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 關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新之能源開發(fā)

油氣—水力壓裂等開發(fā)技術(shù)創(chuàng)新將帶動(dòng)探明儲(chǔ)量、可采儲(chǔ)量大幅增加，但供需形勢(shì)正在邁向持續(xù)寬松，產(chǎn)能的增加并非轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。為應(yīng)對(duì)氣候變化，對(duì)開采加工過(guò)程中的甲烷泄漏進(jìn)行檢測(cè)和修復(fù)并開展全過(guò)程監(jiān)測(cè)和計(jì)量非常必要，開發(fā)小型模塊化天然氣利用裝置以減少放空氣也勢(shì)在必行。

煤電—煤電主要是要提高效率和增加靈活性，如提高超超臨界機(jī)組占比、在非全載荷條件下實(shí)現(xiàn)高效率、提高爬坡速率以響應(yīng)用電需求和可再生能源出力的變化。此外，煤電機(jī)組安裝碳捕集、利用與封存（CCUS）設(shè)施是應(yīng)對(duì)氣候變化的必然舉措，新興的低碳用煤技術(shù)還包括直接煤燃料電池、超臨界碳電循環(huán)。

氣電—與煤電類似，氣電未來(lái)發(fā)展要進(jìn)一步提高靈活性以支撐可再生能源發(fā)電的大規(guī)模接入，主要途徑包括氣價(jià)保證、系統(tǒng)運(yùn)行、市場(chǎng)設(shè)計(jì)、輔助服務(wù)等。為實(shí)現(xiàn)應(yīng)對(duì)氣候變化目標(biāo)，氣電領(lǐng)域的碳捕集、利用與封存技術(shù)必不可少。

水電—水電開發(fā)技術(shù)成熟，轉(zhuǎn)換效率高，投資回報(bào)高。面向能源清潔轉(zhuǎn)型，水電技術(shù)創(chuàng)新主要是優(yōu)化水電站的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建設(shè)，減小對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)生活的影響，減少水電項(xiàng)目土建工程。

核電—三代及三代 + 輕水堆機(jī)組的批量化建設(shè)毫無(wú)疑問(wèn)將大幅降低核電成本，但大型發(fā)電機(jī)組在高比例可再生能源發(fā)電市場(chǎng)中是否具有競(jìng)爭(zhēng)力有待考量。在能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程中，核電需要變得更加靈活、可靠和可調(diào)。當(dāng)前，核電技術(shù)創(chuàng)新方向是模塊化小型核電、核電制氫或其他能源、拓展非電用途（制熱、海水淡化等）。此外，核電長(zhǎng)期發(fā)展必須解決核燃料回收處理問(wèn)題。

陸上風(fēng)電—陸上風(fēng)電技術(shù)已經(jīng)較為成熟，未來(lái)需要多措并舉進(jìn)一步降低度電成本。首先，通過(guò)數(shù)字化方案和先進(jìn)電力電子設(shè)備提高并網(wǎng)友好性；其次，加快下一代風(fēng)機(jī)、動(dòng)力裝置和系統(tǒng)管理技術(shù)研發(fā)；最后，資源勘測(cè)和空間規(guī)劃技術(shù)的推廣應(yīng)用有助于提高風(fēng)電項(xiàng)目的長(zhǎng)期效益。

海上風(fēng)電—海上風(fēng)電成本下降或技術(shù)創(chuàng)新的空間十分巨大，可以通過(guò)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)、場(chǎng)站管理等手段提升出力情況，但必須面對(duì)海洋風(fēng)暴、海面冰凍、海水腐蝕等不利自然條件。深海風(fēng)電資源條件優(yōu)異，但這需要漂浮式海上風(fēng)電在風(fēng)機(jī)安裝、底座設(shè)計(jì)等方面取得關(guān)鍵突破。此外，如何將電能傳輸至陸地也面臨挑戰(zhàn)。

光伏發(fā)電—光伏發(fā)電將是成本最低的發(fā)電技術(shù)，其中單晶硅是當(dāng)前主流技術(shù)，AI-BSF 技術(shù)占據(jù) 3/4 市場(chǎng)份額，PERC 技術(shù)及 HJT、IBC 等下一代技術(shù)具有發(fā)展?jié)摿?。此外，光伏發(fā)電與數(shù)字化技術(shù)相結(jié)合，為微網(wǎng)、孤網(wǎng)系統(tǒng)提供電能，將有助于解決數(shù)以億計(jì)的無(wú)電人口問(wèn)題。

地?zé)崮?mdash;地?zé)衢_發(fā)利用技術(shù)成熟度不一，目前已進(jìn)入驗(yàn)證期的是干熱巖地?zé)崽崛〖夹g(shù)，還需要強(qiáng)有力的政策支持幫助其步入商業(yè)化階段。此外，水熱資源也具備一定開發(fā)潛力。

海洋能—當(dāng)前，海洋能開發(fā)利用相對(duì)成熟的是波浪能和潮汐能，海洋溫差熱能、鹽度梯度能和海洋洋流能仍處于概念早期。

關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新之工業(yè)部門

鋼鐵行業(yè)—當(dāng)前，鋼鐵行業(yè)主要采用 BF-CO 法（高爐 - 焦?fàn)t）。面向能源轉(zhuǎn)型，基于煤炭或氫等離子體的冶煉還原技術(shù)、基于一氧化碳 / 氫能 / 電能的直接還原技術(shù)均可有效減少碳排放。此外，安裝 CCUS 設(shè)備可實(shí)現(xiàn)鋼鐵生產(chǎn)的凈零排放，高爐氣回收利用于燃料生產(chǎn)或化工制造可減少煉鋼的全周期能耗與排放。

冶鋁行業(yè)—當(dāng)前，冶鋁行業(yè)主要采用霍爾 - 埃魯煉鋁法，能減少碳排放的惰性陽(yáng)極法受到業(yè)界關(guān)注。面向未來(lái)，多極電解池、新型陽(yáng)極、濕陰極、碳熱還原、高嶺石還原等技術(shù)處于研發(fā)早期。

化工行業(yè)—化工行業(yè)的生產(chǎn)工藝復(fù)雜、產(chǎn)品種類繁多，能源轉(zhuǎn)型主要是在可行環(huán)節(jié)將化石能源原料替換為氫能、生物質(zhì)或電能。比如，采用哈柏法將氮?dú)馀c氫氣合成為氨；將來(lái)源于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的二氧化碳和電解氫合成為甲醇；用甲醇替代石腦油蒸汽裂解來(lái)生產(chǎn)芳香族化合物。

水泥行業(yè)—目前，尚無(wú)成熟技術(shù)方案可改變水泥行業(yè)高耗能、高排放的用能特性?？蛇x的 CCUS 技術(shù)包括燃燒后化學(xué)吸附碳捕集技術(shù)、富氧燃料碳捕集技術(shù)、碳分離膜及鈣循環(huán)技術(shù)等。此外，將捕集的碳制成惰性碳酸鹽作為混凝土骨料或水泥基料是可行方案，但仍處于技術(shù)研發(fā)初期；貝利特 - 硫鋁酸鋇水泥技術(shù)在創(chuàng)新突破難度、碳減排潛力等方面相對(duì)均衡。

造紙行業(yè)—造紙行業(yè)能源轉(zhuǎn)換困難重重，目前處于技術(shù)研發(fā)早期階段的有深低共熔溶劑木質(zhì)素提取技術(shù)、紙漿黑液氣化技術(shù)。

關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新之交通部門

燃油經(jīng)濟(jì)性—提高燃油經(jīng)濟(jì)性的主要手段有使用高能效輪胎、提高汽車空氣動(dòng)力特性、提高燃油燃燒效率和降低發(fā)動(dòng)機(jī)重量、動(dòng)力系統(tǒng)電氣化、使用高強(qiáng)度鋼或鋁制造汽車底盤等。

生物燃料—當(dāng)前，生物燃料主要來(lái)源于脂肪、廢油和油脂，原料有限制約了利用規(guī)模。面向未來(lái)，纖維素乙醇、生物質(zhì)液化（BtL）等技術(shù)可從城市固體垃圾、農(nóng)林廢棄物中提取生物燃料，其技術(shù)成熟將帶動(dòng)生物燃料擴(kuò)大規(guī)模、降低成本。

電動(dòng)汽車—電動(dòng)汽車發(fā)展的核心是電池技術(shù)的不斷突破，包括降低制造成本、增加能量密度、提高充放效率、延長(zhǎng)使用壽命。隨著電動(dòng)汽車數(shù)量的增長(zhǎng)，其充電需求給電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)很大安全挑戰(zhàn)。若可整合電動(dòng)汽車成為需求側(cè)響應(yīng)資源，既可以解決大規(guī)模并網(wǎng)充電帶來(lái)的運(yùn)行挑戰(zhàn)，又可提高電力系統(tǒng)對(duì)可再生能源發(fā)電的接納能力。

卡車—當(dāng)前，電動(dòng)卡車的續(xù)航里程還未突破 600 公里，無(wú)法滿足長(zhǎng)途貨運(yùn)需求，解決方案主要有動(dòng)態(tài)充電公路、鋰電池技術(shù)提升、氫能或燃料電池。

鐵路—鐵路領(lǐng)域正在經(jīng)歷電氣化、高速化、數(shù)字化的發(fā)展歷程。無(wú)論是連接城市的鐵路網(wǎng)路，還是城市內(nèi)部的地鐵和輕軌，都對(duì)其他交通方式形成有力競(jìng)爭(zhēng)，有助于提高運(yùn)輸效率、降低污染排放。

航運(yùn)—面向能源轉(zhuǎn)型，航運(yùn)領(lǐng)域可使氨、氫、生物柴油替代傳統(tǒng)柴油，但氨與氫目前均面臨基礎(chǔ)設(shè)施薄弱的困難。此外，輪船的使用壽命長(zhǎng)達(dá)二三十年，技術(shù)鎖定問(wèn)題較為嚴(yán)重，替代方案是改用液化天然氣（LNG）。

航空—航空是最難實(shí)現(xiàn)低碳化的交通方式。2020 年，歐盟發(fā)布《氫動(dòng)力航空：到 2050 年氫技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和氣候影響》，提出氫動(dòng)力航空的研發(fā)路線圖。但考慮飛行器研發(fā)通常需要數(shù)十年，2050 年很難見證航空領(lǐng)域的低碳化，主要減排舉措包括使用生物燃油替代航空煤油、在機(jī)場(chǎng)滑行時(shí)使用電能或氫能。

關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新之建筑部門

綜合能源系統(tǒng)—將能源生產(chǎn)（如建筑屋頂或墻面光伏發(fā)電）與儲(chǔ)能設(shè)施（如冷熱一體式儲(chǔ)能）相結(jié)合，加之空氣循環(huán)系統(tǒng)、室內(nèi)照明系統(tǒng)的智能控制，可有效降低建筑能耗。

采暖—熱泵在建筑采暖中具有良好應(yīng)用，未來(lái)主要是降低購(gòu)置成本、減少空間占用、融入城市或社區(qū)供暖網(wǎng)絡(luò)。地源熱泵可同時(shí)滿足供暖和制冷需求，可應(yīng)用于商業(yè)建筑和居民住宅。

制冷—現(xiàn)有空調(diào)制冷技術(shù)中，提升壓縮機(jī)效率是減緩制冷需求增長(zhǎng)的關(guān)鍵。面向未來(lái)，制冷領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新包括光伏發(fā)電制冷、液體干燥劑制冷、光熱制冷等。

電器—現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)步與政策引導(dǎo)正在持續(xù)提高電器效率。面向未來(lái)，提升電器效率的案例有冰箱使用真空隔熱板、滾筒烘干機(jī)使用地?zé)崮?、電子設(shè)備使用改進(jìn)型硅基材料。

照明—當(dāng)前，LED 照明并未達(dá)到技術(shù)極限，預(yù)計(jì) 2030 年其效率有望達(dá)到 160 流明 / 瓦。新興的 SSL（固態(tài)照明）技術(shù)正在快速發(fā)展，但獲得較傳統(tǒng)照明技術(shù)的成本優(yōu)勢(shì)仍需時(shí)日。建筑能源管理系統(tǒng)中包含智能照明系統(tǒng)，可根據(jù)日光強(qiáng)度、占用情況等主動(dòng)調(diào)節(jié)，可有效降低建筑電耗。

數(shù)字化—面向未來(lái)，數(shù)據(jù)中心服務(wù)需求無(wú)疑將快速增長(zhǎng)，傳輸網(wǎng)絡(luò)無(wú)線化也會(huì)加快需求增速，而能源效率的提升將一定程度減緩數(shù)字化變革引起的能源需求增長(zhǎng)。為此，主要舉措包括計(jì)算向云端轉(zhuǎn)移、建設(shè)超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心、引入人工智能開展能耗管理等。

原標(biāo)題：全球能源發(fā)展展望之關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新