中国科学院广州能源研究所前身为广东省地热研究室，于1978年10月正式成立，在建所20周年之际的1998年4月原中国科学院广州人造卫星观测站并入。并被中国科学院定位为中国科学院高新技术研究与发展基地型研究所，2001年6月进入中国科学院知识创新工程试点序列。
根据国家能源战略需求和中科院新时期办院方针和发展战略，从注重上游和下游相结合、长期和短期相结合、全面和重点相结合、传统学科和新增学科相结合考虑，设置三个不同层面的发展学科：新发展学科、面发展学科和点发展学科。
新发展学科的目标是根据国家发展战略需求和科学技术发展需求以及研究所长远发展需要，部署新的发展学科和方向，并选择适当的切入点取得突破，逐步成为研究所的新的学科增长点。
面发展学科的目标是从资源到利用形成全面的、系统的前沿基础理论、关键技术创新和技术集成创新体系，成为具有国际水平的国家级的学科研究与技术开发平台，为我国的后续能源发展提供理论、技术支撑。
点发展学科的目标是在学科内的某一研究方向上形成具有自主知识产权的理论和技术，成为具有国际水平，并在国家层面能够占有一席之地的科研基地。
1）新发展学科
根据发展需要增设新发展学科，设2个研究方向，即：微尺度能量传递过程和能源与环境。新发展学科要有主攻方向，力争在优势研究方向上进入国家层面。
研究内容：微尺度能量传递过程理论与技术研究；微流体MEMS研究；生物传热理论与技术。能源战略设计理论和方法研究；能源资源、结构分析；能源政策分析与战略研究；能源利用过程的经济、环境评价与污染控制。
2）面发展学科
根据国家能源的战略需求及研究所现有的工作基础、条件和国内有关研究的基础，设置两个面发展学科：生物质能学科和天然气水合物学科。目标是从资源到利用形成全面的、系统的基础理论、技术创新和技术集成。
生物质能学科：生物质能学科可以在资源研究、基础理论研究、应用技术研究和产业化方面得到全面发展，形成国家层面的、含盖上下游和长短期的、完整而系统的生物质能利用技术和理论的研究平台，建成国家生物质能技术工程中心。
生物质能学科设4个研究方向：资源及能源作物、生物质热化学利用、燃料合成、固体废弃物能，主要研究内容如下：
资源及能源作物：能源作物筛选评价、能源作物培育改良、特种能源作物（高产油作物、高糖份作物、速生型作物、高产藻类）的开发利用，能源作物利用过程环境与生态影响评估、生物质资源分布及特性、生物质能利用过程碳、氢、氧循环过程的系统模拟与计算。
生物质热化学利用：生物质气化与燃烧、生物质气化发电、生物质热解液化、生物质高能转化（等离子体、超临界等）。
燃料合成：生物质化学合成液体燃料、生物质生物合成液体燃料、生物质柴油改性及利用、生物质热解油的改性及提质、生物质气化制氢。
固体废弃物能：RDF的研究及技术开发、生活垃圾热解焚烧、特种垃圾的热解焚烧、固体废弃物处理过程机理研究及污染控制、固体废弃物处理成套设备及系统开发。
天然气水合物学科：天然气水合物学科可在资源研究、基础理论研究和应用技术研究方面取得进展，研究出学科新理论、新方法和应用新技术，建立学科体系，成为国家级天然气水合物基础研究和应用研究基地。
天然气水合物学科设水合物成藏机制、资源评价、勘探开采、储存运输和水合物利用技术几个研究方向，主要研究内容是天然气水合物形成机理与分布规律、天然气水合物勘探与开采技术、天然气储存与运输新技术、油气工业中水合物抑制与防止技术、气体水合物储能（蓄热、蓄冷）材料与技术、CO2水合物与温室气体减排。
3) 点发展学科
点发展学科虽然在学科整体上不能进入国家层面，但在学科内的某一研究方向上有国内领先的研究基础和研究条件，可成为该学科在国家的重要研究力量。
点发展学科设有太阳能、地热能、海洋能。
太阳能学科：太阳能学科设太阳能光热转换和太阳能光电转换2个研究方向，主要研究内容有太阳能制冷供热联合系统、太阳能光热转换材料、纳米功能材料、多晶硅薄膜电池和光伏利用系统。
地热能学科：地热能学科主要研究方向为地热能转换和地热能直接利用，主要研究内容为地热发电、地热制冷和热泵、地热采暖、地热干燥地热种植和地热养殖。
海洋能学科：海洋能学科的研究方向分为波浪能和潮流能，研究内容为波浪能独立发电与制淡系统、潮流独立发电与并网运行、海岛多能互补系统、非线性水波力学和建模与控制方法。
目前全所共有职工345人，其中，科技人员292人，具有博士学位89人，具有硕士学位113人。专业技术人员中，研究员28人，副研究员62人，中级职称88人；中国科学院“百人计划”10人，百千万人才国家级人选2人，享受国务院政府特殊津贴5人，中国科学院外国专家特聘研究员2人。已获批热能工程学科博士研究生培养点，工程热物理、热能工程、流体机械及工程、环境工程、化学工程、材料物理与化学和海洋地质学科硕士研究生培养点，动力工程及工程热物理专业博士后流动站。现有在学研究生146人，在站博士后4人。
研究所具有新能源与可再生能源研究方向的具有几十台、套90年代的新型仪器设备，并设有信息资料室共有12.4万册图书和文献资料及新能源与可再生能源网络中心作为所的支持系统。
建所以来，已取得重要科研成果百余项，其中有70多项成果获国家、省部级奖励，获国家专利80多项。自实施知识创新工程以来，每年发表近20余篇SCI和EI论文。在国际合作方面已与日、美、欧盟、埃及、德国、香港、台湾等国家和地区建立了良好的学术交流与合作关系。国内已与广东、湖南、北京、江苏等地开展院地合作，大力推广应用生物质气化发电、地热热泵新技术、太阳能光热利用技术及城市垃圾处理系统等，并形成产业化。
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