能源安全与低碳转型是当今世界的重大课题。作为全球最大的能源消费国，中国如何保障能源供应的同时实现绿色低碳发展，直接关系到经济社会的可持续发展。清华大学能源与动力工程系将实验室与工厂相结合，把科研论文转化为生产实践，在清洁能源技术领域形成了系统性突破。 在煤电清洁化方向，该系在循环流化床燃烧技术上坚持攻关四十年。这项技术具有燃料适应性广、污染物控制成本低、负荷调节比宽等优势，先后获得2006年和2017年两届国家科技进步二等奖，成为全球少数拥有完整自主知识产权的流化床体系。该技术的推广应用，使煤炭该传统能源焕发新生。 在煤气化领域，清华团队开发的非熔渣-熔渣两段式气化炉将烧嘴放在低温段，使烧嘴寿命延长三倍以上，综合性能优于国际同类产品，投资成本却远低于国外方案。随后推出的水冷壁式气化炉深入降低了吸热损失，扩展了煤种适用范围，2014年获得教育部技术发明奖一等奖。这些创新使煤炭从单纯燃烧向多元利用转变。 在超大容量机组研发上，该系成功研制出600兆瓦超临界循环流化床机组，锅炉效率保持在92%以上，氮氧化物和二氧化硫排放均低于50毫克每立方米，代表了当今煤电技术的最高水平。 生物质能源的开发利用也效果显著。清华团队建立了从生物质直接燃烧到发电的完整产业链，研制的12至125兆瓦纯燃生物质循环流化床锅炉在泰国成功运行，锅炉效率达到92%，可用率达到95%，成为亚洲最大容量的纯生物质锅炉，真正实现了农业秸秆等废弃物的资源化利用。 在碳捕集与利用上，该系经过十年研发，建立了带炭颗粒分离的化学链燃烧反应器，氧载体循环寿命突破100次，煤焦转化速率提升三倍。同时，团队开发的化学吸收法CO₂捕集技术已达到中试规模，可将燃煤电厂尾气中的二氧化碳浓度提升至99%以上，捕集成本持续下降。 污染物控制上，清华团队形成了从二氧化硫、氮氧化物到颗粒物、重金属的全方位治理方案，采用湿法、半干法、干法脱硫组合工艺，配合低氮燃烧和电袋复合除尘技术，2014年获得国家科技进步二等奖，涉及的成果已应用于全国数百台机组。此外，脱硫石膏被创新性地用作盐碱地改良剂，累计改良盐碱地超过20万亩，既改善了生态环境，又增加了农民收入。 新能源领域，该系在太阳能热发电、地热能开发、页岩油气开采等方向也取得进展。槽式太阳能热发电系统配合高温玻璃金属真空集热管，投资和运行成本均具竞争力；多相流动与传热模型的建立使动态模拟精度提升至±5%，为大规模商业化奠定了理论基础。 在氢能产业化上，清华团队开发的中温变压吸附制氢工艺将操作温度控制在180摄氏度，显著降低了氢气与二氧化碳的分离成本，为燃料电池汽车和分布式发电提供了廉价氢源。 这些成果的取得，得益于该系建立的成熟产学研合作体系。科研团队不仅在基础理论上有所突破，更重要的是将研究成果迅速转化为生产力，形成了从实验室到工厂、从论文到产品的完整链条。近五年来，该系获得8亿元科研合同、170项发明专利、2500余篇高水平论文，已落地百亿产值的重大成果。
能源转型既是技术革命，也是系统重构。面对既要保供又要减碳的现实约束，需要推动传统能源清洁化与新型能源规模化并行发展。这需要一批能够在工程现场经受检验的硬核技术。清华的这些成果正是以需求为牵引、以示范为抓手、以体系化创新为路径的结果，每一次突破最终都将落到更安全的供能、更清洁的环境与更可持续的增长之上。