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世界能源領(lǐng)域前沿技術(shù)發(fā)展綜述

2018-08-16 16:43:20 《能源情報研究》  點擊量: 評論 (0)
隨著新一輪工業(yè)革命興起,應(yīng)對氣候變化達(dá)成全球共識,能源技術(shù)成為引領(lǐng)能源產(chǎn)業(yè)變革、實現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的源動力。

隨著新一輪工業(yè)革命興起,應(yīng)對氣候變化達(dá)成全球共識,能源技術(shù)成為引領(lǐng)能源產(chǎn)業(yè)變革、實現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的源動力。目前,世界主要國家和地區(qū)均把能源技術(shù)視為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的突破口,從能源戰(zhàn)略的高度制定各種能源技術(shù)規(guī)劃、采取行動加快能源科技創(chuàng)新,以增強(qiáng)國際競爭力。同時,能源技術(shù)開發(fā)的最新動態(tài)也預(yù)示著未來全球能源發(fā)展趨勢。

一、1.歐盟:升級版戰(zhàn)略能源技術(shù)計劃開展研究與創(chuàng)新優(yōu)先行動

早在上世紀(jì)70年代,歐盟的前身——歐共體委員會推出了《1977~1980年歐洲共同體科技政策指南》,標(biāo)志著歐洲統(tǒng)一的科技研發(fā)合作戰(zhàn)略形成。1983年,歐共體為協(xié)調(diào)成員國科技政策,搭建歐洲企業(yè)間合作平臺,加強(qiáng)在高技術(shù)領(lǐng)域的商業(yè)競爭力,推出了第一個《技術(shù)研發(fā)框架計劃》。進(jìn)入21世紀(jì),隨著能源、環(huán)境問題的凸顯,歐盟依托科技框架計劃加強(qiáng)了能源技術(shù)研發(fā),尤其是2007~2013年執(zhí)行的歐盟第七科技框架計劃(FP7)將能源列為獨立的優(yōu)先領(lǐng)域,目標(biāo)就是要優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),提高能源效率,應(yīng)對能源供應(yīng)安全和氣候變化,提高歐洲工業(yè)競爭力。

2008年,歐盟實施的《歐洲戰(zhàn)略性能源技術(shù)規(guī)劃》是歐盟指導(dǎo)能源技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略性文件,體現(xiàn)了當(dāng)時歐盟對能源技術(shù)發(fā)展的新認(rèn)識和新判斷。2013年12月,歐盟出臺了《Horizon2020研究創(chuàng)新計劃(H2020)》。H2020是歐洲最大的研究創(chuàng)新計劃,經(jīng)費近800億歐元,時間跨度從2014年到2020年,主要涉及生物技術(shù)、能源、環(huán)境與氣候變化等領(lǐng)域。《H2020能源規(guī)劃》是其中的重要組成部分,體現(xiàn)了歐盟對能源技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的最新認(rèn)識和理念。

2014年新一屆歐盟委員會上臺后全面實施能源聯(lián)盟戰(zhàn)略,旨在全面提升歐洲能源體系抵御能源、氣候及經(jīng)濟(jì)安全風(fēng)險的能力。2015年9月,歐盟委員會公布了升級版的《歐盟戰(zhàn)略能源技術(shù)計劃》,這一計劃改變以往單純從技術(shù)維度來規(guī)劃發(fā)展的方式,而是將能源系統(tǒng)視為一個整體來聚焦轉(zhuǎn)型面臨的若干關(guān)鍵挑戰(zhàn)與目標(biāo),以應(yīng)用為導(dǎo)向打造能源科技創(chuàng)新全價值鏈,圍繞可再生能源、智能能源系統(tǒng)、能效和可持續(xù)交通四個核心優(yōu)先領(lǐng)域以及碳捕集與封存和核能兩個適用于部分成員國的特定領(lǐng)域,開展十大研究與創(chuàng)新優(yōu)先行動,包括:開發(fā)高性能可再生能源技術(shù)及系統(tǒng)集成,降低可再生能源關(guān)鍵技術(shù)成本,開發(fā)智能房屋技術(shù)與服務(wù),提高能源系統(tǒng)靈活性、安全性和智能化,開發(fā)和應(yīng)用低能耗建筑新材料與技術(shù)。

2.美國:保持可再生能源產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的世界領(lǐng)先地位

過去的十幾年間,非常規(guī)油氣生產(chǎn)技術(shù)的突破扭轉(zhuǎn)了美國幾十年本土油氣產(chǎn)量下降的趨勢。為了復(fù)蘇美國經(jīng)濟(jì)、應(yīng)對能源安全和氣候變化,實現(xiàn)能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型,推進(jìn)美國能源獨立進(jìn)程,奧巴馬政府自2009年上臺后,便高舉“能源獨立”旗幟,出臺一系列新能源政策和戰(zhàn)略計劃,掀起了一場自美國成立以來最大規(guī)模的能源革命。在推動美國能源革命進(jìn)程當(dāng)中,奧巴馬政府從戰(zhàn)略到戰(zhàn)術(shù)層面有四大重點舉措:首先,發(fā)布《未來能源安全藍(lán)圖》,明確美國未來20年的能源發(fā)展目標(biāo),強(qiáng)調(diào)通過安全有序地擴(kuò)大國內(nèi)油氣資源生產(chǎn)、充分發(fā)揮清潔能源潛力和大力推動科技創(chuàng)新等工作來保障美國能源安全;其次,推行《全面能源戰(zhàn)略》,變革美國能源體系,中心目標(biāo)是開發(fā)和部署低碳技術(shù),為清潔能源未來發(fā)展奠定基礎(chǔ),并在經(jīng)濟(jì)和國家安全方面帶來顯著效益;第三,出臺清潔電力計劃,全面推動燃煤電廠減排,擴(kuò)大可再生能源發(fā)展,進(jìn)一步促進(jìn)美國電力乃至能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整;第四,推動能源科技體制機(jī)制改革,降低能源創(chuàng)新全價值鏈成本。

此次革命提出基礎(chǔ)科學(xué)與應(yīng)用能源研發(fā)融合的戰(zhàn)略指導(dǎo)思想,設(shè)立了三個能源研發(fā)平臺和機(jī)構(gòu)(先進(jìn)能源研究計劃署、能源前沿研究中心和能源創(chuàng)新中心),有效整合產(chǎn)學(xué)研各方資源,支持變革性能源技術(shù)開發(fā),確保美國搶占新能源技術(shù)戰(zhàn)略制高點。得益于奧巴馬時期推出的各項能源戰(zhàn)略,美國能源結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化,已成功由傳統(tǒng)的能源進(jìn)口大國轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉闯隹趪?/p>

2014年5月,美國總統(tǒng)行政辦公室對外發(fā)布了《全方位能源戰(zhàn)略——通向經(jīng)濟(jì)可持續(xù)增長之路》的報告。在能源技術(shù)領(lǐng)域,報告將發(fā)展低碳技術(shù)、為清潔能源未來發(fā)展奠基作為能源戰(zhàn)略支點,在展望未來清潔發(fā)展目標(biāo)時,特別強(qiáng)調(diào)美國要在可再生能源技術(shù)上取得領(lǐng)先。

2017年3月,以總統(tǒng)特朗普為首的新一屆美國政府推出了《美國優(yōu)先能源計劃》。該計劃延續(xù)了美國追求能源獨立的基本思想,致力于降低能源成本,最大化利用國內(nèi)能源資源,尤其是傳統(tǒng)的化石燃料。新政府更傾向于傳統(tǒng)能源,特朗普能源政策框架中,油氣、煤炭等傳統(tǒng)能源地位突出。但能源產(chǎn)業(yè)作為美國立國之本,保持可再生能源產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的世界領(lǐng)先地位,仍是美政府的重要政策選擇。

2017年6月,美國“能源周”期間,特朗普提出“能源主導(dǎo)”戰(zhàn)略新思路,即將能源作為一種重要戰(zhàn)略資源,擴(kuò)大能源出口,在實現(xiàn)能源獨立的同時謀求世界能源霸主的發(fā)展之路。未來,特朗普政府對美國能源技術(shù)發(fā)展趨勢的政策引導(dǎo)和調(diào)節(jié)還有待觀察。

3.日本:從“低碳化”邁向“脫碳化”實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型

日本是能源消費大國,同時其傳統(tǒng)能源的資源量十分有限。日本政府發(fā)布的能源與環(huán)境創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略(NESTI2050)主要目標(biāo)是推動低碳能源的發(fā)展,節(jié)能和減少溫室氣體排放的創(chuàng)新技術(shù)是日本能源技術(shù)優(yōu)先發(fā)展的重要方向。

2010年6月,日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省發(fā)布以“保護(hù)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)增長”為主題的《能源戰(zhàn)略計劃》,強(qiáng)調(diào)大力發(fā)展核能,構(gòu)建以核電為主的低碳電源。隨著世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源格局的變動,日本對本國的能源戰(zhàn)略不斷作出調(diào)整。在經(jīng)過福島核事故之后,日本在能源科技發(fā)展重點上有較大調(diào)整,于2014年修訂了《能源戰(zhàn)略計劃》,以“3E+S”(能源安全保障、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境適宜性原則和安全)為能源政策基礎(chǔ),構(gòu)筑“多層次、多樣化的柔性能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)”。指出未來發(fā)展方向是壓縮核電發(fā)展,舉政府之力加快發(fā)展可再生能源,以期創(chuàng)造新的產(chǎn)業(yè)。

2016年4月,日本相繼公布了能源中期和長期戰(zhàn)略方案:一份是經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省發(fā)布、面向2030年產(chǎn)業(yè)改革的《能源革新戰(zhàn)略》,從政策改革和技術(shù)開發(fā)兩方面推行新舉措,確定了節(jié)能挖潛、擴(kuò)大可再生能源和構(gòu)建新型能源供給系統(tǒng)這三大改革主題,以實現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級,構(gòu)建可再生能源與節(jié)能融合型新能源產(chǎn)業(yè);另一份是日本政府綜合科技創(chuàng)新會議發(fā)布、面向2050年技術(shù)前沿的《能源環(huán)境技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略》,主旨是強(qiáng)化政府引導(dǎo)下的研發(fā)體制,通過創(chuàng)新引領(lǐng)世界,保證日本開發(fā)的顛覆性能源技術(shù)廣泛普及,實現(xiàn)到2050年全球溫室氣體排放減半和構(gòu)建新型能源系統(tǒng)的目標(biāo)。技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略確定了日本將要重點推進(jìn)的五大技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域,包括:利用大數(shù)據(jù)分析、人工智能、先進(jìn)傳感和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建智能能源集成管理系統(tǒng),通過創(chuàng)新制造工藝和先進(jìn)材料開發(fā)實現(xiàn)深度節(jié)能,新一代蓄電池和氫能制備、儲存與應(yīng)用,新一代光伏發(fā)電和地?zé)岚l(fā)電技術(shù),以及二氧化碳固定與有效利用。

2017年12月,日本發(fā)布《氫能基本戰(zhàn)略》,規(guī)劃新能源汽車和氫能發(fā)展目標(biāo),加速推進(jìn)氫能社會構(gòu)建,實現(xiàn)能源供給多元化以提高能源自給率。

2018年7月3日,日本政府公布了最新制定的“第5次能源基本計劃”,提出了日本能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的新目標(biāo)、新路徑和新方向,這是一份面向2030年以及2050年的日本能源中長期發(fā)展規(guī)劃的政策指南和行動綱領(lǐng)。而此次制定能源政策的指導(dǎo)思想,則提出了“3E+S”升級版的新理念。在環(huán)保性方面,溫室氣體排放2030年要比2013年削減26%,到2050年則要削減80%,實現(xiàn)從“低碳化”邁向“脫碳化”的新目標(biāo)。

4.德國:將可再生能源、能效、儲能、電網(wǎng)技術(shù)作為戰(zhàn)略優(yōu)先推進(jìn)領(lǐng)域

德國一貫堅持以可再生能源為主導(dǎo)的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型,經(jīng)過多年的政策激勵和研發(fā)支持,在可再生能源技術(shù)和裝備制造方面的實力位居世界前列。福島核事故后,德國政府率先提出了全面棄核的能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略,把可再生能源和能效作為兩大支柱,并以法律形式明確了可再生能源發(fā)展的中長期目標(biāo),到2050年可再生能源電力占比要達(dá)到80%。在科技層面為支持能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略,2011年實施的第六次能源研究計劃將可再生能源、能效、儲能、電網(wǎng)技術(shù)作為戰(zhàn)略優(yōu)先推進(jìn)領(lǐng)域。而為了從系統(tǒng)層面推動能源轉(zhuǎn)型解決方案,德國聯(lián)邦教研部于2016年4月公布了未來10年投資4億歐元“哥白尼計劃”的具體方案,這是德國為促進(jìn)能源轉(zhuǎn)型開展的最大規(guī)模的科研資助行動,來自德國230家學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界機(jī)構(gòu)將參與其中,著重關(guān)注四大重點方向,每個方向均組建一個產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟集成優(yōu)勢力量攻關(guān),包括:新的智慧電網(wǎng)架構(gòu),轉(zhuǎn)化儲存可再生能源過剩電力,高效工業(yè)過程和技術(shù)以適應(yīng)波動性電力供給,以及加強(qiáng)能源系統(tǒng)集成創(chuàng)新。

德國政府不僅重視可再生能源技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新工作,還非常重視給予可再生能源發(fā)展堅實的法律制度保障,為此于2000年通過了著名的《可再生能源法》(EEG-2000)。隨著德國可再生能源發(fā)展的情況變化,其對《可再生能源法》不斷進(jìn)行修訂和完善。最新出臺的《可再生能源法》2017版(EEG-2017)對先前法案內(nèi)容進(jìn)行了全面修訂,主要包括:控制可再生能源年度裝機(jī)容量增長目標(biāo),補(bǔ)貼重點側(cè)重于更加經(jīng)濟(jì)有效的可再生能源類型(如陸上風(fēng)電和光伏),實施上網(wǎng)電價遞減率與年度新增裝機(jī)容量掛鉤的靈活限額機(jī)制,調(diào)整上網(wǎng)電價遞減周期等等,采用招投標(biāo)模式來確定可再生電力的補(bǔ)貼額度。這表明德國可再生能源的發(fā)展從過去的全面促進(jìn)和吸引投資階段轉(zhuǎn)變到重點扶持、引導(dǎo)投資和成本控制新階段。

5.俄羅斯:明確燃料動力綜合體發(fā)展方向

《俄羅斯2035年前能源戰(zhàn)略草案》和《俄羅斯聯(lián)邦科技發(fā)展戰(zhàn)略》中明確了俄羅斯燃料動力綜合體的技術(shù)發(fā)展方向。俄羅斯燃料動力綜合體一方面致力于提高傳統(tǒng)能源的效率,另一方面努力打造新型能源,其中包括可再生能源、節(jié)能、分布式發(fā)電、智能電網(wǎng)等。這兩個方面在《俄羅斯燃料動力綜合體領(lǐng)域2035年前科技發(fā)展預(yù)測》中有詳細(xì)的描述。當(dāng)然,該科技發(fā)展預(yù)測最為重視的還是傳統(tǒng)能源技術(shù),畢竟,傳統(tǒng)能源在俄羅斯經(jīng)濟(jì)中的地位舉足輕重。

《俄羅斯燃料動力綜合體領(lǐng)域2035年前科技發(fā)展預(yù)測》中預(yù)設(shè)了三種全球能源發(fā)展情景,即化石能源新型情景(原油需求增速加快),化石能源低價情景(原油需求增速放緩)和能源革命情景(向低碳能源轉(zhuǎn)型)。在不同的預(yù)測情景下,俄羅斯對新型能源技術(shù)的需求也將有所不同。大多數(shù)新型能源技術(shù)(包括網(wǎng)絡(luò)蓄電池、氫燃料電池、數(shù)字電網(wǎng)技術(shù)等)都出現(xiàn)在能源革命情景當(dāng)中。該預(yù)測情景還對發(fā)展俄羅斯核電技術(shù)給予了特別的關(guān)注。與此同時也不難看出,俄羅斯燃料動力綜合體對能源革命情景的技術(shù)準(zhǔn)備程度并不充分。

6.法國:大力引進(jìn)氣候?qū)<遥们鍧嵞芴娲弘?/strong>

2015年,法國議會正式通過綠色增長能源轉(zhuǎn)型法案,提出到2030年溫室氣體排放將比1990年降低40%,到2050年降低75%(同時能源消費減半),降低化石燃料占比,控制核電裝機(jī)上限為63.2GW,可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中占比達(dá)到32%。這一法案被視為謀劃法國能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的重大舉措,旨在讓該國更有效地應(yīng)對氣候變化,加強(qiáng)能源獨立性,更好地平衡不同的能源供應(yīng)來源。

2017年6月,在特朗普宣布美國退出《巴黎協(xié)定》幾個小時后,法國總統(tǒng)馬克龍便邀請心懷不滿的美國科學(xué)家搬到法國:為每位科學(xué)家提供3至5年資助,總計150萬歐元。在年底舉辦氣候峰會期間,法國還公布了一份獎勵名單,為18名獲獎氣候?qū)W家提供數(shù)以百萬計的歐元,資助他們在法國從事研究。

除了加大引進(jìn)人才力度外,馬克龍計劃未來5年內(nèi)關(guān)閉法國所有燃煤電站,并停止發(fā)放碳?xì)浠衔锟碧皆S可證;維持目前的2030可再生能源目標(biāo),即清潔能源占比達(dá)32%;將減少安裝可再生能源項目的審批程序,支持智能電網(wǎng)和儲能;到2025年將核電占比降至50%,并關(guān)閉費斯內(nèi)姆核電站。

7.英國:注重空氣污染治理,明確淘汰煤電時間表

英國是最早提出“低碳經(jīng)濟(jì)”的國家,也是第一個實施“碳預(yù)算”的國家。早在2011年,英國政府就公布了《英國可再生能源路線圖》,闡述了加快英國可再生能源部署和利用的全面行動計劃,確定了到2020年可再生能源滿足英國15%能源需求的發(fā)展目標(biāo)。2017年10月,英國商業(yè)、能源和工業(yè)戰(zhàn)略部(BEIS)發(fā)布《低碳發(fā)展戰(zhàn)略》報告,闡述了英國如何在削減碳排放以應(yīng)對氣候變化的同時推動經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長,為英國低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展描繪藍(lán)圖。2017年9月18日,英國首相特雷莎•梅宣布,英國將在2025年之前淘汰煤電,這是英國政府首次明確提出淘汰煤電的時間表。

2018年是英國《氣候變化法案》生效以來的第10年,2018年6月28日,英國氣候變化委員會發(fā)布題為《減少英國排放——2018年向議會提交的進(jìn)展報告》的報告,評估了2017年英國的溫室氣體減排進(jìn)展,總結(jié)英國過去10年應(yīng)對氣候變化的成就與經(jīng)驗。報告指出,英國政府必須吸取過去10年的教訓(xùn),才能實現(xiàn)其2020年和2030年的法定減排目標(biāo)。除非現(xiàn)在立即采取行動,否則公眾將面臨昂貴的低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型成本。

8.韓國:“去核電”成標(biāo)志性重大調(diào)整

韓國新政府“去核電”政策成為近年來能源和產(chǎn)業(yè)政策標(biāo)志性的重大調(diào)整,計劃終止所有新的核電站建設(shè)計劃,也不再批準(zhǔn)延期運行現(xiàn)有核電站。政府還發(fā)表了核能五年計劃,將核能技術(shù)的發(fā)展重點轉(zhuǎn)到核電站安全運行和拆解技術(shù)等領(lǐng)域。本屆總統(tǒng)任期期滿前計劃至少關(guān)閉10所老舊火電站,并將對煤電和核電征收環(huán)保稅,以支持更加清潔的天然氣以及水電和太陽能等可再生能源。

此外,韓國電力公社正式對軟銀的超級電網(wǎng)計劃表示支持,認(rèn)為該計劃能夠幫助東北亞國家分享能源供應(yīng),提升電力體系的安全性和運作效率。

9.其他主要國家:積極制定相應(yīng)的低碳能源科技戰(zhàn)略

新發(fā)展和新技術(shù)已經(jīng)加快能源行業(yè)的轉(zhuǎn)變速度,對氣候變化的擔(dān)憂成為向低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的促進(jìn)因素,推進(jìn)綠色低碳技術(shù)創(chuàng)新、發(fā)展以可再生能源為主的現(xiàn)代能源體系已經(jīng)成為國際社會的共識。除了上述主要國家和地區(qū),世界其他國家也積極制定相應(yīng)的低碳能源科技戰(zhàn)略。

加拿大是北美主要海洋國家,擁有世界上最長的海岸線,蘊含豐富的海洋資源。2011年,加拿大發(fā)布了《加拿大海洋可再生能源技術(shù)路線圖》,提出海洋能源發(fā)展的中長期階段目標(biāo),以及實現(xiàn)目標(biāo)的具體技術(shù)途徑和促進(jìn)條件,以保持加拿大在海洋能源領(lǐng)域的領(lǐng)先地位,為加拿大創(chuàng)造全新的經(jīng)濟(jì)增長點。

作為全球主要原油生產(chǎn)國,沙特阿拉伯在國家科學(xué)、技術(shù)和創(chuàng)新計劃(Maarifah)中確定了國家技術(shù)長期發(fā)展方向,并將“能源”、“石油和天然氣”、“油氣化工”納入到11項國家關(guān)鍵技術(shù)規(guī)劃當(dāng)中。沙特燃料動力綜合體能源規(guī)劃明確將能源作為國家經(jīng)濟(jì)增長的引擎,將能效技術(shù)、節(jié)能技術(shù)、減少對環(huán)境的負(fù)面影響(包括發(fā)展可再生能源)作為優(yōu)先發(fā)展的技術(shù)方向。其中,石油和天然氣規(guī)劃、油氣化工規(guī)劃更是對所有技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)說明。沙特阿卜杜拉國王科技城(KACST)還為每項技術(shù)規(guī)劃制定了五年期的實施計劃。

巴西政府強(qiáng)調(diào)金磚國家在能源領(lǐng)域的互補(bǔ)性,目前巴西已成為中國十大原油供應(yīng)國之一。同時,巴西認(rèn)為金磚國家在低碳減排領(lǐng)域潛力巨大,在資金、技術(shù)領(lǐng)域共同關(guān)切很多。政府承諾在能效、可再生能源、林業(yè)、農(nóng)業(yè)和工業(yè)等領(lǐng)域采取有效政策和措施,積極應(yīng)對氣候變化挑戰(zhàn),并計劃在國家能源結(jié)構(gòu)中增加可再生能源的比重。巴西力爭到2019年生物能源年產(chǎn)量達(dá)到640億升。水電開發(fā)潛力約2.59億千瓦,發(fā)展空間巨大。

挪威是歐洲經(jīng)濟(jì)區(qū)的成員國,其能源技術(shù)優(yōu)先發(fā)展方向與歐盟十分相似。挪威國家新能源技術(shù)研發(fā)、示范和商業(yè)化戰(zhàn)略(Energi21)將新型可再生能源(太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電)、水電、能效、提高能源系統(tǒng)靈活性,以及碳捕集和存儲(尤其是在燃?xì)獍l(fā)電領(lǐng)域)技術(shù)作為重點。同時,挪威在歐洲境外擁有不少油氣資源。因此,挪威能源技術(shù)發(fā)展必須要滿足其大陸架開發(fā)的需求,并維護(hù)其油氣生產(chǎn)商的利益。為了發(fā)展油氣技術(shù),挪威專門制定了21世紀(jì)油氣戰(zhàn)略,內(nèi)容涵蓋石油和天然氣勘探、開采、加工、運輸?shù)雀鱾€環(huán)節(jié),并將北極地區(qū)油氣田的開發(fā)和環(huán)境保護(hù)作為重點。

二、1.核聚變研究取得重大突破

核聚變能源產(chǎn)生過程不污染環(huán)境、不產(chǎn)生放射性核廢料、安全性高、清潔且資源無限,被視為人類可持續(xù)發(fā)展的最理想的新能源。而想要將核聚變的能量真正利用起來,就必須對核聚變的速度和規(guī)模進(jìn)行控制,實現(xiàn)能量持續(xù)、輸出平穩(wěn)。為此,科學(xué)家正努力研究如何實現(xiàn)可控核聚變。美歐中核聚變實驗裝置持續(xù)創(chuàng)造紀(jì)錄,穩(wěn)步推進(jìn)受控核聚變的實現(xiàn)。2016年3月,德國馬普學(xué)會等離子體物理研究所建造的世界最大仿星器聚變裝置W7-X成功產(chǎn)出首個氫等離子體,正式啟動科學(xué)實驗;10月,麻省理工學(xué)院Alcator C-Mod核聚變反應(yīng)堆裝置在最后一次實驗中,等離子體壓強(qiáng)首次突破2個大氣壓達(dá)到2.05個大氣壓,對應(yīng)的溫度達(dá)到3500萬攝氏度;2017年7月,中國科學(xué)院等離子體物理研究所全超導(dǎo)托卡馬克EAST實現(xiàn)了101.2秒穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束等離子體運行,創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄,EAST成為了世界上第一個實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)高約束模式運行持續(xù)時間達(dá)到百秒量級的托卡馬克核聚變實驗裝置。2017年11月,美國桑迪亞國家實驗室開啟氘—氚受控核聚變實驗,標(biāo)志著美核聚變研究進(jìn)入全新階段。

2.電化學(xué)儲能成為電網(wǎng)應(yīng)用儲能技術(shù)解決新能源接入的首選方案

2016年5月,斯坦福大學(xué)William C. Chueh教授課題組牽頭的聯(lián)合研究團(tuán)隊設(shè)計了一種全新的“同步液態(tài)掃描透射X射線顯微成像(STXM)”技術(shù),借助該技術(shù)研究人員首次在介觀尺度實現(xiàn)對鋰離子電池充放電過程中單個納米顆粒活動行為的原位實時觀測和成像;2017年2月,勞倫斯伯克利國家實驗室利用集成X射線譜的全場透射顯微成像技術(shù)(FF-TXM-XANES)首次在納米尺度實現(xiàn)對鋰離子電池充放電循環(huán)過程中鋰錳鎳氧(LiMn1.5Ni0.5O4,LMNO)正極材料相變過程的詳細(xì)觀測研究,揭露了脫鋰過程中LMNO電極相轉(zhuǎn)變機(jī)制;5月,瑞士保羅謝爾研究所研究團(tuán)隊利用X射線技術(shù)首次實現(xiàn)對鋰硫電池放電中間產(chǎn)物的直接觀測,對鋰硫電池反應(yīng)機(jī)理有了進(jìn)一步的深入認(rèn)識,為設(shè)計和開發(fā)高性能鋰硫電池提供了重要的科學(xué)理論參考。

3.鈣鈦礦太陽電池技術(shù)新成果層出不窮

鈣鈦礦太陽能電池由敏化太陽能電池改進(jìn)發(fā)展而來,具備更加清潔、便于應(yīng)用、制造成本低和效率高等顯著優(yōu)點。韓國科學(xué)家通過改進(jìn)鈣鈦礦太陽能電池金屬鹵化物吸光材料的制造方法,使這種類型太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率達(dá)到22.1%,而此前這類電池轉(zhuǎn)化效率的最高紀(jì)錄是20.1%。瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院研發(fā)出新型鈣鈦礦太陽電池的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到21.02%,創(chuàng)造新的世界紀(jì)錄。斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院、英國牛津大學(xué)、德國亥姆霍茲柏林材料與能源中心、瑞士聯(lián)邦材料科學(xué)與技術(shù)研究所均報道了鈣鈦礦與硅電池或銅銦鎵硒電池構(gòu)建疊層電池的研究成果,通過帶隙匹配提高太陽光譜的吸收利用率,期望實現(xiàn)30%的轉(zhuǎn)換效率。針對新一代太陽能電池“鈣鈦礦太陽電池”材料,東京大學(xué)先端科學(xué)技術(shù)研究中心的科研人員,通過添加地球上較多存在的鉀元素,實現(xiàn)了結(jié)晶構(gòu)造的穩(wěn)定性,在不使用銣等稀有金屬的前提下,實現(xiàn)了20.5%的高轉(zhuǎn)換效率。此外,韓國淑明女子大學(xué)化工生命工學(xué)部的崔京民教授和樸民宇教授的研究團(tuán)隊采用低溫工藝開發(fā)出高效柔性光伏電池。此項研究利用了鈦基金屬有機(jī)骨架材料,開發(fā)出的鈣鈦礦型柔性光伏電池具有新型的金屬氧化物電子傳輸層。

4.3D打印燃?xì)廨啓C(jī)葉片獲突破

增材制造技術(shù)是通過CAD設(shè)計數(shù)據(jù)采用材料逐層累加的方法制造實體零件的技術(shù),相對于傳統(tǒng)的材料去除(切削加工)技術(shù),是一種“自上而下”材料累加的制造方法,也被稱為“3D打印技術(shù)”。國際上增材制造經(jīng)過20多年的發(fā)展,美國已經(jīng)成為增材制造領(lǐng)先的國家,3D打印技術(shù)不斷融入人們的生活,在能源、醫(yī)療、建筑、教育等領(lǐng)域大量應(yīng)用,催生許多新的產(chǎn)業(yè)。

2017年世界柴油機(jī)巨頭曼柴油機(jī)與透平公司正在將通過增材制造(3D打印)的零件裝配在燃?xì)廨啓C(jī)中,而這個零件是燃?xì)廨啓C(jī)上結(jié)構(gòu)復(fù)雜的渦輪靜葉(噴嘴),這是全世界首例將如此復(fù)雜的3D打印零件用在燃?xì)廨啓C(jī)批產(chǎn)中。美國通用電氣(GE)公司宣布其最大的燃?xì)廨啓C(jī)9HA.02可以以64%的效能運行,打破了能源行業(yè)的記錄,其中最大的功勞應(yīng)歸于3D打印,GE用3D打印為渦輪機(jī)制造了多個部件。

2017年2月,西門子公司成功完成對3D打印燃?xì)廨啓C(jī)葉片的滿負(fù)荷測試,這些發(fā)電用的燃?xì)廨啓C(jī)葉片是由英國的MaterialsSolutions公司通過3D打印生產(chǎn)的,其燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速高達(dá)每分鐘13,000轉(zhuǎn),工作溫度超過1250攝氏度(2282華氏度),葉片被安裝在功率為13兆瓦(MW)的西門子SGT-400工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)上。

5.電動汽車電池續(xù)航技術(shù)大幅提升

電池充電及續(xù)航技術(shù)成為多國研發(fā)熱點,其技術(shù)突破將推動電動汽車產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展。以色列Storedot公司研發(fā)出“超快速充電”電動汽車電池,可在5分鐘內(nèi)完成充電,并支持汽車?yán)m(xù)航約483千米德國弗勞恩霍夫應(yīng)用研究促進(jìn)協(xié)會研制出一種超級電池,體積不變,可使電動汽車?yán)m(xù)航達(dá)100千米。美國菲斯克公司研發(fā)的固態(tài)電池可使電動汽車?yán)m(xù)航804千米,充電僅需1分鐘。韓國光州科學(xué)技術(shù)院和美國麻省理工學(xué)院合作研發(fā)出使電動車?yán)m(xù)航能力提高1倍的新型鋰電池。

6.氫燃料制取技術(shù)取得新進(jìn)展

氫能源是目前備受期待的新一代能源。進(jìn)入21世紀(jì)以來,氫能源的開發(fā)利用逐步增多,發(fā)達(dá)國家已經(jīng)取得了一些新進(jìn)展。其中,日本氫能源研究啟動早、發(fā)展快,在燃料電池和燃料電池車領(lǐng)域成績斐然,成為引領(lǐng)“終極環(huán)保車”的時代先鋒。從氫能與氫燃料電池全球發(fā)展的總體來看,歐美日等發(fā)達(dá)國家繼續(xù)加大研發(fā)投入和政策扶持,氫能與氫燃料電池在交通領(lǐng)域、固定式發(fā)電領(lǐng)域、通信基站備用電源領(lǐng)域和物料搬運領(lǐng)域都顯示出市場化的跡象,氫燃料電池技術(shù)應(yīng)用總體已經(jīng)在商業(yè)化初期嶄露頭角。

日本九州大學(xué)發(fā)明了近紅外線領(lǐng)域的太陽能制造氫氣的新方法。氫被認(rèn)為是下一代主要能源,利用太陽能用水制造氫氣的方法最被看好。和以前利用光電效應(yīng)使物質(zhì)表面放出電子的研究方法不同,該研究利用了光驅(qū)動化學(xué)反應(yīng)原理。德國科學(xué)家簡化了氫燃料制取和儲存的新工藝,將應(yīng)用于工業(yè)化儲氫和生產(chǎn),降低成本和能源消耗,對能源轉(zhuǎn)型具有重要意義。來自埃克塞特大學(xué)的可再生能源專家團(tuán)隊率先推出了一項新型光電極技術(shù),利用太陽光生產(chǎn)氫氣,從而創(chuàng)造出清潔、廉價的燃料,可以為家庭和燃料電池車輛等提供能源。通過這種光解水的方法產(chǎn)生的氫燃料不僅會顯著降低碳排放,而且?guī)缀蹩梢詫崿F(xiàn)無限能源供應(yīng)。

 

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