一、引言能源對(duì)于任何現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)體而言都是至關(guān)重要的，其使社會(huì)所需的照明、烹飪、采暖與制冷、運(yùn)輸以及大部分商品的工業(yè)化生產(chǎn)成為可能。因此，獲得可靠、經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代能源服務(wù)成為全世界各機(jī)構(gòu)、政府及行業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。2015年，聯(lián)合國報(bào)道世界上最富裕的國家超過12.5億人享受到現(xiàn)代能源服務(wù)普及帶來的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和人口健康福利。而貧困國家超過30億人無法充分獲得合理的能源服務(wù)，無法滿足其最基本的需求。近來，中國實(shí)現(xiàn)了從能源貧乏到能源普及的轉(zhuǎn)變，是其他國家的典范。2000—2016年間，中國一次能源消耗增長三倍、推動(dòng)國內(nèi)生產(chǎn)總值增長近十倍即是最好的證明。但是，能源轉(zhuǎn)型帶來的不僅是巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，還有一系列的環(huán)境問題。這些環(huán)境問題使這一轉(zhuǎn)變的可持續(xù)性受到了質(zhì)疑。

二、能源過渡與可持續(xù)性現(xiàn)代能源服務(wù)以豐富的低成本化石燃料為支撐，化石燃料屬于能量密集型可運(yùn)輸、可儲(chǔ)存的燃料，可隨時(shí)轉(zhuǎn)化成有用的能源載體（如電和燃料等），用于烹飪、采暖和運(yùn)輸。2016年，化石燃料占全球一次能源總消耗量的85%以上，在中國甚至更高，達(dá)到87%?；剂系睦脤?dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境問題，尤其是煙氣中顆粒產(chǎn)生的空氣污染以及燃燒排放二氧化碳引起的氣候變化。盡管嚴(yán)重的空氣污染問題可通過現(xiàn)代技術(shù)得以避免，但二氧化碳的產(chǎn)生和排放卻對(duì)化石燃料的利用提出了更大挑戰(zhàn)。因此，最近有關(guān)能源的研究大多出自對(duì)能源經(jīng)濟(jì)脫碳的急切需求。工程師則關(guān)注如何設(shè)計(jì)出能夠讓日益增長的全球人口獲得可靠、實(shí)惠的能源服務(wù)，而不引起氣候變化的低碳能源體系。這方面的研究可按以下四大主要類別進(jìn)行劃分：（1）能源安全；（2）減少與化石燃料利用相關(guān)的二氧化碳排放；（3）零碳能源體系；（4）能源經(jīng)濟(jì)體系分析。（一）能源安全能源安全是各國經(jīng)濟(jì)彈性的關(guān)鍵。資源枯竭以及對(duì)進(jìn)口的依賴威脅著當(dāng)前的能源安全。工程師傾向于通過不依賴于稀缺資源的替代性技術(shù)加強(qiáng)能源安全性。可再生能源為這一思路提供了選擇。本期的幾篇文章提到了能源安全，其中大部分針對(duì)的是可再生能源以及二氧化碳減排問題。其中有兩篇文章盡管并非關(guān)于可再生能源，但其特別關(guān)注加強(qiáng)中國能源安全的契機(jī)。王金華與黃曾華的《我國煤礦智能化采煤技術(shù)的最新發(fā)展》一文中揭示了煤礦自動(dòng)化的最新動(dòng)態(tài)，包括智能機(jī)器、信息技術(shù)以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和自動(dòng)化，這些都提高了采煤的生產(chǎn)力和效率，對(duì)中國能源安全產(chǎn)生了積極的影響。劉進(jìn)勛等的《費(fèi)托合成催化劑的尺寸與晶相效應(yīng)》一文即是受到中國對(duì)石油進(jìn)口的依賴以及中國煤炭資源較石油資源豐富的激勵(lì)而做出的探討。該研究旨在提高煤炭、天然氣或生物質(zhì)產(chǎn)生的合成氣轉(zhuǎn)換成運(yùn)輸燃料的轉(zhuǎn)換效率和降低成本。（二）減少與化石燃料利用相關(guān)的二氧化碳排放減少化石燃料排放的方法有三種。第一種是提高一次能源資源向能源載體轉(zhuǎn)換作生產(chǎn)性使用的生產(chǎn)和轉(zhuǎn)換效率。這在很大程度上受私營部分推動(dòng)，尤其是工程、建設(shè)和制造類企業(yè)的推動(dòng)。工程院院士的工作更側(cè)重于不同配置的碳捕集與封存（CCS）。Cook在本期的《碳捕集和封存技術(shù)研究開發(fā)及未來清潔能源行業(yè)部署——澳大利亞在過去20年中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)》一文中明確闡述了CCS所起的減排作用以及該技術(shù)滿足全球減排目標(biāo)、應(yīng)對(duì)部署挑戰(zhàn)、符合國際協(xié)作需求的可能性。地質(zhì)學(xué)家和石油工程師專注于研究如何確保地質(zhì)油氣藏中超臨界二氧化碳長期儲(chǔ)存的成本效益?；瘜W(xué)工程師和機(jī)械工程師則傾向于把注意力放在提高從燃煤電廠、燃?xì)怆姀S以及鋼鐵生產(chǎn)和水泥制造的高爐等產(chǎn)生的工業(yè)氣體流中分離出二氧化碳的效率并降低成本。盡管目前大部分二氧化碳捕集裝置利用胺吸附作用分離二氧化碳，但膜分離技術(shù)仍然被視為降低二氧化碳捕集成本和能量消耗的新契機(jī)。在本期的《二氧化碳選擇性聚環(huán)氧乙烷基薄膜的發(fā)展——從實(shí)驗(yàn)室到中試規(guī)?！芬晃闹袌?bào)道了展示柔性高分子膜后取得的鼓舞人心的成果。（三）零碳能源體系大量可再生資源以及核能提供了（幾乎）零碳能源服務(wù)。風(fēng)、太陽、水、地?zé)?、海洋甚至生物質(zhì)提供了各種機(jī)會(huì)，尤其是在電力生產(chǎn)方面。目前，水和核能對(duì)全球電力生產(chǎn)的貢獻(xiàn)最大，分別為16%和10.5%，其次是風(fēng)（3.8%）和太陽（1.4%），其余為生物質(zhì)、地?zé)岷秃Ｑ?，共?jì)2.3%。受公眾的有力支持和金融激勵(lì)措施驅(qū)動(dòng)，可再生能源發(fā)電（尤其是風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電）的前景似乎比核能發(fā)電更好。這些領(lǐng)域同樣得到研究結(jié)果的有力支持。激勵(lì)措施、規(guī)?；a(chǎn)以及研究成果的共同作用，使風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電的成本大幅下降，因而，大部分預(yù)測均表明太陽能和風(fēng)能發(fā)電會(huì)取得重大進(jìn)展。太陽能發(fā)電技術(shù)主要有兩項(xiàng)——光伏和太陽熱能，其中，光伏為電力部署做出了重大貢獻(xiàn)。風(fēng)電（尤其是陸上風(fēng)電應(yīng)用）是一項(xiàng)成熟技術(shù)，目前的創(chuàng)新主要集中在擴(kuò)大風(fēng)力渦輪規(guī)模以及增強(qiáng)電力捕捉和必要時(shí)管理分區(qū)停電的控制方式。Yuan和Tang在本期的《風(fēng)機(jī)捕集能量和降低負(fù)荷使用的先進(jìn)控制方法》一文中探討了多元控制方法的近期發(fā)展，以優(yōu)化電力捕捉和降低負(fù)載，來平衡電力系統(tǒng)與可變風(fēng)力資源。太陽能光伏技術(shù)部署主要在基于硅晶片的太陽能電池。預(yù)計(jì)太陽能的快速吸收有可能暴露與靈活性不足和形狀因子相關(guān)的局限性以及材料供應(yīng)鏈存在的缺陷。大量研究工作專注于能夠代替基于硅晶片的光伏發(fā)電的潛在方案，主要集中在將銅銦鎵硒（CIGS）半導(dǎo)體超薄涂層應(yīng)用于玻璃或高分子基材上的薄膜光伏電池。《堿金屬摻雜對(duì)CIGS薄膜及電池器件的影響》一文和《基于Cu(In,Ga)Se2的低成本薄膜光伏技術(shù)的進(jìn)展》一文追溯了銅銦鎵硒太陽能電池的發(fā)展歷史和效益，以及隨著時(shí)間推移其性能的改善情況。風(fēng)能和太陽能的主要挑戰(zhàn)是供應(yīng)狀況多變以及發(fā)電的間歇性，隨著可再生能源占比的增加，對(duì)系統(tǒng)可靠性和成本造成了負(fù)面影響。蓄能已經(jīng)成為研究人員、決策人員以及電力企業(yè)致力解決間歇性問題關(guān)注最多的方面。蓄能技術(shù)涉及以高位儲(chǔ)水（抽水蓄能）和地下多孔水庫中壓縮空氣的形式將電力轉(zhuǎn)化成勢能，以及以機(jī)械飛輪的形式轉(zhuǎn)化成動(dòng)能或轉(zhuǎn)化成化學(xué)能。大多數(shù)蓄能研究的重心在于將電化學(xué)能儲(chǔ)存在電池、電容器和燃料電池當(dāng)中。抽水蓄能是目前最具規(guī)模且實(shí)惠的蓄能方案。左志鋼和劉樹紅在本期的《中國水泵水輪機(jī)流動(dòng)不穩(wěn)定性研究》一文中歸納總結(jié)了抽水蓄能在中國的影響，并探討了部分與水力不穩(wěn)定相關(guān)的性能問題，這些對(duì)抽水蓄能裝置的性能產(chǎn)生了不利影響。（四）能源經(jīng)濟(jì)體系分析能源體系分析的研究領(lǐng)域描述能源體系的發(fā)展和模型化并進(jìn)行各體系經(jīng)濟(jì)競爭力分析。這些研究側(cè)重于具體的技術(shù)機(jī)遇或從行業(yè)、區(qū)域、國別甚至全球角度綜合評(píng)價(jià)能源過渡情況。世界上一些研究小組將能源、環(huán)境趨勢以及整體經(jīng)濟(jì)聯(lián)系起來綜合評(píng)價(jià)。陳進(jìn)行在本期的《基于碳排放達(dá)峰約束的2030年中國能源供需模型及實(shí)證研究》一文中即以此類研究為范例。該文鑒于中國對(duì)減緩氣候變化做出的國際承諾，考慮到中國關(guān)鍵人口動(dòng)態(tài)、經(jīng)濟(jì)、能源彈性以及經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)（第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、服務(wù)業(yè)和工業(yè)等）的轉(zhuǎn)變，提出一次能源的技術(shù)和燃料組合方案。三、總結(jié)能源服務(wù)對(duì)任何現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)體都至關(guān)重要，它支撐著人類福祉和經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)力。迄今為止，由化石燃料支撐的現(xiàn)代能源服務(wù)，造成了嚴(yán)重的環(huán)境后果——