최근 난징(南京)대학 대기·지구시스템과학교육부국제협력연합실험실 연구팀은 에어로졸의 간접적 기후효과 연구에서 획기적 진전을 거두었다. 해당 연구성과는 "Aerosol-driven droplet concentrations dominate coverage and water of oceanic low-level clouds"란 제목으로 "Science"에 게재되었다. 해당 성과는 주어진 기상조건에서 구름-물 경로(cloud liquid water path) 및 수송량에 대한 영향을 통해, 해양 하층운 복사강제력의 대부분 변화(75%)를 구름 응집핵(CCN)의 변화로부터 해석할 수 있음을 규명하였다. 이는 기존 연구에서 해양 하층운 복사강제력에 미치는 CCN의 영향이 엄청 과소평가되었음을 설명함과 아울러 온실가스의 온난화 효과도 심하게 과소평가되었을 가능성을 의미한다. 해당 성과는 기존에 연구해온 인간활동으로 인한 기후변화에 대한 인식을 높여주었고 또한 미래 기후변화 예측에도 중요한 의미가 있다. 구름 응집핵으로서의 에어로졸 입자에 의해 야기되는 구름 복사강제력 변화는 인간활동에 의해 유래된 복사강제력의 주요 구성 부분일 뿐만 아니라 기후 평가에서 불확실성이 가장 큰 항목이기도 하다. 입사 태양복사에 대한 해양 하층운의 유의적 반사작용 및 이로 인한 냉각효과를 감안해 에어로졸 입자가 어떻게 해양 하층운의 성질에 영향을 미치고 나아가 해양 하층운 복사강제력에까지 영향을 미치는지를 밝히는 것은 지구시스템의 에너지수지 및 기후변화를 이해하는데 중요한 의미가 있다. 기존 연구에서 사용해온 위성관측에 기반한 에어로졸 광학신호(예를 들어 광학 두께 또는 에어로졸 지수)로 에어로졸-구름 상호작용을 연구하는 방법은 반전기술의 제한을 받아 구름속에 진입한 실제 CCN 농도를 나타내기 어렵고 깨끗한 대기속의 CCN 농도는 더욱이 측정할 수 없다. 그리고 CCN과 기상요소가 구름에 대한 영향을 어떻게 분리할 것인지는 해당 연구에서 또 하나의 어려움이다. 상기 두 문제를 해결하기 위해 연구팀은 다음과 같은 방법을 제안하였다. 새로 구축한 구름방울 수농도(Nd) 및 구름밑면 상승속도(Wb) 반전방법을 통해 구름밑면 과포화 상태에 상응하는 CCN 농도를 획득함으로써 상기 에어로졸 광학신호를 이용한 에어로졸-구름 상호작용 연구의 어려움을 해결하였다. 또한 기상요소에 기반해 구름을 분류한 후 각 유형에 대한 CCN의 영향을 별도로 연구함으로써 기상요소의 간섭을 효과적으로 배제하였다. 그림에서 색상은 구름방울 수농도를 나타내고 단위는 ㎤이다. 구름방울 수농도 분포를 통해 선박 배출 흔적을 쉽게 식별해낼 수 있다. 1㎤당 구름방울 수가 50 이상일 때 강수가 억제되는 동시에 구름에 덮인 면적은 더 커진다. 선박 배출 흔적이 겹치는 곳에서 구름방울 농도와 구름 면적은 더 크게 나타난다. 작은 구름방울로 구성된 구름층이 클수록 우주로의 태양에너지 복사는 더 많아진다. 동 연구는 이스라엘 히브리대학 Daniel Rosenfeld 교수를 중심으로 중국 산시성(陝西省)기상과학연구소 주옌녠(朱延年) 박사, 난징(南京)대학 왕밍화이(汪名懷) 교수, 저장(浙江)대학 위사오차이(俞紹才) 교수 및 미국, 독일의 학자가 공동으로 완성하였다.

최근, 베이징대학 공학원 재료과학·공정학부 저우환핑(周歡萍) 연구팀은 화학·분자공정대학 옌춘화(嚴純華) 연구팀과 공동으로 전환효율을 보장하는 조건에서 페로브스카이트 태양전지의 수명을 연장시켰다. 해당 연구성과는 "Eu3+/Eu2+ 산화환원 이온쌍을 이용한 요오드화납 페로브스카이트 태양전지 작동 수명 향상"이라는 제목으로 "Science"에 게재되었다. 소자 수명(안정성) 및 광전기 전환효율은 태양전지의 최종 발전 원가를 결정하는 2개 핵심 요인이다. 전세계에서 일반적으로 사용하는 결정질 실리콘 태양전지 효율은 이론적 한계에 접근하였기에 원가를 한층 더 절감시키기 어렵다. 원가 및 효율 우위를 모두 보유한 페로브스카이트 태양전지는 해당 분야의 연구 관심사로 되었다. 페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트 결정 구조를 보유한 유기/무기 혼성화 금속 할로겐화물을 흡광층으로 이용하고 있다. 해당 전지는 간단한 제작 방식, 낮은 생산원가 및 뛰어난 광전 성능으로 2009년부터 관심사로 되었으며 또한 광전기 전환효율은 3.8%에서 23.7%로 상승하여 개발 전망이 가장 빠른 태양광발전 기술로 되었다. 그러나 페로브스카이트 태양전지의 안정성 문제는 가장 큰 어려움으로 되었고 또한 페로브스카이트 산업화에서 원가, 공법, 수명 등 측면도 시급히 해결해야 될 문제이다. 본 연구는 페로브스카이트 소재가 광조사 및 열복사 작용 조건에서 불안정한 문제점을 해결하기 위해 페로브스카이트 활성층에 Eu3+/Eu2+ 산화환원 이온쌍을 도입하는 새로운 메커니즘을 제안하였다. 해당 이온쌍은 Pb0과 I0 결함을 동시에 제거함과 아울러 소자 사용 수명 기간 내에 순환적으로 역할을 발휘할 수 있다. 이를 기반으로 배터리 초기 효율을 향상시켰고 특히 배터리의 장기적 안정성을 뚜렷하게 향상시켜 할로겐화납 페로브스카이트 태양전지에서의 안정성을 제한하는 주요한 본질적 문제를 해결하였는데 이는 페로브스카이트 태양전지 산업화 생산을 추진시킬 전망이다.

최근 중국과 미국 과학자는 공동으로 상층 해양 온도가 얼마 상승하고 향후 어떻게 변화할지에 대한 추정값을 산출하였다. 산출 결과에 의하면, 향후 "파리기후협정" 목표에 도달하려면 21세기 마지막 20년에 해양 상층부 온도는 1991~2005년 평균에 비하여 0.4℃ 상승하여야 한다. 해당 논문은 "Science"에 게재되었다. 해양 온난화에 대한 추산 결과는 일치하지 않다. 2013년에 발표된 국제 정부 간 기후변화 제5기 평가보고서는 5개 해양 열함량 변화 추이에 대한 추정값을 밝혔다. 그중 최소 추정값은 최대 추정값의 절반이다. 중국과학원 대기연구소 청리징(成裡京)은 미국 세인트토마스대학(St.Thomas University), 캘리포니아대학 버클리캠퍼스(University of California, Berkeley) 및 미국국립기상연구소(National Center for Atmospheric Research, NCAR)와 공동으로 연구를 수행하여 해양 온난화 정도에 대한 분쟁은 기존의 해양 관측 데이터 정밀도 부족 및 데이터량 부족으로 유발되었다고 주장하였다. 2005년 후 해양에 새 장비를 설치하여 비교적 양호한 전세계 해양 열함량을 예측하였지만 2005년 전으로 거슬러 올라가 그 이전의 해양 상황을 관측할 수는 없다. 연구에 의하면, 2017년 해양 상층부 2,000m 깊이 열함량을 새롭게 추정하였다. 일본기상청, 호주연방과학산업연구기구(Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation, CSIRO), 미국프린스턴대학(Princeton University) 등도 업그레이드된 방법 또는 개선된 방법을 이용하여 해양 열함량 변화에 대하여 추정하였다. 해당 새로운 추정 방법은 고도의 일치성을 나타냈는바 1955년 후 전세계 해양 열함량은 상승 추이를 나타냈다. 현재의 기후 모델은 역사적 해양 온난화를 아주 잘 모의할 수 있다. 1970~2010년 사이에 해양 상층부 2,000m 깊이의 온난화 속도는 0.39W/m2이며 최근 관측 결과와 거의 일치하다. 모델로 예측한 결과에 의하면 향후 아무런 기후 정책을 이행하지 않으면 21세기 마지막 20년에 모든 상층부 2,000m 깊이 해양의 평균 온도는 0.78℃ 상승(1991~2005년의 평균 상태 대비)할 전망인데 이는 지난 60년 해양 온난화 총량의 6배이다.

중국의 에너지 구조는 주로 석탄인데 석탄 연소에서 생성되는 SO2 오염은 중국이 직면한 중대한 환경오염 문제이다. SO2는 인체 건강에 막대한 영향을 미칠 뿐만 아니라 SO2가 가스 입자 전환을 통하여 형성된 2차 에어로졸 입자는 먼지연무의 발생 및 발전을 악화시킨다. "11차 5개년계획" 후 SO2 오염물질 배출 감소는 중국의 주요 임무로 되었다. 연구에 의하면, 중국의 SO2 배출량은 뚜렷하게 감소되는 추세를 보이고 있지만 다음과 같은 과학문제는 아직도 규명되지 않고 있다. (1) SO2는 지속적인 단방향 감소인지 아니면 복잡한 파동 과정이 존재하는지? (2) 다양한 지역에서 SO2의 변화는 어떠한 연관성과 차이성이 존재하는지? (3) 변화의 형성원인은 무엇이며 배출량 변화를 제외하고 기상조건은 어떠한 역할을 일으키는지? 상기 문제를 해결하기 위해 중국과학원 대기물리연구소 중부대기·글로벌환경탐측중점실험실(LAGEO) 박사 왕팅(王婷), 연구원 왕푸차이(王普才)는 벨기에고층대기연구소, 칭화(清華)대학과 공동으로 최신 위성 SO2 제품, 배출 리스트 및 기상장(Meteorological field) 등을 이용하여 최근 12년간 중국 SO2의 시공간 변화패턴 및 형성원인을 상세하게 분석하였다. 해당 연구성과는 "Atmos. Chem. Phys."에 게재되었다. 중국의 SO2는 뚜렷한 계절 및 지역적 분포 특성이 있는데 겨울에 농도가 가장 높으며 고농도인 2개 지역은 화베이(華北)평원과 청위(成渝)지역에 위치한다. 최근 10년간 전국 범위에서 SO2는 전체적으로 감소되는 추세이며 또한 농도가 높은 지역일수록 감소량이 더욱 뚜렷하다. 그러나 해당 감소는 단방향 감소가 아니고 4개 뚜렷한 단계가 존재한다. 2005년 후 단기적으로 상승되었고 2007~2008년 및 2014~2016년 사이에 2차의 급속한 감소를 경과하였으며 2009~2013년 5년간 지속적인 상승 단계를 경과하였다. 전체 동부 지역에서 상기 특성을 나타내지만 북방 및 남방의 형성원인은 다르다. 북방 지역 SO2 배출량의 변화도 4개 단계가 존재하는데 SO2 농도 변화와 완전히 일치하다. 그러므로 SO2 농도는 SO2 배출량으로 유발되었다고 주장하는데 해당 해석 분산의 백분율은 81%에 달한다. 총 배출량에서 산업 분야의 배출은 전체 단계에서 주도적인 SO2 변화를 유발하였다. 북방 지역과 비교할 때 남방지역은 산업 및 생활 배출 감소 동기화 역할을 중요시하였기에 남방 지역의 SO2 배출량은 지속적으로 감소되는 추이이다. 그러나 남방지역의 SO2 농도는 2009~2013년에 상승되었다. 그러므로 SO2 배출량에 의한 농도 해석 분산은 오직 45%이다. 심층적인 연구 결과, 2009~2013년 남방 지역의 SO2 농도 상승은 적은 강수량, 풍속(Wind speed) 감소 및 정적 힘(Static force) 안정성 증가 등을 포함한 불리한 기상 요인으로 유발되었으며 또한 기상 조건의 역할이 배출감소에 미치는 영향을 초과하였다. 그러므로 2009~2013년 SO2의 상승을 유발하였다.

중국 제2규모의 수력발전소인 바이허탄(白鶴灘)수력발전소용 첫 번째 100만 kW급 수력터빈 회전륜이 둥팡전기(東方電機) 바이허탄회전륜가공공장에서 생산되었다. 높이가 3.92m, 지름이 8.62m, 무게가 350t인 해당 거물급 회전륜의 탄생은 중국 발전설비기업이 100만 kW급 대형 수력터빈 핵심기술을 먼저 파악하였음을 의미한다. 바이허탄수력발전소는 쓰촨성(四川省) 량산저우(涼山州) 닝난현(寧南縣)과 윈난성(雲南省) 자오퉁시(昭通市) 차오자현(巧家縣) 경내에 위치한 진사강(金沙江) 주류의 하류에 위치한다. 동 수력발전소의 총설비용량은 1,600만 kW이고 연평균 발전량은 624.43억 kWh에 달할 예정인데 이는 2018년 청두(成都) 총 전력소비량(637.41kWh)에 해당한다. 바이허탄수력발전소의 양안에 각각 설치하게 될 8대의 100만 kW 수력발전장치는 전부 중국산이다. 그중 왼쪽 8대 100만 kW 수력터빈은 둥팡전기(電氣)그룹 둥팡전기(電機)유한회사에서 개발했다. 바이허탄수력발전소는 세계 최초로 100만 kW 초대형 혼합류식(mixed-flow) 수력발전장치를 도입한 세계 정상급 수력발전소가 될 전망이다. 그중 단일 100만 kW 수력발전장치는 높이가 50m 이상에 달하고 무게는 8,000t 이상에 달한다. 수력발전장치의 "심장"이라 할 수 있는 회전륜은 개발이 가장 어렵고 제조에서 문제점이 가장 많이 존재하는 핵심부품이다. 회전륜은 15개 블레이드로 구성되었고 개당 무게는 11t에 달한다. 둥팡전기(電機) 바이허탄프로젝트 개발팀은 컴퓨터를 이용해 20개 회전륜 모형을 설계하였다. 현재 첫 번째 100만 kW 수력발전장치의 전반 플로우패시지(flow passage) 부품 강도 및 수력성능에 대한 최적 정합을 달성하였는데 전환효율은 96% 이상에 도달했다.

최근 중국수력발전공학학회의 통계에 의하면 2018년 말까지 중국 수력 발전 총설비용량은 약 3.5억 kW·h에 달하고 연간 발전량은 약 1.2조 kW·h에 달하여 세계 1위를 유지했다. 세계에서 가장 높은 아치댐(Arch dam)을 보유한 진핑(錦屏) 1급 수력발전소는 국제엔지니어링컨설팅연맹(FIDIC) 공정 프로젝트 성과상을 수상했는데 이는 중국 수력발전 댐건설 기술은 지속적으로 세계를 리드하고 있음을 의미한다. 싼샤(三峽)발전소의 연간 발전량은 최초로 1,000억 kW·h 기록을 세웠으며 란창강(瀾滄江)다화차오(大華橋)수력발전소, 황덩(黃登)수력발전소, 리디(裡底)수력발전소의 첫 발전장치는 연이어 생산에 투입되었다. 칭하이(青海)성은 9일 동안 수력/풍력/태양광에 의한 청정에너지전력공급을 지속적으로 구현하였으며 룽양샤(龍羊峽)수력발전소는 건설 30년 후 최초로 물저장 정상 수위에 도달하였다. 수력발전은 에너지 생산 및 소비 추진, 에너지 절약 및 온실가스 감축 추진, 수자원 고효율 조절 및 개발 이용 등 종합적 효익에서 지속적으로 뚜렷한 역할을 일으키고 있다. 통계에 의하면, 2018년 말까지 중국은 이미 5만 kW 이상의 대중형 수력발전소를 약 640개 구축하였고 수력발전 총설비용량은 약 2.7억 kW에 달하였으며 중국 기업이 참여하여 구축한 중국 외 수력발전 프로젝트는 약 320개이고 수력발전 총설비용량은 8,100만 kW를 초과한다.

2018년 12월 29일 10시 18분, 중국 첫 대형 그리드패리티(Grid Parity) 태양광발전 프로젝트가 칭하이(青海)성 거얼무(格爾木)에서 본격적인 계통연계 발전을 시작하였다. 이로써 그리드패리티 청정에너지가 석탄화력발전을 대체하여 수만 가구에 전기를 공급할 수 있게 되었다. 싼샤(三峽)그룹 신에너지회사와 양광(陽光)전력주식유한회사가 공동 투자해 "세계의 지붕"에 건설한 해당 태양광발전소는 총설비용량이 500MW, 부지면적이 771헥타르, 총투자가 21억 위안(한화로 약 3,445억 원) 이상에 달한다. 동 태양광발전소는 중국에서 1차적 건설규모가 가장 큰 "광푸링파오저(光伏領跑者)" 프로젝트인 동시에 중국 첫 대형 그리드패리티 태양광발전 프로젝트이기도 하다. 평균 전기요금은 칭하이성의 탈황화력발전 기준가격(0.3247위안)보다 저렴한 0.316위안(한화로 약 51.83 원)/kWh에 달하여 국내 태양광발전 분야에서 최초로 손익분기점을 넘긴 선례가 되었다. 또한 투자, 기술, 부지 등 태양광발전소 건설을 제약하는 일반적 요인을 극복하고 해발 2,900m 고원 고비사막에 "녹색 그리드패리티 프로젝트"를 성공적으로 구축함으로써 중국 그리드패리티에 보다 적합한 프로젝트 구축 및 기술 시행방안을 탐색하였다. 뿐만 아니라 중국 태양광발전 산업의 발전사에 획기적 성과로 남아 중국 태양광발전 프로젝트의 그리드패리티 시대를 이끌어갈 전망이다. 싼샤그룹과 양광전력은 각자의 기술, 관리, 인재, 체제 등 면의 비교우위를 충분히 활용하고 현지의 풍부한 태양에너지 자원을 효과적으로 이용함과 아울러 프로젝트 개발 모델, 기술 유도 모델, 공정 건설 모델, 공유 발전 모델을 능동적으로 혁신해 4개월 만에 계통연계 발전을 달성하였다. 동 프로젝트가 전부 완성되면 연간 10억 kWh 청정전력을 사회에 공급해 약 63만 도시농촌 가구의 전력수요를 만족시킬 수 있다. 이는 약 31만 t의 석탄소비와 맞먹는데 이산화탄소 배출은 약 84만 t, 이산화유황은 약 260 t, 매연은 약 60 t 줄일 수 있다. 이는 활엽림 약 2,300헥타르에 해당하는바 경제적 및 친환경적 효과가 매우 뚜렷하다.

2018년 12월 27일, 중국 최초의 100MW급 용융염타워식 태양열발전소가 간쑤(甘肅) 둔황(敦煌)에 세워졌다. 해당 발전소는 세계에서 집광 규모가 가장 크고 흡열탑 높이가 가장 높으며 열저장 탱크가 가장 크고 24시간 지속발전이 가능한 100MW급 용융염타워식 태양열 발전소이다. 따라서 중국은 세계에서 100MW급 태양열발전소 기술을 파악한 소수국가로 되었다. 둔황 100MW급 용융염타워식 태양열발전소는 2016년에 중국 국가에너지국의 "첫 번째 태양열발전 시범프로젝트"에 입선되었고 "슈퍼미러(Super mirror)발전소"로 불린다. 해당 발전소는 베이징서우항아이치웨이(首航艾啟威)에너지절약기술주식유한회사에서 자체로 개발하고 30억 위안(한화 약 4870억)을 투자·건설한 완전한 자체 지식재산권을 보유한 발전소이다. 발전소의 연간 발전량은 3.9억 Kw·h에 달하고 1년에 이산화탄소 배출량을 35만 t 저감할 수 있는데 이는 666.67만 ㎡ 삼림의 환경보호 효과에 해당되며 또한 3~4억 위안(한화 약 487~649억)의 경제효익을 산출할 수 있다.

2018년 12월 26일, 세계 첫 유연성변전소(Flexible substation) 기반 교류/직류 배전망이 장베이현(張北縣) 샤오얼타이촌(小二台村) 알리바바(Alibaba) 데이터 포트(data port)에서 상업운영에 들어갔다. 이는 전력전자기술 분야에서 최초로 중국이 개념을 제안하고 구현한 것으로서 미래의 배전망 발전에 새로운 방향을 제시하였다. 유연성변전소는 다양한 형식의 전압과 전류를 고효율적으로 변화시킴과 아울러 원활하고 통제 가능한 플러그 앤드 플레이(Plug and play) 방식으로 전기에너지를 접수하고 분배할 수 있다. "유연성"은 다음과 같은 두 가지에서 구현된다. 1) 전원 및 부하 접속이 유연하여 교류 전력을 공급할 수 있을 뿐만 아니라 직류 전력을 공급할 수 있는데 다양한 포트(Port) 사이의 출력 조절이 평활하고 지속적이며 1개 회로 전원이 고장이 발생하면 다른 1개 회로 전원이 자동적으로 전부 부하를 담당하기에 중단되는 현상이 발생하지 않는다. 2) 전원과 부하는 전기적으로 연결되지만 전력 품질 문제(고조파, 무출력, 순간 전압강하)와는 상호 격리된다. 이는 "방화벽"과 유사한바 전력망의 고조파 오염이 사용자측 진입을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 이와 반대로 사용자측의 고조파 오염이 전력망측을 진입하는 것을 방지한다. 그러나 전통적인 변전소의 조절은 오직 2개 중 1개를 선택해야 하는 배타성을 보유하고 있기에 교류와 직류를 동시에 지원하지 못하며 모든 문제점은 전력망과 사용자 사이에 상호 전달된다. 전통적인 변전소 조건에서 사용자가 신에너지를 직접 1개 회로전원으로 사용하면 간헐성 원인으로 필연적으로 번잡한 전원 전환 과정을 경과하여야 할 뿐만 아니라 빈번한 전원의 단기적 중단이 발생한다. 유연성변전소는 해당 문제점을 완벽하게 해결할 수 있다. 장베이 유연성변전소 및 교류/직류 배전망 시범 프로젝트는 장베이현 더성촌(德勝村)에 2.5MW 태양광발전 빈곤구제 프로젝트를 도입하여 알리바바 데이터포트의 친환경에너지 사용요구를 만족하였을 뿐만 아니라 해당 지역에 대한 고품질 전력 공급을 보장하였다. 초보적인 추산에 의하면 태양광발전은 직류 승압을 이용하기에 태양전지 시스템 효율을 약 2% 향상시킬 수 있으며 데이터서버에 직류 전력공급을 사용하여 1만 대 서버당 투자액을 약 60만 위안(한화 약 9783만) 절약할 수 있고 데이터센터의 에너지 소모를 약 10%~20% 감소시킬 수 있다.