhuǎn)型、構(gòu)建以新能源為主體的零碳電力系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。儲(chǔ)熱技術(shù)包括顯熱儲(chǔ)熱、相變儲(chǔ)熱和熱化學(xué)儲(chǔ)熱，熱機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)涵蓋壓縮空氣/二氧化碳儲(chǔ)能、液化空氣/二氧化碳儲(chǔ)能和卡諾電池(也稱熱泵儲(chǔ)電)。
主要技術(shù)方向包括：儲(chǔ)熱與傳熱傳質(zhì)多尺度耦合機(jī)制的構(gòu)建方法;儲(chǔ)熱材料物理化學(xué)性質(zhì)的主動(dòng)調(diào)控策略;安全高效封裝與隔熱材料的開發(fā)與制備;基于拓?fù)鋬?yōu)化理論和AI算法的儲(chǔ)熱裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù);極端溫度、壓力條件下的高等熵效率壓縮與膨脹技術(shù);儲(chǔ)熱及熱機(jī)械儲(chǔ)能系統(tǒng)的熱力學(xué)與經(jīng)濟(jì)性分析;儲(chǔ)熱及熱機(jī)械儲(chǔ)能系統(tǒng)的多場景智慧運(yùn)行調(diào)控技術(shù)。
發(fā)展趨勢(shì)包括：①材料層面，在綜合考慮儲(chǔ)熱材料熱物性、腐蝕性和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上開展新型復(fù)合儲(chǔ)熱材料的主動(dòng)設(shè)計(jì)與制備;②裝備層面，與3D打印等增材制造技術(shù)相結(jié)合，研發(fā)明確目標(biāo)下具備相應(yīng)高自由度結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)熱與動(dòng)力裝備;③系統(tǒng)層面，將儲(chǔ)熱及熱機(jī)械儲(chǔ)能系統(tǒng)同零碳電力系統(tǒng)、零碳燃料系統(tǒng)相融合，拓展為可提供靈活能源方案的智慧能源系統(tǒng)。
據(jù)介紹，《全球工程前沿2023》報(bào)告由中國工程院全球工程前沿項(xiàng)目組編制，主要圍繞機(jī)械與運(yùn)載工程，信息與電子工程，化工、冶金與材料工程，能源與礦業(yè)工程，土木、水利與建筑工程，環(huán)境與輕紡工程，農(nóng)業(yè)，醫(yī)藥衛(wèi)生和工程管理9個(gè)領(lǐng)域，共研判93項(xiàng)工程研究前沿和94項(xiàng)工程開發(fā)前沿。
2023全球工程前沿呈現(xiàn)三大特征。一是，新興前沿持續(xù)演進(jìn)：新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革深入發(fā)展，機(jī)器人、大模型、量子芯片、合成生物學(xué)、泛基因組等新興技術(shù)不斷突破，為全球科技和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新提供新動(dòng)能。二是，交叉前沿融合創(chuàng)新：學(xué)科交叉融合持續(xù)推進(jìn)，人工智能、機(jī)器人、可再生能源等新技術(shù)加速向各領(lǐng)域滲透融合，邁向智能化、無人化、精準(zhǔn)化、低碳化，催生全球科技和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展新模式。三是，應(yīng)用前沿深入發(fā)展：以應(yīng)用場景驅(qū)動(dòng)，以解決復(fù)雜問題為導(dǎo)向，多目標(biāo)協(xié)同、多維度兼顧，統(tǒng)籌局部與整體、本體和環(huán)境、數(shù)量和質(zhì)量、品質(zhì)和效率，拓展全球科技與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的新格局。
工程前沿是指對(duì)工程科技未來發(fā)展有重大影響和引領(lǐng)作用的關(guān)鍵方向，是培育工程科技創(chuàng)新能力的重要指引，具有前瞻性、先導(dǎo)性和探索性的特征。根據(jù)前沿所處的創(chuàng)新階段，工程前沿可分為側(cè)重理論探索的工程研究前沿和側(cè)重實(shí)踐應(yīng)用的工程開發(fā)前沿。全球工程前沿研究采用專家與數(shù)據(jù)多輪交互、迭代遴選研判的方法開展。
據(jù)悉，2017年以來，中國工程院每年組織開展全球工程前沿研究項(xiàng)目，依托中國工程院9個(gè)學(xué)部和中國工程院《工程》系列期刊研究團(tuán)隊(duì)，研判并發(fā)布當(dāng)年全球近百項(xiàng)工程研究前沿和工程開發(fā)前沿，每年發(fā)布中英文全球工程前沿報(bào)告，以期發(fā)揮學(xué)術(shù)引領(lǐng)作用，引導(dǎo)工程科技和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。
