节能是减少二氧化碳排放的主要途径，是实现碳达峰碳中和目标的关键性手段。使用煤、石油等高碳化石能源产生的二氧化碳是全球碳排放的主要来源，超过温室气体排放总量的60%。截至2020年底，我国化石能源消费占一次能源比重为84.1%，节能意味着直接减少化石能源使用，也是从源头减少二氧化碳排放的主要途径。同时，我国单位国内生产总值能耗水平与发达国家相比仍有差距，如果将能效水平提高到发达国家平均水平乃至全球领先水平，将对减少碳排放量作出重要贡献。
国务院印发《2030年前碳达峰行动方案》把“坚持节约优先”作为重要基本原则，强调要“把节约能源资源放在首位，实行全面节约战略”。《方案》把“节能降碳增效行动”作为“碳达峰十大行动”之一，并在工业、城乡建设、交通运输等重点领域进行了全面部署，凸显了节能对实现碳达峰、碳中和目标的重要作用。
1.分布式能源与电力充储放“一张网“一体化研究
分布式能源（Distributed Energy）是指在用户侧或负荷中心附近，利用可再生能源或清洁化燃料，通过小型化、模块化、智能化的设备，提供电力、热力、冷力等多种形式的综合能源服务的系统。分布式能源具有节约资源、保护环境、提高效率、增强灵活性等优点，是实现能源转型和低碳发展的重要途径。《“十四五”现代能源体系规划》提出，积极发展分布式能源，鼓励风电和太阳能发电优先本地消纳；健全分布式电源发展新机制，推动电网公平接入。可以看到，如今越来越多的电力项目都选择了电源、电网、负荷、储能一体化的分布式建设方案。未来分布式电力资源产业发展具有长足空间，发展趋势包括设备体积小型化、集成组装模块化、能量转换高效化、能量和信息网联智能化等。在能源革命中，最具代表性的就是分布式能源，由用户参与的分布式能源系统的发展，可以充分对能源实现高效梯级利用，对资源实现有效综合利用，对可再生能源实现充分利用和对各种需求实现整合优化，它既是需求侧的革命，也是供给侧的革命，它会带来一系列新技术革命的创新和普及，同时也对传统的能源体制机制实现革命性的重构。
“电力充储放一张网”以数字孪生、全景可控的形式，全量接入分布式资源，融合多源异构数据，包括充电桩、5G储能基站、电动自行车充换电柜、光伏电站、储能电站、车网互动站、换电站以及大型数据中心等资源，并与虚拟电厂管理平台协同，实现分布式资源可观、可测、可控，全过程科学化、智能化、精细化管理。“电力充储放一张网”通过能量互通、信息互联，助力实现“双碳”目标，促进能源生产和消费革命，助力建设能源互联网和数字能源先锋城市。
研究院将开展基于新能源与电化学储能为核心的城市“一张网”新型分布式能源互联网建设及其利用技术研究，重点围绕保障城市能源需求、提高可再生能源比例、降低能耗、提高能源利用效率、保障城市能源安全的多维目标需求，从发、储、用、节四位一体的系统角度，研究能源的配置、调度、控制、管理、优化决策技术。
研究院集中攻关分布式储能系统集群智能协同控制关键技术，开展分布式储能系统协同聚合研究，着力破解高比例新能源接入带来的电网控制难题。依托大数据、云计算、人工智能、区块链等技术，开展储能多功能复用、需求侧响应、虚拟电厂、云储能、市场化交易等领域关键技术研究。
2.退役新能源材料回收与资源高效循环利用技术研究
蓬勃发展的新能源与新能源汽车产业产生越来越多的退役光伏器件与动力电池，其清洁综合回收兼具环境保护与资源循环的双重意义，也是我国新能源与新能源汽车产业可持续发展的必然选择。
研究院面向新能源材料开发与关键能源金属资源安全供给的国家重大战略需求，以“绿色、低碳、循环”为核心原则，围绕“智能分选—清洁利用—精深加工—精准管控”全技术链，研究退役新能源材料与器件的绿色循环利用、无害化处置与污染协同控制理论和技术体系，全面提升我国新能源材料全生命周期绿色管理科技支撑和资源保障能力。
①退役锂离子电池材料绿色短流程再生循环技术：针对退役锂离子电池材料循环利用过程中锂、锰、磷、铁、碳元素资源化利用率低，镍钴提取分离过程环境友好度差、元素深度净化除杂流程复杂等共性技术难题，开展锂的选择性提取与高效富集、镍钴锰非皂化梯级萃取分离、特征杂质元素深度净化与无害化处置、磷酸铁材料高值化利用、负极材料循环再生与界面修饰改性等关键技术研发，构建退役锂电池有价组元迁移转化、相态演变机制及调控理论体系，形成有价组元短程再生循环与高值化利用工程化应用方案。
②退役光伏组件清洁回收与高值利用：围绕晶硅、碲化镉、铜铟镓硒和钙钛矿等多类型退役光伏组件，在组件高效解离、组分智能分选、多组元绿色浸出、多金属深度分离、多污染物协同控制、回收产物保值回用与高值利用等方面开展研究，实现退役光伏组件硅和主要金属回收率超过95%，回收硅片和银的纯度均高于99.9%，掌握万吨级退役晶硅光伏组件清洁回收与高效利用装备与技术的自主知识产权。
③失效催化剂稀贵金属高效回收与再利用技术：围绕稀贵金属提取回收与高端材料制备基础科学问题，瞄准国际前沿方向开展诸多系统深入的前瞻性和战略性研究工作，基于不同稀贵金属赋存废弃物特征与资源状况的循环利用的物理化学基础、解决该复杂资源稀贵金属提取分离过程限制性环节中的关键科学问题，提高浸出速率和效率，设计合理的提取分离反应体系，开发出实用经济可行技术，实现复杂废弃物城市与社会资源中稀贵金属循环利用的新技术途径，并积极推动产业化。
3.生产过程低碳智能制造和零碳工厂技术
智能制造助力绿色低碳转型。低碳智能制造为传统制造业绿色低碳转型提供了新思路，在提升产业效率的同时能够有效减碳降污，实现经济效益与环境效益“双赢”。低碳智能制造应用数字化工厂、工业物联网、智能机器人等模式和手段，提升制造企业能源利用技术和生产工艺，推动绿色技术的智能化改造，催生绿色产品设计系统、绿色制造决策系统、绿色产品回收系统等数智化绿色生产平台，助推制造业在绿色低碳转型升级中提质增效、焕发生机。
政府层面在积极开展“节能低碳示范”、“零碳示范”和“绿色制造示范”创建工作，持续强化示范工厂产品绿色化、生产洁净化、能源低碳化等能力建设，发挥以点带面的作用引领更大范围的制造业企业绿色低碳转型。
电化学储能系统从原材料的供应到电池本体的生产过程均涉及不同程度的碳排放问题，其中以原材料消耗所引起的温室气体排放量为主。因此，开展储能电池智能化装备的研究，对制造过程各环节的资源和能源消耗进行严格把控，通过精确计量、自动化控制等减少材料损耗；开展干法电极技术和厚电极技术研究，采用无溶剂电极制造流程，避免有机废气排放；开展废料回收利用技术研究，对固体废弃物进行无害化、减量化和资源化利用；开展零碳工厂技术研究，开发生产过程中的技术性碳减排技术，开发工厂高比率绿电利用技术，研究工厂高效的能效管理技术，实现低碳甚至零碳生产过程。
4.数字时代关键基础设施智慧节能技术
行为驱动的能源互联网调度与优化研究：该方向重点突破能源网-交通网-信息网三网融合的耦合机理的关键理论，建立面向能源网-交通网-信息网三网融合的数字孪生空间，支撑能源互联网推动能源清洁低碳安全高效利用，降低碳排放强度。信息通信网的智慧节能规划与协同研究：该方向重点突破信息通信网面临的数据繁多、业务类型多样、网络环境复杂等问题，探索新一代数字信息通信网络的节能技术，通过充分利用时空特性数据分析资源利用率的变化规律，并对信息通信网的环境、特征等进行分析和预测，支撑智慧能源的规划和协调，降低碳排放。具体研究内容包括：
行为驱动的能源互联网调度与优化研究。首先，研究人类出行行为、通信行为、能源生产与使用行为，发现各类行为在时间、空间上的规律；分析各类行为对于交通资源、通信资源以及能源资源的需求，构建人群对于的出行行为、通信行为、能源使用行为的数学模型。其次，研究能源网-交通网-信息网三网融合的耦合机理。分析能源流、信息流与交通流的交叉映射拓扑；分析离散信息状态、离散交通状态影响连续能源供应过程的规律并用数学语言进行表示；构建能源-信息-交通耦合事件的数学模型；实现过程交互的能源网-交通网-信息网级联耦合事件各类动力学过程的融合计算。进而，研究能源网-交通网-信息网资源调度优化方案。构建能源生产、信息计算存储、交通运输碳排放量模型；协同考虑能源网能源的优化调度，信息网计算和通信资源的优化调度以及电动汽车充电导航策略和路径规划。最终，构建面向能源网-交通网-信息网三网融合的数字孪生空间。采集当前状态数据以及预测状态数据，利用数据驱动的方法构建三网融合的孪生空间，结合不断输入的数据，得到无限趋近于的真实空间的数字孪生空间，为最优调度策略的生成提供支撑。
信息通信网的智慧节能规划与协同研究。首先，通过收集历史时空特性数据，分析资源利用率变化规律，结合精准、高效的人工智能算法，对信息通信网的流量、用户行为特征、场景特征等进行监控和评估，提升信息通信网络节能策略的精准度。其次，通过利用云+AI等技术，覆盖固网、无线全场景智能站点等，构建新一代智能协同架构，结合边缘计算能力，为边缘端、云端提供全面智慧能源解决方案，支撑智慧能源的最优建设与管理，实现传统电力电子应用系统向新一代信息通信系统的平滑升级。进而，基于各区域的多样化流量特征，研究信息通信网的智能休眠方案，通过设计动态且多维度的控制算法，调整各站点的开关状态，保障各类用户通信体验，同时大幅降低设备的能量消耗。充分考虑网络间的协同调度方案，设计智能化的协同覆盖、负载均衡、用户接入等智能算法，通过资源的协同调度，提高信息通信网络的能量消耗。最终，充分利用可再生能源技术是实现绿色通信的关键。本项目拟利用风能、太阳能等新能源，结合新型蓄电池技术，研究基于能量捕获（Energy harvesting）的新型能源协调方法，提高可再生能源的利用率，降低碳排放。
5.建筑与城市节能降碳前沿技术创新和应用研究
该方向重点突破传统建筑节能与城市热岛力学的关键理论，通过发展适应地区气候特征的被动式与主动式建筑节能新技术，尤其是包括新型建筑围护结构、喷雾降温、光伏热电热管一体化等；深入理解长江流域火炉城市热岛环流特性及其内在力学机制，为充分削减长江流域建筑人工能源消耗、充分舒缓城市热岛强度等奠定理论基础与实施途径。具体研究内容：
适应长江流域的隔热调湿新型建筑维护结构与环境反演设计。通过解析长江流域气候特点与典型建筑维护结构热力学性能，从建筑需求出发反演设计出能适应长江流域气候特点的新型建筑维护结构，营造出更低能耗的建筑人工环境。
适应长江流域的光伏热电热管一体化技术。发展适宜于建筑空调用的光伏热电热管一体化技术，尤其是结合好光伏发电、半导体制冷、光伏表面热管疏热降温、建筑蓄热等系列技术模块，实现营造出完全零人工能耗的室内人工环境。
长江流域城市热岛动力学模型与城市水体/绿地/山体等适应性设计。伴随城市规模不断扩大和弱风逆温大气层结条件，城市热岛效应愈发显著，其力学机制及其强度舒缓途径尚需探讨；同时，城市水体、绿地或规划与功能也需结合城市热岛行为重新认识。通过理论分析、数值模拟和水箱实验等方法详细探讨城市规模、形态、大气温度分层和城市绿地植被、水体、山体等要素对城市热羽流融合振荡与热岛环流特征的影响，构造城市热岛环流及热羽流振荡(模式、强度、频率等)与上述要素的关联族谱，为精准舒缓城市热岛提供和依据。
6.碳减排优化方案及环境效能评估
清洁能源监测与评估。通过碳替代的方式，实现由化石能源到清洁能源为主的能源结构转型，是实现“碳达峰、碳中和”目标的重要发展方向和根本性措施。太阳能是总量最多、分布最广的清洁能源，但由于其时空分布的差异性较大，发电量具有随机性和波动性，在规模化组网方面受到了较多限制，当前的利用率仍然较低。针对这一问题，通过对地观测技术及数字孪生技术，研究太阳能在城市中的四维时空分布与动态变化模型，分析总结其季节性和周期性规律，并与城市用电的实际需求结合，实现城市太阳能资源的精准评估与利用。研究成果不仅能为城市的分布式光伏组网建设提供支撑，缩减电能传输成本，创造规模化经济效益，促进能源结构转型，也有助于推广零碳建筑，提高能源利用效率，减少“黑碳”排放量，最终推动“碳中和”目标的早日实现。
碳排放时空分布与优化调度。碳达峰、碳中和”是我国的整体目标，但并不是在每个时间段和地域空间中均匀配置，需要根据不同地域的自然禀赋、生态潜力、产业结构、人口分布、生产生活习惯等，合适地配置减排和替代的模式和速度，以最小扰动实现整体最优化的目标。为此，应采用对地观测技术和多元社会数据的集成和融合技术，构建碳排放时空分布基础数据库，并针对不同的减排和替代方式，建立合适的时空过程模型，对区域碳减排潜力进行模拟和科学评估，进而对区域碳减排的时空过程模式进行科学配置，实现碳排放时空分布的综合优化调度。主要研究内容包括：非扰动模式下碳排放时空分布模拟；碳减排和替代潜力时空分布评估；不同情境和扰动模式下，碳减排效果的时空分布模拟；碳减排时空过程的优化配置方案设计。
