以可再生能源、先进核能、氢能、储能技术为代表的碳零排关键技术是实现碳中和的关键抓手，是建设低碳绿色能源体系、实现碳中和目标的核心工作。

　　（1）高比例可再生能源系统被广泛认为是引领全球能源向绿色低碳转型的主体。构建高比例可再生能源系统，需要突破可再生能源高效、低成本、规模化开发利用的系列关键科学与技术前沿热点问题，主要包括：先进可再生能源、灵活友好并网、新一代电力系统、多能互补与供需互动等关键核心技术。未来可再生能源利用将朝着多能互补、冷热电联产与综合利用方向发展。可再生能源在能源结构中的比重日益增加，预计到2025年可再生能源将成为世界第一大电力来源，到2050年占到发电量的近90%、能源供应总量的2/3。其中，重点科技研发方向包括：以高效低成本光伏发电、人工光合系统制燃料与化学品为代表的新兴技术；大型风电机组及部件关键技术、基于大数据的风电场设计与运维关键技术、大型风电机组测试关键技术，以及海上风电场设计、建设及开发成套关键技术等；高品位生物质能转化技术、生物质能清洁制备与高效利用技术、能源植物基因重组育种、生物油精制原理、生物学系统氢能转换原理等。

　　（2）先进裂变堆研发及聚变堆实验突破推进核能迈向安全高效可持续发展道路。先进核裂变能前沿热点方向主要集中在开发固有安全特性的第四代反应堆系统、燃料循环利用及废料嬗变堆技术。可控核聚变前沿热点研究方向则主要聚焦等离子体理论研究、耐受强中子辐射和高热负荷材料开发和示范堆概念设计方面等主题研究。预计2030年前后，部分成熟的四代堆（如钠冷快堆）将走向市场，之后逐渐扩大规模。磁约束可控核聚变预计2030年左右完成实验堆的建设和满功率运行，2050年左右示范堆的工程设计及商业堆的预研和评估工作有望开展。

　　（3）氢能是未来碳中和社会技术、产业竞争新的制高点。前沿热点方向包括：可再生能源电解制氢等绿色制氢技术，更高效、易运输储氢技术与基础设施网络建设，以及基于氢能的新型复合系统概念研究及验证等。目前，可再生能源电解水制氢尚处于示范阶段，太阳能光解水制氢等前沿技术仍处于实验室开发阶段；预计到2030年可再生能源电解水制氢技术将大规模部署，具备与蓝氢（配备碳捕集的化石燃料制氢）成本相当的竞争力。未来氢能应用逐渐向灵活、高效的多能融合场景发展。

　　（4）下一代新型电化学储能技术正处在一个重要突破关口。前沿热点方向包括：开发全固态锂电池、金属-空气电池、新概念化学电池等潜在颠覆性技术；重点开展充放电循环反应机理研究、中间产物认知、界面优化、新概念电池材料体系开发。未来电池储能研究继续向高能量密度、高比功率、快速响应、高安全性、长寿命电池材料发展。预计到2025年前动力电池单体能量密度达400 Wh/kg，2030年达到500 Wh/kg，并加速开发下一代锂离子动力电池和新体系动力电池。最终实现在21世纪中叶前广泛应用长寿命、低成本、高能量密度、高安全和易回收的新型电化学储能技术。

　　（5）多能融合能源系统是各国低碳转型新的战略竞争焦点。前沿热点方向是解决能源的综合互补利用、多能系统规划设计，运行管理、能源系统智慧化等重大科技问题，以及开发多能互补系统变革性技术等。构建多能融合综合能源系统是能源发展大势所趋，攻克能源生产、输配、存储、消费等环节的多能耦合和优化互补核心技术，发展变革性智能化绿色过程技术体系，支撑高碳行业流程再造，解决能源转化和工业生产过程的高能耗高排放难题，保障能源利用与生态文明同步协调发展。