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 關鍵技術創(chuàng)新之能源開發(fā)

油氣—水力壓裂等開發(fā)技術創(chuàng)新將帶動探明儲量、可采儲量大幅增加，但供需形勢正在邁向持續(xù)寬松，產(chǎn)能的增加并非轉型的關鍵。為應對氣候變化，對開采加工過程中的甲烷泄漏進行檢測和修復并開展全過程監(jiān)測和計量非常必要，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，如提高超超臨界機組占比、在非全載荷條件下實現(xiàn)高效率、提高爬坡速率以響應用電需求和可再生能源出力的變化。此外，煤電機組安裝碳捕集、利用與封存（CCUS）設施是應對氣候變化的必然舉措，新興的低碳用煤技術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，氣電未來發(fā)展要進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，主要途徑包括氣價保證、系統(tǒng)運行、市場設計、輔助服務等。為實現(xiàn)應對氣候變化目標，氣電領域的碳捕集、利用與封存技術必不可少。

水電—水電開發(fā)技術成熟，轉換效率高，投資回報高。面向能源清潔轉型，水電技術創(chuàng)新主要是優(yōu)化水電站的規(guī)劃、設計和建設，減小對生態(tài)系統(tǒng)和社會生活的影響，減少水電項目土建工程。

核電—三代及三代 + 輕水堆機組的批量化建設毫無疑問將大幅降低核電成本，但大型發(fā)電機組在高比例可再生能源發(fā)電市場中是否具有競爭力有待考量。在能源轉型進程中，核電需要變得更加靈活、可靠和可調。當前，核電技術創(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，核電長期發(fā)展必須解決核燃料回收處理問題。

陸上風電—陸上風電技術已經(jīng)較為成熟，未來需要多措并舉進一步降低度電成本。首先，通過數(shù)字化方案和先進電力電子設備提高并網(wǎng)友好性；其次，加快下一代風機、動力裝置和系統(tǒng)管理技術研發(fā)；最后，資源勘測和空間規(guī)劃技術的推廣應用有助于提高風電項目的長期效益。

海上風電—海上風電成本下降或技術創(chuàng)新的空間十分巨大，可以通過風機設計、控制系統(tǒng)、場站管理等手段提升出力情況，但必須面對海洋風暴、海面冰凍、海水腐蝕等不利自然條件。深海風電資源條件優(yōu)異，但這需要漂浮式海上風電在風機安裝、底座設計等方面取得關鍵突破。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，其中單晶硅是當前主流技術，AI-BSF 技術占據(jù) 3/4 市場份額，PERC 技術及 HJT、IBC 等下一代技術具有發(fā)展?jié)摿?。此外，光伏發(fā)電與數(shù)字化技術相結合，為微網(wǎng)、孤網(wǎng)系統(tǒng)提供電能，將有助于解決數(shù)以億計的無電人口問題。

地熱能—地熱開發(fā)利用技術成熟度不一，目前已進入驗證期的是干熱巖地熱提取技術，還需要強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—當前，海洋能開發(fā)利用相對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。

關鍵技術創(chuàng)新之工業(yè)部門

鋼鐵行業(yè)—當前，鋼鐵行業(yè)主要采用 BF-CO 法（高爐 - 焦爐）。面向能源轉型，基于煤炭或氫等離子體的冶煉還原技術、基于一氧化碳 / 氫能 / 電能的直接還原技術均可有效減少碳排放。此外，安裝 CCUS 設備可實現(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極法受到業(yè)界關注。面向未來，多極電解池、新型陽極、濕陰極、碳熱還原、高嶺石還原等技術處于研發(fā)早期。

化工行業(yè)—化工行業(yè)的生產(chǎn)工藝復雜、產(chǎn)品種類繁多，能源轉型主要是在可行環(huán)節(jié)將化石能源原料替換為氫能、生物質或電能。比如，采用哈柏法將氮氣與氫氣合成為氨；將來源于工業(yè)生產(chǎn)過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生產(chǎn)芳香族化合物。

水泥行業(yè)—目前，尚無成熟技術方案可改變水泥行業(yè)高耗能、高排放的用能特性。可選的 CCUS 技術包括燃燒后化學吸附碳捕集技術、富氧燃料碳捕集技術、碳分離膜及鈣循環(huán)技術等。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，但仍處于技術研發(fā)初期；貝利特 - 硫鋁酸鋇水泥技術在創(chuàng)新突破難度、碳減排潛力等方面相對均衡。

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

關鍵技術創(chuàng)新之交通部門

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

生物燃料—當前，生物燃料主要來源于脂肪、廢油和油脂，原料有限制約了利用規(guī)模。面向未來，纖維素乙醇、生物質液化（BtL）等技術可從城市固體垃圾、農林廢棄物中提取生物燃料，其技術成熟將帶動生物燃料擴大規(guī)模、降低成本。

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

卡車—當前，電動卡車的續(xù)航里程還未突破 600 公里，無法滿足長途貨運需求，解決方案主要有動態(tài)充電公路、鋰電池技術提升、氫能或燃料電池。

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

航運—面向能源轉型，航運領域可使氨、氫、生物柴油替代傳統(tǒng)柴油，但氨與氫目前均面臨基礎設施薄弱的困難。此外，輪船的使用壽命長達二三十年，技術鎖定問題較為嚴重，替代方案是改用液化天然氣（LNG）。

航空—航空是最難實現(xiàn)低碳化的交通方式。2020 年，歐盟發(fā)布《氫動力航空：到 2050 年氫技術、經(jīng)濟和氣候影響》，提出氫動力航空的研發(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、在機場滑行時使用電能或氫能。

關鍵技術創(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）與儲能設施（如冷熱一體式儲能）相結合，加之空氣循環(huán)系統(tǒng)、室內照明系統(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用，未來主要是降低購置成本、減少空間占用、融入城市或社區(qū)供暖網(wǎng)絡。地源熱泵可同時滿足供暖和制冷需求，可應用于商業(yè)建筑和居民住宅。

制冷—現(xiàn)有空調制冷技術中，提升壓縮機效率是減緩制冷需求增長的關鍵。面向未來，制冷領域的技術創(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)有技術進步與政策引導正在持續(xù)提高電器效率。面向未來，提升電器效率的案例有冰箱使用真空隔熱板、滾筒烘干機使用地熱能、電子設備使用改進型硅基材料。

照明—當前，LED 照明并未達到技術極限，預計 2030 年其效率有望達到 160 流明 / 瓦。新興的 SSL（固態(tài)照明）技術正在快速發(fā)展，但獲得較傳統(tǒng)照明技術的成本優(yōu)勢仍需時日。建筑能源管理系統(tǒng)中包含智能照明系統(tǒng)，可根據(jù)日光強度、占用情況等主動調節(jié)，可有效降低建筑電耗。

數(shù)字化—面向未來，數(shù)據(jù)中心服務需求無疑將快速增長，傳輸網(wǎng)絡無線化也會加快需求增速，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。為此，主要舉措包括計算向云端轉移、建設超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心、引入人工智能開展能耗管理等。

原標題：全球能源發(fā)展展望之關鍵技術創(chuàng)新