世界能源領(lǐng)域前沿技術(shù)發(fā)展綜述
隨著新一輪工業(yè)革命興起,應(yīng)對(duì)氣候變化達(dá)成全球共識(shí),能源技術(shù)成為引領(lǐng)能源產(chǎn)業(yè)變革、實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展的源動(dòng)力。目前,世界主要國(guó)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(dòng)加快能源科技創(chuàng)新,以增強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí),能源技術(shù)開發(fā)的最新動(dòng)態(tài)也預(yù)示著未來全球能源發(fā)展趨勢(shì)。
一、1.歐盟:升級(jí)版戰(zhàn)略能源技術(shù)計(jì)劃開展研究與創(chuàng)新優(yōu)先行動(dòng)
早在上世紀(jì)70年代,歐盟的前身——歐共體委員會(huì)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(guó)科技政策,搭建歐洲企業(yè)間合作平臺(tái),加強(qiáng)在高技術(shù)領(lǐng)域的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力,推出了第一個(gè)《技術(shù)研發(fā)框架計(jì)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(jì)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(jì)劃(FP7)將能源列為獨(dú)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(duì)能源供應(yīng)安全和氣候變化,提高歐洲工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。
2008年,歐盟實(shí)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(shí)歐盟對(duì)能源技術(shù)發(fā)展的新認(rèn)識(shí)和新判斷。2013年12月,歐盟出臺(tái)了《Horizon2020研究創(chuàng)新計(jì)劃(H2020)》。H2020是歐洲最大的研究創(chuàng)新計(jì)劃,經(jīng)費(fèi)近800億歐元,時(shí)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(duì)能源技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的最新認(rèn)識(shí)和理念。
2014年新一屆歐盟委員會(huì)上臺(tái)后全面實(shí)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(xiǎn)的能力。2015年9月,歐盟委員會(huì)公布了升級(jí)版的《歐盟戰(zhàn)略能源技術(shù)計(jì)劃》,這一計(jì)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(gè)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(jià)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(gè)核心優(yōu)先領(lǐng)域以及碳捕集與封存和核能兩個(gè)適用于部分成員國(guó)的特定領(lǐng)域,開展十大研究與創(chuàng)新優(yōu)先行動(dòng),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(guó):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(guó)幾十年本土油氣產(chǎn)量下降的趨勢(shì)。為了復(fù)蘇美國(guó)經(jīng)濟(jì)、應(yīng)對(duì)能源安全和氣候變化,實(shí)現(xiàn)能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型,推進(jìn)美國(guó)能源獨(dú)立進(jìn)程,奧巴馬政府自2009年上臺(tái)后,便高舉“能源獨(dú)立”旗幟,出臺(tái)一系列新能源政策和戰(zhàn)略計(jì)劃,掀起了一場(chǎng)自美國(guó)成立以來最大規(guī)模的能源革命。在推動(dòng)美國(guó)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(diǎn)舉措:首先,發(fā)布《未來能源安全藍(lán)圖》,明確美國(guó)未來20年的能源發(fā)展目標(biāo),強(qiáng)調(diào)通過安全有序地?cái)U(kuò)大國(guó)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(dòng)科技創(chuàng)新等工作來保障美國(guó)能源安全;其次,推行《全面能源戰(zhàn)略》,變革美國(guó)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(guó)家安全方面帶來顯著效益;第三,出臺(tái)清潔電力計(jì)劃,全面推動(dòng)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(guó)電力乃至能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整;第四,推動(dòng)能源科技體制機(jī)制改革,降低能源創(chuàng)新全價(jià)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(gè)能源研發(fā)平臺(tái)和機(jī)構(gòu)(先進(jìn)能源研究計(jì)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(guó)搶占新能源技術(shù)戰(zhàn)略制高點(diǎn)。得益于奧巴馬時(shí)期推出的各項(xiàng)能源戰(zhàn)略,美國(guó)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(guó)轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉闯隹趪?guó)。
2014年5月,美國(guó)總統(tǒng)行政辦公室對(duì)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(zhǎng)之路》的報(bào)告。在能源技術(shù)領(lǐng)域,報(bào)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(diǎn),在展望未來清潔發(fā)展目標(biāo)時(shí),特別強(qiáng)調(diào)美國(guó)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(guó)政府推出了《美國(guó)優(yōu)先能源計(jì)劃》。該計(jì)劃延續(xù)了美國(guó)追求能源獨(dú)立的基本思想,致力于降低能源成本,最大化利用國(guó)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(guó)立國(guó)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(guó)“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(shí)現(xiàn)能源獨(dú)立的同時(shí)謀求世界能源霸主的發(fā)展之路。未來,特朗普政府對(duì)美國(guó)能源技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)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(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型
日本是能源消費(fèi)大國(guó),同時(shí)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(dòng)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(zhǎng)”為主題的《能源戰(zhàn)略計(jì)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(dòng),日本對(duì)本國(guó)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(diǎn)上有較大調(diào)整,于2014年修訂了《能源戰(zhàn)略計(jì)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(zhǎng)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(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí),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(huì)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(shí)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(diǎn)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(shí)現(xiàn)深度節(jié)能,新一代蓄電池和氫能制備、儲(chǔ)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(huì)構(gòu)建,實(shí)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(jì)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(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃的政策指南和行動(dòng)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(jí)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(shí)現(xiàn)從“低碳化”邁向“脫碳化”的新目標(biāo)。
4.德國(guó):將可再生能源、能效、儲(chǔ)能、電網(wǎng)技術(shù)作為戰(zhàn)略優(yōu)先推進(jìn)領(lǐng)域
德國(guó)一貫堅(jiān)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(lì)和研發(fā)支持,在可再生能源技術(shù)和裝備制造方面的實(shí)力位居世界前列。福島核事故后,德國(guó)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(zhǎng)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(shí)施的第六次能源研究計(jì)劃將可再生能源、能效、儲(chǔ)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(dòng)能源轉(zhuǎn)型解決方案,德國(guó)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(jì)劃”的具體方案,這是德國(guó)為促進(jìn)能源轉(zhuǎn)型開展的最大規(guī)模的科研資助行動(dòng),來自德國(guó)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(diǎn)方向,每個(gè)方向均組建一個(gè)產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟集成優(yōu)勢(shì)力量攻關(guān),包括:新的智慧電網(wǎng)架構(gòu),轉(zhuǎn)化儲(chǔ)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(dòng)性電力供給,以及加強(qiáng)能源系統(tǒng)集成創(chuàng)新。
德國(guó)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(jiān)實(shí)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(guó)可再生能源發(fā)展的情況變化,其對(duì)《可再生能源法》不斷進(jìn)行修訂和完善。最新出臺(tái)的《可再生能源法》2017版(EEG-2017)對(duì)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(zhǎng)目標(biāo),補(bǔ)貼重點(diǎn)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(shí)施上網(wǎng)電價(jià)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(jià)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(guó)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(diǎn)扶持、引導(dǎo)投資和成本控制新階段。
5.俄羅斯:明確燃料動(dòng)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(dòng)力綜合體的技術(shù)發(fā)展方向。俄羅斯燃料動(dòng)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(gè)方面在《俄羅斯燃料動(dòng)力綜合體領(lǐng)域2035年前科技發(fā)展預(yù)測(cè)》中有詳細(xì)的描述。當(dāng)然,該科技發(fā)展預(yù)測(cè)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(dòng)力綜合體領(lǐng)域2035年前科技發(fā)展預(yù)測(cè)》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(jià)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(cè)情景下,俄羅斯對(duì)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(cè)情景還對(duì)發(fā)展俄羅斯核電技術(shù)給予了特別的關(guān)注。與此同時(shí)也不難看出,俄羅斯燃料動(dòng)力綜合體對(duì)能源革命情景的技術(shù)準(zhǔn)備程度并不充分。
6.法國(guó):大力引進(jìn)氣候?qū)<遥们鍧嵞芴娲弘?/strong>
2015年,法國(guó)議會(huì)正式通過綠色增長(zhǎng)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(shí)能源消費(fèi)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(guó)能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的重大舉措,旨在讓該國(guó)更有效地應(yīng)對(duì)氣候變化,加強(qiáng)能源獨(dú)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(guó)退出《巴黎協(xié)定》幾個(gè)小時(shí)后,法國(guó)總統(tǒng)馬克龍便邀請(qǐng)心懷不滿的美國(guó)科學(xué)家搬到法國(guó):為每位科學(xué)家提供3至5年資助,總計(jì)150萬歐元。在年底舉辦氣候峰會(huì)期間,法國(guó)還公布了一份獎(jiǎng)勵(lì)名單,為18名獲獎(jiǎng)氣候?qū)W家提供數(shù)以百萬計(jì)的歐元,資助他們?cè)诜▏?guó)從事研究。
除了加大引進(jìn)人才力度外,馬克龍計(jì)劃未來5年內(nèi)關(guān)閉法國(guó)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(xiàng)目的審批程序,支持智能電網(wǎng)和儲(chǔ)能;到2025年將核電占比降至50%,并關(guān)閉費(fèi)斯內(nèi)姆核電站。
7.英國(guó):注重空氣污染治理,明確淘汰煤電時(shí)間表
英國(guó)是最早提出“低碳經(jīng)濟(jì)”的國(guó)家,也是第一個(gè)實(shí)施“碳預(yù)算”的國(guó)家。早在2011年,英國(guó)政府就公布了《英國(guó)可再生能源路線圖》,闡述了加快英國(guó)可再生能源部署和利用的全面行動(dòng)計(jì)劃,確定了到2020年可再生能源滿足英國(guó)15%能源需求的發(fā)展目標(biāo)。2017年10月,英國(guó)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(bào)告,闡述了英國(guó)如何在削減碳排放以應(yīng)對(duì)氣候變化的同時(shí)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng),為英國(guó)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展描繪藍(lán)圖。2017年9月18日,英國(guó)首相特雷莎•梅宣布,英國(guó)將在2025年之前淘汰煤電,這是英國(guó)政府首次明確提出淘汰煤電的時(shí)間表。
2018年是英國(guó)《氣候變化法案》生效以來的第10年,2018年6月28日,英國(guó)氣候變化委員會(huì)發(fā)布題為《減少英國(guó)排放——2018年向議會(huì)提交的進(jìn)展報(bào)告》的報(bào)告,評(píng)估了2017年英國(guó)的溫室氣體減排進(jìn)展,總結(jié)英國(guó)過去10年應(yīng)對(duì)氣候變化的成就與經(jīng)驗(yàn)。報(bào)告指出,英國(guó)政府必須吸取過去10年的教訓(xùn),才能實(shí)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(dòng),否則公眾將面臨昂貴的低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型成本。
8.韓國(guó):“去核電”成標(biāo)志性重大調(diào)整
韓國(guó)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(jì)劃終止所有新的核電站建設(shè)計(jì)劃,也不再批準(zhǔn)延期運(yùn)行現(xiàn)有核電站。政府還發(fā)表了核能五年計(jì)劃,將核能技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)轉(zhuǎn)到核電站安全運(yùn)行和拆解技術(shù)等領(lǐng)域。本屆總統(tǒng)任期期滿前計(jì)劃至少關(guān)閉10所老舊火電站,并將對(duì)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(guó)電力公社正式對(duì)軟銀的超級(jí)電網(wǎng)計(jì)劃表示支持,認(rèn)為該計(jì)劃能夠幫助東北亞國(guó)家分享能源供應(yīng),提升電力體系的安全性和運(yùn)作效率。
9.其他主要國(guó)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(duì)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(guó)際社會(huì)的共識(shí)。除了上述主要國(guó)家和地區(qū),世界其他國(guó)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(guó)家,擁有世界上最長(zhǎng)的海岸線,蘊(yùn)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(zhǎng)期階段目標(biāo),以及實(shí)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(zhǎng)點(diǎn)。
作為全球主要原油生產(chǎn)國(guó),沙特阿拉伯在國(guó)家科學(xué)、技術(shù)和創(chuàng)新計(jì)劃(Maarifah)中確定了國(guó)家技術(shù)長(zhǎng)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(xiàng)國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)規(guī)劃當(dāng)中。沙特燃料動(dòng)力綜合體能源規(guī)劃明確將能源作為國(guó)家經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的引擎,將能效技術(shù)、節(jié)能技術(shù)、減少對(duì)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(duì)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(guó)王科技城(KACST)還為每項(xiàng)技術(shù)規(guī)劃制定了五年期的實(shí)施計(jì)劃。
巴西政府強(qiáng)調(diào)金磚國(guó)家在能源領(lǐng)域的互補(bǔ)性,目前巴西已成為中國(guó)十大原油供應(yīng)國(guó)之一。同時(shí),巴西認(rèn)為金磚國(guó)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(duì)氣候變化挑戰(zhàn),并計(jì)劃在國(guó)家能源結(jié)構(gòu)中增加可再生能源的比重。巴西力爭(zhēng)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(guó),其能源技術(shù)優(yōu)先發(fā)展方向與歐盟十分相似。挪威國(guó)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(chǔ)(尤其是在燃?xì)獍l(fā)電領(lǐng)域)技術(shù)作為重點(diǎn)。同時(shí),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(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)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(diǎn)。
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(duì)核聚變的速度和規(guī)模進(jìn)行控制,實(shí)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(shí)現(xiàn)可控核聚變。美歐中核聚變實(shí)驗(yàn)裝置持續(xù)創(chuàng)造紀(jì)錄,穩(wěn)步推進(jìn)受控核聚變的實(shí)現(xiàn)。2016年3月,德國(guó)馬普學(xué)會(huì)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(gè)氫等離子體,正式啟動(dòng)科學(xué)實(shí)驗(yàn);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(shí)驗(yàn)中,等離子體壓強(qiáng)首次突破2個(gè)大氣壓達(dá)到2.05個(gè)大氣壓,對(duì)應(yīng)的溫度達(dá)到3500萬攝氏度;2017年7月,中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所全超導(dǎo)托卡馬克EAST實(shí)現(xiàn)了101.2秒穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束等離子體運(yùn)行,創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄,EAST成為了世界上第一個(gè)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)高約束模式運(yùn)行持續(xù)時(shí)間達(dá)到百秒量級(jí)的托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置。2017年11月,美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開啟氘—氚受控核聚變實(shí)驗(yàn),標(biāo)志著美核聚變研究進(jìn)入全新階段。
2.電化學(xué)儲(chǔ)能成為電網(wǎng)應(yīng)用儲(chǔ)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(duì)設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)對(duì)鋰離子電池充放電過程中單個(gè)納米顆粒活動(dòng)行為的原位實(shí)時(shí)觀測(cè)和成像;2017年2月,勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室利用集成X射線譜的全場(chǎng)透射顯微成像技術(shù)(FF-TXM-XANES)首次在納米尺度實(shí)現(xiàn)對(duì)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(cè)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(duì)利用X射線技術(shù)首次實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰硫電池放電中間產(chǎn)物的直接觀測(cè),對(duì)鋰硫電池反應(yīng)機(jī)理有了進(jìn)一步的深入認(rèn)識(shí),為設(shè)計(jì)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(diǎn)。韓國(guó)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(guó)牛津大學(xué)、德國(guó)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(bào)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(shí)現(xiàn)30%的轉(zhuǎn)換效率。針對(duì)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(shí)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(shí)現(xiàn)了20.5%的高轉(zhuǎn)換效率。此外,韓國(guó)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(duì)采用低溫工藝開發(fā)出高效柔性光伏電池。此項(xiàng)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(jì)數(shù)據(jù)采用材料逐層累加的方法制造實(shí)體零件的技術(shù),相對(duì)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(guó)際上增材制造經(jīng)過20多年的發(fā)展,美國(guó)已經(jīng)成為增材制造領(lǐng)先的國(guó)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(gè)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(guó)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(yùn)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(gè)部件。
2017年2月,西門子公司成功完成對(duì)3D打印燃?xì)廨啓C(jī)葉片的滿負(fù)荷測(cè)試,這些發(fā)電用的燃?xì)廨啓C(jī)葉片是由英國(guó)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(dòng)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(guó)研發(fā)熱點(diǎn),其技術(shù)突破將推動(dòng)電動(dòng)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(dòng)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(guó)弗勞恩霍夫應(yīng)用研究促進(jìn)協(xié)會(huì)研制出一種超級(jí)電池,體積不變,可使電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航達(dá)100千米。美國(guó)菲斯克公司研發(fā)的固態(tài)電池可使電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航804千米,充電僅需1分鐘。韓國(guó)光州科學(xué)技術(shù)院和美國(guó)麻省理工學(xué)院合作研發(fā)出使電動(dòng)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(guó)家已經(jīng)取得了一些新進(jìn)展。其中,日本氫能源研究啟動(dòng)早、發(fā)展快,在燃料電池和燃料電池車領(lǐng)域成績(jī)斐然,成為引領(lǐng)“終極環(huán)保車”的時(shí)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(guó)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(yùn)領(lǐng)域都顯示出市場(chǎng)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(dòng)化學(xué)反應(yīng)原理。德國(guó)科學(xué)家簡(jiǎn)化了氫燃料制取和儲(chǔ)存的新工藝,將應(yīng)用于工業(yè)化儲(chǔ)氫和生產(chǎn),降低成本和能源消耗,對(duì)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(duì)率先推出了一項(xiàng)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(jià)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(huì)顯著降低碳排放,而且?guī)缀蹩梢詫?shí)現(xiàn)無限能源供應(yīng)。
責(zé)任編輯:繼電保護(hù)
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