“创新使命”倡议于2015年11月在联合国气候变化巴黎大会上提出，是通过面向行动的合作解决清洁能源创新的主要政府间平台。2021年11月9日，“创新使命第二阶段”（Mission Innovation 2.0）启动的“绿色电力未来使命”^[1]发布了《全球创新优先事项联合路线图》^[2]，提出了未来十年的清洁电力技术研发路线图，确定了17个研发主题的100项创新优先事项，以推进清洁电力技术发展，促进全球能源转型。该路线图聚焦以下3个领域。

一、可负担和可靠的波动性可再生能源

1、需实现的关键突破。该领域由中国主导，旨在降低波动性可再生能源成本并提高其在各种气候和系统配置下的效率、弹性和可靠性。预期实现如下突破：

（1）新型光伏技术突破29%的效率极限，光伏电池和系统能够在不同气候和极端天气事件中提供高效、低成本和高可靠性的电力。

（2）海上风电技术，包括10~20兆瓦的风力涡轮机和浮动式风电场，其效率和发电成本接近陆上风电，以实现在海岸线、岛屿、海上平台的广泛部署。

（3）改进预测工具，使其误差率低于6%，并可提前24小时提供光伏和风力发电机组发电能力的可靠估计。

（4）示范基于波动性可再生能源的岛屿和离网应用，实现高达100%的波动性可再生能源供电以及供热、海水淡化和/或制氢。示范光伏和风电高效并网和电网支持的新技术和硬件。

2、研发创新面临的主要障碍。复杂条件下运行的轻量新型风力涡轮机开发缓慢；浮动式海上风电技术尚未商业化，无法覆盖位于深海的大量海上风能资源；在特定气候和极端天气条件下确保光伏发电性能的相关挑战；恶劣环境下太阳电池板的退化；可高效运行的浮动式光伏发电的设计挑战，以及该行业缺乏系泊专家；缺乏对波动性可再生能源发电模式的准确预测，无法进行可靠调度。

3、分阶段创新优先事项

（1）新型光伏技术。包括9项创新优先事项：近期（3年内，以下同）6项，包括高效太阳电池及模块开发，光伏模块和系统的可靠性评估，光伏系统的软件和数据开发（有望示范），太阳电池和模块的回收和生态设计，农业光伏技术（可实现示范），确保可持续发展的光伏生态研究（可实现示范）；中期（4~6年，以下同）3项，包括可负担且可定制的建筑集成光伏（可实现示范）、浮动式光伏技术（可实现示范）、太阳能资源的气候变化影响。

（2）海上风电。包括6项创新优先事项：近期2项，包括浮动式海上风力涡轮机开发（可实现示范），海上风电场的智能控制、运行和维护（可实现示范）；中期3项，包括大型海上风力涡轮机开发，海上风电场的建模、仿真和分析，风力涡轮机回收及退役管理；远期（7~10年，以下同）1项，即开发专用型海上风电（可实现示范）。

（3）集成可再生能源。包括5项创新优先事项：近期2项，包括改进大规模集成可再生能源的系统可靠性和稳定性，开发电网边缘的分布式综合可再生能源系统（可实现示范）；中期2项，包括增强高比例波动性可再生能源发电的智能预测方法，集成可再生能源的新控制架构、建模和能量管理；远期1项，即将电力转化为多种能源载体（Power-to-W）与可再生能源集成技术结合（可实现示范）。

（4）海上电力系统。包括4项创新优先事项：中期2项，包括高比例波动性可再生能源孤岛电力系统（有望示范），电力、供热/制冷和交通的离网系统集成（可实现示范）；远期2项，包括远程微电网（可实现示范），小、中型风力涡轮机的远程应用。

（5）储能供应链、回收和再利用。包括8项创新优先事项：近期5项，包括电池生命周期分析和电池监测、测试和回收，电池回收和再利用设计（有望示范），创新储能技术（有望示范），降低整个电池供应链的供应成本，电化学储能的安全性评价；中期2项，包括电池评估的新型高性能方法，储能技术的示范、应用及经济性分析（可实现示范）；远期1项，即电池智能传感器。

（6）系统稳定性技术。包括4项创新优先事项：近期3项，包括光伏、风能并网装置，基于逆变器的电网支持技术（有望示范），通过中/低压直流可再生能源系统增强系统稳定性和效率（有望示范）；中期1项，即电网集成波动性可再生能源的稳定性评价和增强策略。

二、系统灵活性及市场设计

1、需实现的关键突破。该领域由意大利主导，旨在提高系统灵活性，在考虑相关市场和监管影响的同时开发所需的解决方案。预期实现如下突破：

（1）通过快速储备、频率响应、电压调节和惯性服务（1秒内完全激活，持续时间小于15分钟）为系统提供短期灵活性，以应对波动性可再生能源的短期变化和突发事件引起的系统不平衡。

（2）提升电力系统中期灵活性以应对波动性可再生能源的自然变化、需求/供应预测误差以及几分钟到几小时的电网堵塞。

（3）提升长期灵活性以应对波动性可再生能源的季节性变化，以及广阔区域内风能和太阳能持续数天的低可用性问题。

2、研发创新面临的主要障碍。基于逆变器的电力系统集成高比例波动性可再生能源具有潜在不稳定性；无法使用通用的数字和网络安全数据共享工具和控制平台，使系统运营商无法处理大量资源；监管框架和市场规则抑制了灵活性市场，阻碍了波动性可再生能源资产所有者、聚合商、最终用户等更广泛参与；配电和输电系统运营商在管理不同灵活性来源方面缺乏合作。

3、分阶段创新优先事项

（1）灵活发电。包括3项创新优先事项：近期2项，包括增强波动性可再生能源的灵活性和发电量（有望示范），进一步开发水力发电和抽水蓄能的灵活性（可实现示范）；中期1项，即增强低碳灵活性发电技术。

（2）电网灵活性。包括5项创新优先事项：近期3项，包括创新组件和动态输送容量（可实现示范），多端高压直流互连技术和控制（有望示范），增强控制室和自动决策系统（可实现示范）；中期2项，包括电网灵活性相关电力电子设备（可实现示范），基于转换器系统的新型自动化保护方案（可实现示范）。

（3）系统稳定性和灵活运行。包括10项创新优先事项：近期5项，包括高比例波动性和再生能源系统的稳定性评价（有望示范），通过输、配电系统运营商的增强型协同平台优化灵活性时长（可实现示范），创新的频率和非频率辅助服务规范（可实现示范），配电系统运营商灵活性管理工具和解决方案（可实现示范），输电系统和配电系统运营商增强电网和分布式可再生能源系统的可观察性（有望示范）；中期5项，包括缓解系统短路功率下降的解决方案（可实现示范），波动性可再生能源系统的黑启动能力评估，系统危急情况的早期识别（有望示范），考虑需求侧灵活性的优化平衡程序，建立灵活性服务基础。

（4）集成储能。包括7项创新优先事项：近期5项，包括储能系统新设备的需求和要求评估（有望示范），用于创新灵活性装置的公用事业规模储能系统（可实现示范），多装置储能系统的能量管理评估（可实现示范），优化储能技术及规格选择的工具，确定阻碍储能系统大规模部署的主要障碍；中期1项，即用于灵活性服务的用户侧电池（可实现示范）；远期1项，即燃料电池和燃料电池-储能电池混合系统集成。

（5）需求侧和电动汽车灵活性。包括7项创新优先事项：近期6项，包括需求侧可用灵活性的确定方法（可实现示范），利用商业和住宅建筑灵活性潜力（可实现示范），终端用户需求响应的智能控制设备（有望示范），需求响应、电动汽车设备和电网影响评估（有望示范），优化智能充电和车辆到电网（V2G）管理的工具，灵活性设备对电动汽车电池的影响评估（可实现示范）；中期1项，即开发工业部门的灵活性潜力（可实现示范）。

（6）灵活系统规划。包括5项创新优先事项：近期5项，包括集成输配电规划工具，可优化定位灵活性资源的规划工具箱（有望示范），用于灵活性解决方案和系统服务的新型规划策略和方法（有望示范），用于运行、防护和恢复的新型决策支持系统（有望示范），电动汽车充电基础设施规划和部署（可实现示范）。

（7）市场、商业模式和监管框架。包括11项创新优先事项：近期8项，包括用于波动性可再生能源和储能提供的创新辅助服务的灵活性市场（有望示范），新型本地能源和辅助服务市场（有望示范），灵活性资源的商业模式和监管框架（可实现示范），可利用电动汽车灵活性的市场准入规则和入网电价方案，促进终端用户提供灵活性的监管解决方案（可实现示范），基于输出的监管以激励电网灵活性开发（有望示范），通过有效的价格信号影响用户的短期、长期行为（有望示范），创新技术和所需行为改变的社会接受（有望示范）；中期3项，包括增加电力市场的时间和空间粒度（有望示范），有利于部门融合的市场架构（可实现示范），产销合一者和新市场参与者的影响评估（有望示范）。

（8）部门融合的灵活性。包括4项创新优先事项：近期4项，包括部门融合的灵活性评估（可实现示范），优化综合能源系统的规划和运行（有望示范），Power-to-X（如转化为氢能等）的灵活性潜力评估（可实现示范），区域供热/制冷和储热系统（有望示范）。

三、促进系统集成的数据和数字化方案

1、需实现的关键突破。该领域由英国主导，旨在优化网络和电力资源使用，支持不同能流的耦合，促进终端用能加速电气化，增加需求灵活性，到2030年加速能源系统数字化，实现可互操作的数据交换和高效系统集成。预期实现如下突破：

（1）互操作性标准：确保足够多的智能技术研发创新使用共同的国际标准，以到2030年实现所有灵活性设备采用该任务制定的互操作性和数据共享原则。

（2）安全且弹性的数字能源系统：到2030年实现足够安全的电力系统，能够提高公共和私营部门的信心，可接受使用开放标准共享或访问与60%的电力流相关的资产和网络数据。

（3）集成解决方案：通过整合本任务支持的平台和部门，提高灵活性资产之间的协调水平和响应速度，提供平衡或辅助服务（这些服务代表了高达100%的运营需求），从而改善运营控制和应急规划。

2、研发创新面临的主要障碍。能源部门缺乏数字互联互通，阻碍了数据支持型业务模式的创新；数据收集、可见性、访问和互操作性水平不足；数据集较为分散和孤立，能源系统数据的可用性和实用性较差；缺乏管理大量能源数据的专业知识；对如何实施数字工具和创新（如大数据分析、机器学习、人工智能等）的理解有限，包括数字基础设施如何与物理基础设施融合；重新定义市场设计和治理结构的政策和法规制定缓慢，难以确保开放、适应性强和敏捷的数据驱动创新生态系统。

3、分阶段创新优先事项

（1）互操作性标准。包括5项创新优先事项：近期3项，包括数据发现、访问和许可（可实现示范），设备和控制平台的标准化（可实现示范），数据安全标准和数据隐私；中期2项，包括用户管理，跨部门情报和通用信息模型（可实现示范）。

（2）安全和弹性的数字能源系统。包括5项创新优先事项：近期1项，即确定系统安全的优先数据集（可实现示范）；中期4项，包括数据存储、管理和架构（可实现示范），能源资产数据（可实现示范），数据完整性，确保弹性和安全性的工具（可实现示范）。

（3）集成解决方案。包括4项创新优先事项：近期2项，包括可互操作的市场、设备和数据（可实现示范），可增强预测和灵活运行的数据连接平台（可实现示范）；中期1项，即创新灵活性技术和商业模式（可实现示范）；远期1项，即跨部门数据整合（可实现示范）。（岳芳）