能源,不僅是現(xiàn)代工業(yè)的血液,也是正常生活得以維持的基石。千百年來(lái),人類主要依靠化石能源維系,目前也是如此。但化石能源總有耗盡的一天。那么,什么可以接替化石,未來(lái)能夠?yàn)槿祟愄峁┣鍧?、可持續(xù)的能源?當(dāng)前,世界主要國(guó)家或地區(qū)均將發(fā)展新能源技術(shù)視為引領(lǐng)新一輪能源革命以及科技創(chuàng)新的重要突破口,新能源技術(shù)正以前所未有的速度加快迭代。日前,中國(guó)科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院、武漢文獻(xiàn)情報(bào)中心、廣州能源所與施普林格·自然團(tuán)隊(duì)發(fā)布了《未來(lái)科技系列報(bào)告(第一期)》——《新能源技術(shù)研究的機(jī)遇與挑戰(zhàn)》,對(duì)全球2000-2019年間(尤其是2015-2019年間)太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮堋⒑四?、氫能、?chǔ)能、能源互聯(lián)網(wǎng)等八個(gè)不同新能源技術(shù)領(lǐng)域整體及其20項(xiàng)代表性技術(shù)主題進(jìn)行系統(tǒng)分析,訪談了歐陽(yáng)明高院士、李燦院士、Joёl Ruet教授等中外能源領(lǐng)域的科學(xué)家,對(duì)未來(lái)能源進(jìn)行了定量和定性的分析,并從全球尺度重點(diǎn)關(guān)注了中國(guó)新能源技術(shù)的研究特點(diǎn)以及研究競(jìng)爭(zhēng)力。
風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能……哪種新能源最受科技界青睞?
氫能將是打造未來(lái)能源體系、實(shí)現(xiàn)能源變革的重要媒介,太陽(yáng)能燃料技術(shù)的突破及其成本降低或?qū)⒖焖俳档蛯?duì)化石燃料的依賴
中國(guó)科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢?cè)貉芯繂T郭劍鋒介紹,通過(guò)對(duì)發(fā)表論文的分析發(fā)現(xiàn),新能源技術(shù)正處于加速發(fā)展期,2015-2019年間除核能外,太陽(yáng)能、風(fēng)能、氫能等7個(gè)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)文量均超過(guò)近20年總量的40%,其中5個(gè)領(lǐng)域超過(guò)一半以上。進(jìn)一步聚焦2015—2019年發(fā)文情況發(fā)現(xiàn),全球?qū)π履茉吹年P(guān)注度持續(xù)升溫,五年期間在新能源領(lǐng)域共發(fā)表了388416篇論文,發(fā)文量年均復(fù)合增長(zhǎng)率約為10%。
郭劍鋒介紹,統(tǒng)計(jì)被引頻次最高的前10篇論文可以揭示全球不同新能源技術(shù)領(lǐng)域關(guān)注和聚焦的研究方向:生物質(zhì)能研究主要關(guān)注木質(zhì)素?zé)峤?、催化劑、預(yù)處理、微藻生物燃料、生物精煉等方向;儲(chǔ)能研究主要聚焦鋰離子電池、鈉離子電池、鋰硫電池、正負(fù)極材料、快充技術(shù)等方向;地?zé)崮苎芯繜狳c(diǎn)方向包括增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)(EGS)、地?zé)嵯到y(tǒng)數(shù)值模擬、地?zé)徙@井技術(shù)等;氫能研究主要關(guān)注非貴金屬催化劑、金屬有機(jī)框架材料、鈷基催化劑、雙功能催化劑等領(lǐng)域;核能研究主要的關(guān)注點(diǎn)包括核廢料處理技術(shù)、核電站安全技術(shù)、耐輻照材料、磁約束核聚變、慣性約束核聚變等;太陽(yáng)能研究重點(diǎn)關(guān)注方向包括鈣鈦礦太陽(yáng)能電池、疊層太陽(yáng)能電池、太陽(yáng)能光催化制氫、催化劑、半導(dǎo)體電極等;能源互聯(lián)網(wǎng)研究重點(diǎn)關(guān)注智慧能源系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)、智慧家居能源管理系統(tǒng)、需求響應(yīng)等方向;風(fēng)能研究的主要熱點(diǎn)方向包括高功率能量轉(zhuǎn)換器、風(fēng)力渦輪機(jī)、風(fēng) 電數(shù)值模擬、風(fēng)電高比例穩(wěn)定并網(wǎng)等。
在這些領(lǐng)域中,無(wú)論是論文統(tǒng)計(jì)還是科學(xué)家訪談都發(fā)現(xiàn),氫能和太陽(yáng)能是大家重點(diǎn)關(guān)注的兩個(gè)新能源。
報(bào)告中介紹:在未來(lái)能源體系中,氫能是重要的降碳二次能源,制氫、儲(chǔ)氫以及氫能的輸送和利用研究熱度都在快速增長(zhǎng)。其中,最先受到關(guān)注的氫燃料電池或氫發(fā)動(dòng)機(jī)可以變革傳統(tǒng)交通工具,解決交通燃油消費(fèi)帶來(lái)的城市大氣污染和脫碳問(wèn)題。在可再生能源發(fā)電規(guī)模快速增加的過(guò)程中,電網(wǎng)消納能力是瓶頸之一,通過(guò)電解水制氫靈活消納棄風(fēng)、棄光,為解決光伏和風(fēng)電規(guī)模受消費(fèi)側(cè)需求和電網(wǎng)消納能力限制問(wèn)題提供了新路徑。同時(shí),可再生能源制氫也將成為未來(lái)可持續(xù)的綠氫來(lái)源。
氫能是助推能源體系深度脫碳重要切入點(diǎn)。2018年至今,包括日本、韓國(guó)、澳大利亞、英國(guó)、法國(guó)在內(nèi)的諸多國(guó)家發(fā)布了氫能領(lǐng)域最新規(guī)劃。日本明確提出,到2025年將全面普及氫能交通,擴(kuò)大氫能在發(fā)電、工業(yè)和家庭中的應(yīng)用,到2030年,氫能使用成本將不高于傳統(tǒng)能源。歐盟2020年7月發(fā)布的《歐盟氫能戰(zhàn)略》提出了歐洲構(gòu)建“氫能生態(tài)系統(tǒng)2050年戰(zhàn)略路線圖”,2030年前的目標(biāo)是迅速減少氫氣生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放,開(kāi)發(fā)其他形式的低碳?xì)洌灾С窒蚩稍偕茉粗茪溥^(guò)渡。中國(guó)在氫能關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)方面表現(xiàn)較活躍。中國(guó)最早的氫能發(fā)展部署是將氫燃料電池汽車列為新能源汽車發(fā)展方向之一。但由于制氫技術(shù)和氫燃料電池的高成本以及加氫站的布局等問(wèn)題制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展,與純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車相比,氫燃料電池汽車還處于示范運(yùn)營(yíng)階段。與此相呼應(yīng),中國(guó)在制氫、儲(chǔ)氫、加氫等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的研究活躍度也排在新能源領(lǐng)域前列。
零碳太陽(yáng)能燃料技術(shù)研發(fā)是科研界高度關(guān)注的焦點(diǎn)。報(bào)告顯示,太陽(yáng)能燃料研究的發(fā)文量和關(guān)注度都位居前列,表明人類持續(xù)追求利用可持續(xù)的自然資源(水、二氧化碳)和能源(太陽(yáng)能),以求通過(guò)更為生態(tài)、高效的轉(zhuǎn)化機(jī)制獲得綠色燃料。科學(xué)家們?cè)诠饨馑茪?、太?yáng)能燃料等領(lǐng)域作出了很多努力,但距離應(yīng)用還有一段距離。例如光催化制氫仍處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段,如何降低太陽(yáng)能燃料制備成本,仍然是其產(chǎn)業(yè)化的瓶頸。
產(chǎn)業(yè)化遭遇瓶頸,誰(shuí)是新能源應(yīng)用的“攔路虎”?
全球新能源領(lǐng)域研究成果技術(shù)轉(zhuǎn)化率整體較低,產(chǎn)學(xué)研結(jié)合有待加強(qiáng);儲(chǔ)能技術(shù)和能源互聯(lián)網(wǎng)受到全球關(guān)注
中國(guó)科學(xué)院武漢文獻(xiàn)情報(bào)中心戰(zhàn)略情報(bào)中心副主任、研究館員陳偉總結(jié),全球新能源領(lǐng)域研究成果技術(shù)轉(zhuǎn)化率整體較低,產(chǎn)學(xué)研結(jié)合有待加強(qiáng)。相對(duì)而言,儲(chǔ)能、生物質(zhì)能和太陽(yáng)能的研究成果轉(zhuǎn)化率相對(duì)較高,鋰離子電池和有機(jī)太陽(yáng)能電池是國(guó)內(nèi)外產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化共同關(guān)注的技術(shù)熱點(diǎn)。
結(jié)果顯示,儲(chǔ)能、太陽(yáng)能和氫能技術(shù)研究的國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)關(guān)注度最高,而產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化度相對(duì)較高的技術(shù)為儲(chǔ)能、生物質(zhì)能和太陽(yáng)能技術(shù)。而全球及中國(guó)產(chǎn)研共同關(guān)注的新能源技術(shù)熱點(diǎn)集中在電池儲(chǔ)能和太陽(yáng)能光伏領(lǐng)域,尤其是鋰離子電池和有機(jī)太陽(yáng)能電池。
在新能源技術(shù)中,關(guān)注度最高的是儲(chǔ)能技術(shù)和能源互聯(lián)網(wǎng)。
儲(chǔ)能技術(shù)是現(xiàn)代能源體系建設(shè)重要組成,特別是電池儲(chǔ)能方面的論文發(fā)文量、增長(zhǎng)率以及頭部高質(zhì)量研究的綜合表現(xiàn)在評(píng)估中得分位居第一。陳偉介紹,可再生能源發(fā)電、智能電網(wǎng)和分布式多能互補(bǔ)系統(tǒng)、電動(dòng)汽車均為各國(guó)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型的重點(diǎn)方向,而儲(chǔ)能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)上述領(lǐng)域變革必不可少的技術(shù)支撐,是未來(lái)能源系統(tǒng)具備柔性、包容性和平衡功能的軟鏈接關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。
隨著儲(chǔ)能技術(shù)在能源生產(chǎn)、消費(fèi)以及低碳智慧轉(zhuǎn)型中的廣泛應(yīng)用,提高儲(chǔ)能電池的安全性、能量密度、容量規(guī)模、續(xù)航能力、服役壽命以及降低電池成本的需求越來(lái)越迫切。論文和專利分析表明,電極材料、電解質(zhì)等電池材料是提高電池性能的研究熱點(diǎn)。領(lǐng)域相關(guān)專家認(rèn)為,磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池已相繼成為動(dòng)力電池材料創(chuàng)新的主要技術(shù)方向。電池性能突破路線主要包括儲(chǔ)能電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、電池包空間利用優(yōu)化、電池能量密度及安全性提升、電池成本大幅降低等。
能源互聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)代能源系統(tǒng)的新型基礎(chǔ)設(shè)施。隨著能源需求不斷增加和電氣化趨勢(shì)的顯現(xiàn),未來(lái)全球?qū)⒓涌煨纬梢允汀⑻烊粴?、煤炭、可再生能源為主的多元化能源結(jié)構(gòu),并在21世紀(jì)中葉完成向以非化石能源為主的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。因此,雖然分能源品種的能源技術(shù)創(chuàng)新依然重要,但多種能源融合的集成組合、融合匹配、智慧運(yùn)維、供需雙向互動(dòng)、多網(wǎng)互動(dòng)等系統(tǒng)技術(shù)的突破也顯得尤為重要和迫切。同時(shí),現(xiàn)代能源系統(tǒng)必然需要大數(shù)據(jù)挖掘、信息流管理、檢測(cè)和網(wǎng)絡(luò)泛在、決策優(yōu)化等跨界科學(xué)技術(shù)交叉融合的支撐。
在全球?qū)崿F(xiàn)碳中和情景下,能源系統(tǒng)將具有多元、智慧、安全、柔韌的基本屬性,這意味著能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智慧能源系統(tǒng)技術(shù)等研究的重要性凸顯,應(yīng)用基礎(chǔ)研究、應(yīng)用性技術(shù)研發(fā)將持續(xù)受到關(guān)注。
報(bào)告分析認(rèn)為,目前能源互聯(lián)網(wǎng)研究仍需關(guān)注如下問(wèn)題:一是關(guān)注能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)和核心裝備技術(shù)研究,在能源生產(chǎn)消費(fèi)的智能化、能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃、多能流能源交換與路由技術(shù)、能源智能傳輸技術(shù)、智能網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同控制技術(shù)等方面取得突破;二是關(guān)注能源系統(tǒng)大數(shù)據(jù)采集、挖掘和利用技術(shù)研究,在能源互聯(lián)網(wǎng)通信、能量信息化與信息物理融合、能源大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)、能源互聯(lián)網(wǎng)管理技術(shù)等方面取得突破;三是關(guān)注能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)落地轉(zhuǎn)化,在多學(xué)科交叉、信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和能源基礎(chǔ)設(shè)施鏈接的研究設(shè)計(jì)、示范應(yīng)用、落地實(shí)施等方面取得突破。
新能源研發(fā)競(jìng)賽,中國(guó)表現(xiàn)如何?
中國(guó)在新能源研究領(lǐng)域貢獻(xiàn)總量較大,頭部高質(zhì)量研究貢獻(xiàn)量也較高;但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比,研究整體效率仍需提升
中國(guó)科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢?cè)嚎沙掷m(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究所副所長(zhǎng)、研究員譚顯春介紹,報(bào)告對(duì)新能源研究頭部國(guó)家對(duì)領(lǐng)域發(fā)展的主要貢獻(xiàn)進(jìn)行了對(duì)比,發(fā)現(xiàn)各國(guó)在研究效率上存在差異。中國(guó)在新能源8個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)文量均位居世界前兩位,表明其在新能源研究各主要方向具有較強(qiáng)的活躍度。綜合分析8個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的研究影響力(篇均被引頻次和優(yōu)質(zhì)研究論文數(shù)量),中國(guó)在所有技術(shù)領(lǐng)域的優(yōu)質(zhì)論文數(shù)量均排名前六,但大部分領(lǐng)域論文篇均被引頻次排名相對(duì)靠后,表明中國(guó)在新能源技術(shù)領(lǐng)域的研究效率仍需進(jìn)一步提升。
例如,在國(guó)別對(duì)比中,中國(guó)能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)表論文數(shù)量最多,且優(yōu)質(zhì)論文數(shù)量也處于領(lǐng)先,表明中國(guó)科研界對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的理論前沿研究高度關(guān)注,在能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域研究具有一定競(jìng)爭(zhēng)力。然而,從論文篇均被引頻次國(guó)家排名來(lái)看,中國(guó)僅位居全球第五名,表明中國(guó)論文的影響力與英國(guó)、美國(guó)比還有一定差距,仍需加強(qiáng)關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān),提高能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域研究水平。
但中國(guó)在不少領(lǐng)域表現(xiàn)也很亮眼。譚顯春說(shuō),例如,中國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速成為全球后起之秀。報(bào)告中特別提到,中國(guó)能源研究會(huì)儲(chǔ)能專委會(huì)等聯(lián)合發(fā)布的《儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)研究白皮書(shū)2020》顯示,2019年全球電池儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模為9520.5MW,其中鋰離子電池儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模占比88.6%。中國(guó)的儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)雖然起步較晚,但近幾年發(fā)展速度令人矚目,已投運(yùn)電池儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)到1709.6MW,其中鋰離子電池儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模占比60%,在2015—2019年間鋰電池儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)年均增長(zhǎng)超過(guò)100%。
報(bào)告對(duì)中國(guó)新能源的發(fā)展提出了建議:
一是大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的突破和普及是發(fā)展可再生能源的有力支撐。風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源以及智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的迅速崛起,使得儲(chǔ)能技術(shù)成為全球各國(guó)亟須攻克的技術(shù)壁壘。大規(guī)模高效儲(chǔ)能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)可再生能源普及應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù),可以解決發(fā)電與用電的時(shí)差矛盾以及間歇式可再生能源發(fā)電直接并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊,是未來(lái)能源系統(tǒng)具備柔性、包容性和平衡功能的軟鏈接關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。中國(guó)應(yīng)進(jìn)一步完善促進(jìn)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策機(jī)制,通過(guò)金融和市場(chǎng)化手段引導(dǎo)長(zhǎng)期資金投入,構(gòu)建儲(chǔ)能科技創(chuàng)新與技術(shù)儲(chǔ)備體系,加強(qiáng)新能源與儲(chǔ)能集成應(yīng)用研究,推動(dòng)大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)突破和商業(yè)化應(yīng)用。
二是氫能將成為打造未來(lái)能源體系、實(shí)現(xiàn)能源變革的重要媒介。隨著人類社會(huì)的低碳化、無(wú)碳化轉(zhuǎn)型,氫能技術(shù)的突破利用成為能源清潔化發(fā)展的重要方向。全球多個(gè)國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)出臺(tái)了氫能發(fā)展戰(zhàn)略路線圖,將氫能規(guī)劃上升到國(guó)家戰(zhàn)略高度。作為多種能源網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互補(bǔ)和協(xié)同優(yōu)化的重要能源媒介,氫能能夠提高可再生能源利用率,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)和氣網(wǎng)的耦合,增加電力系統(tǒng)的靈活性,同時(shí)具備儲(chǔ)能功能,通過(guò)可再生能源電解水制氫,實(shí)現(xiàn)能源消納與儲(chǔ)存。因此,要強(qiáng)化氫能的頂層設(shè)計(jì),明確規(guī)模化應(yīng)用場(chǎng)景,合理提出不同場(chǎng)景下氫能發(fā)展路線圖,并制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,加速綠氫制取、儲(chǔ)運(yùn)和應(yīng)用等產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。
三是太陽(yáng)能燃料技術(shù)突破及其成本降低將助力減少石油依賴。太陽(yáng)能燃料技術(shù)正逐步從基礎(chǔ)科學(xué)研究發(fā)展成為工業(yè)可行技術(shù),有望從根本上改變能源和化工領(lǐng)域過(guò)度依賴化石資源的現(xiàn)狀。太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的進(jìn)步將會(huì)進(jìn)一步降低發(fā)電成本,帶動(dòng)可再生能源電解水制氫迅速成為綠色、可持續(xù)的太陽(yáng)能燃料生產(chǎn)路線。而利用太陽(yáng)能將水和二氧化碳高效轉(zhuǎn)變?yōu)槿剂匣蚧瘜W(xué)品的關(guān)鍵是如何降低成本、提高效率。中國(guó)應(yīng)繼續(xù)加大太陽(yáng)能燃料技術(shù)的研發(fā)力度,強(qiáng)化太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)與建筑等基礎(chǔ)設(shè)施一體化應(yīng)用技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用,選擇陽(yáng)光資源豐富的地區(qū)開(kāi)展典型示范工程,推進(jìn)太陽(yáng)能技術(shù)的工業(yè)化生產(chǎn)進(jìn)程。
四是能源互聯(lián)網(wǎng)將發(fā)揮“互聯(lián)網(wǎng)+”和智慧能源雙重優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)能源統(tǒng)籌優(yōu)化配置。能源互聯(lián)網(wǎng)可以實(shí) 現(xiàn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)秩序重構(gòu),將能源生產(chǎn)、輸送、存儲(chǔ)、消費(fèi)以及市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)等環(huán)節(jié)與信息通信技術(shù)深度融合,創(chuàng)造新的商業(yè)模式,實(shí)現(xiàn)能源共享的新能源生態(tài)系統(tǒng)。能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)需要加強(qiáng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)在智能電網(wǎng)中的融合應(yīng)用,構(gòu)建金融支持平臺(tái),強(qiáng)化共享能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)管理體系,實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)化,構(gòu)建安全、高效、可持 續(xù)的智慧能源系統(tǒng)。中國(guó)要積極推動(dòng)能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā),加強(qiáng)不同能源網(wǎng)絡(luò)間的互聯(lián)互通,推進(jìn)綜合能源網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),完善能源互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)和管理運(yùn)行機(jī)制。
(本報(bào)記者 齊芳)
關(guān)于新能源,大家在關(guān)注什么?
網(wǎng)絡(luò)檢索發(fā)現(xiàn),很多網(wǎng)友都對(duì)新能源很好奇,提出了很多問(wèn)題?;蛟S這些問(wèn)題都能在報(bào)告中找到答案。
1.未來(lái)二十年最有發(fā)展前景的新能源是什么?
2.我們?yōu)槭裁匆罅Πl(fā)展新能源?
3.新能源在未來(lái)會(huì)完全代替煤炭、石油等舊能源嗎?
4.除了核能,哪一種新能源最有可能成為未來(lái)的主流清潔能源?
5.現(xiàn)階段新能源很難實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化有哪些原因?我國(guó)出臺(tái)的政策對(duì)新能源產(chǎn)業(yè)化有什么影響?
6.我國(guó)未來(lái)新能源發(fā)展的方向是什么?
7.中國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展會(huì)不會(huì)出現(xiàn)一窩蜂涌入而從朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)(藍(lán)海)變成夕陽(yáng)產(chǎn)業(yè)(紅海)的現(xiàn)象?例如新能源汽車和太陽(yáng)能。
8.新能源化和智能網(wǎng)聯(lián)化,將給汽車產(chǎn)業(yè)和交通行業(yè)帶來(lái)怎樣的改變?又將如何影響人們的出行與生活?
9.什么是能源互聯(lián)網(wǎng)?對(duì)新能源產(chǎn)業(yè)化有什么意義?
(郭娟、趙云怡整理)
風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能……哪種新能源最受科技界青睞?
氫能將是打造未來(lái)能源體系、實(shí)現(xiàn)能源變革的重要媒介,太陽(yáng)能燃料技術(shù)的突破及其成本降低或?qū)⒖焖俳档蛯?duì)化石燃料的依賴
中國(guó)科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢?cè)貉芯繂T郭劍鋒介紹,通過(guò)對(duì)發(fā)表論文的分析發(fā)現(xiàn),新能源技術(shù)正處于加速發(fā)展期,2015-2019年間除核能外,太陽(yáng)能、風(fēng)能、氫能等7個(gè)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)文量均超過(guò)近20年總量的40%,其中5個(gè)領(lǐng)域超過(guò)一半以上。進(jìn)一步聚焦2015—2019年發(fā)文情況發(fā)現(xiàn),全球?qū)π履茉吹年P(guān)注度持續(xù)升溫,五年期間在新能源領(lǐng)域共發(fā)表了388416篇論文,發(fā)文量年均復(fù)合增長(zhǎng)率約為10%。
郭劍鋒介紹,統(tǒng)計(jì)被引頻次最高的前10篇論文可以揭示全球不同新能源技術(shù)領(lǐng)域關(guān)注和聚焦的研究方向:生物質(zhì)能研究主要關(guān)注木質(zhì)素?zé)峤?、催化劑、預(yù)處理、微藻生物燃料、生物精煉等方向;儲(chǔ)能研究主要聚焦鋰離子電池、鈉離子電池、鋰硫電池、正負(fù)極材料、快充技術(shù)等方向;地?zé)崮苎芯繜狳c(diǎn)方向包括增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)(EGS)、地?zé)嵯到y(tǒng)數(shù)值模擬、地?zé)徙@井技術(shù)等;氫能研究主要關(guān)注非貴金屬催化劑、金屬有機(jī)框架材料、鈷基催化劑、雙功能催化劑等領(lǐng)域;核能研究主要的關(guān)注點(diǎn)包括核廢料處理技術(shù)、核電站安全技術(shù)、耐輻照材料、磁約束核聚變、慣性約束核聚變等;太陽(yáng)能研究重點(diǎn)關(guān)注方向包括鈣鈦礦太陽(yáng)能電池、疊層太陽(yáng)能電池、太陽(yáng)能光催化制氫、催化劑、半導(dǎo)體電極等;能源互聯(lián)網(wǎng)研究重點(diǎn)關(guān)注智慧能源系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)、智慧家居能源管理系統(tǒng)、需求響應(yīng)等方向;風(fēng)能研究的主要熱點(diǎn)方向包括高功率能量轉(zhuǎn)換器、風(fēng)力渦輪機(jī)、風(fēng) 電數(shù)值模擬、風(fēng)電高比例穩(wěn)定并網(wǎng)等。
在這些領(lǐng)域中,無(wú)論是論文統(tǒng)計(jì)還是科學(xué)家訪談都發(fā)現(xiàn),氫能和太陽(yáng)能是大家重點(diǎn)關(guān)注的兩個(gè)新能源。
報(bào)告中介紹:在未來(lái)能源體系中,氫能是重要的降碳二次能源,制氫、儲(chǔ)氫以及氫能的輸送和利用研究熱度都在快速增長(zhǎng)。其中,最先受到關(guān)注的氫燃料電池或氫發(fā)動(dòng)機(jī)可以變革傳統(tǒng)交通工具,解決交通燃油消費(fèi)帶來(lái)的城市大氣污染和脫碳問(wèn)題。在可再生能源發(fā)電規(guī)模快速增加的過(guò)程中,電網(wǎng)消納能力是瓶頸之一,通過(guò)電解水制氫靈活消納棄風(fēng)、棄光,為解決光伏和風(fēng)電規(guī)模受消費(fèi)側(cè)需求和電網(wǎng)消納能力限制問(wèn)題提供了新路徑。同時(shí),可再生能源制氫也將成為未來(lái)可持續(xù)的綠氫來(lái)源。
氫能是助推能源體系深度脫碳重要切入點(diǎn)。2018年至今,包括日本、韓國(guó)、澳大利亞、英國(guó)、法國(guó)在內(nèi)的諸多國(guó)家發(fā)布了氫能領(lǐng)域最新規(guī)劃。日本明確提出,到2025年將全面普及氫能交通,擴(kuò)大氫能在發(fā)電、工業(yè)和家庭中的應(yīng)用,到2030年,氫能使用成本將不高于傳統(tǒng)能源。歐盟2020年7月發(fā)布的《歐盟氫能戰(zhàn)略》提出了歐洲構(gòu)建“氫能生態(tài)系統(tǒng)2050年戰(zhàn)略路線圖”,2030年前的目標(biāo)是迅速減少氫氣生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放,開(kāi)發(fā)其他形式的低碳?xì)洌灾С窒蚩稍偕茉粗茪溥^(guò)渡。中國(guó)在氫能關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)方面表現(xiàn)較活躍。中國(guó)最早的氫能發(fā)展部署是將氫燃料電池汽車列為新能源汽車發(fā)展方向之一。但由于制氫技術(shù)和氫燃料電池的高成本以及加氫站的布局等問(wèn)題制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展,與純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車相比,氫燃料電池汽車還處于示范運(yùn)營(yíng)階段。與此相呼應(yīng),中國(guó)在制氫、儲(chǔ)氫、加氫等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的研究活躍度也排在新能源領(lǐng)域前列。
零碳太陽(yáng)能燃料技術(shù)研發(fā)是科研界高度關(guān)注的焦點(diǎn)。報(bào)告顯示,太陽(yáng)能燃料研究的發(fā)文量和關(guān)注度都位居前列,表明人類持續(xù)追求利用可持續(xù)的自然資源(水、二氧化碳)和能源(太陽(yáng)能),以求通過(guò)更為生態(tài)、高效的轉(zhuǎn)化機(jī)制獲得綠色燃料。科學(xué)家們?cè)诠饨馑茪?、太?yáng)能燃料等領(lǐng)域作出了很多努力,但距離應(yīng)用還有一段距離。例如光催化制氫仍處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段,如何降低太陽(yáng)能燃料制備成本,仍然是其產(chǎn)業(yè)化的瓶頸。
產(chǎn)業(yè)化遭遇瓶頸,誰(shuí)是新能源應(yīng)用的“攔路虎”?
全球新能源領(lǐng)域研究成果技術(shù)轉(zhuǎn)化率整體較低,產(chǎn)學(xué)研結(jié)合有待加強(qiáng);儲(chǔ)能技術(shù)和能源互聯(lián)網(wǎng)受到全球關(guān)注
中國(guó)科學(xué)院武漢文獻(xiàn)情報(bào)中心戰(zhàn)略情報(bào)中心副主任、研究館員陳偉總結(jié),全球新能源領(lǐng)域研究成果技術(shù)轉(zhuǎn)化率整體較低,產(chǎn)學(xué)研結(jié)合有待加強(qiáng)。相對(duì)而言,儲(chǔ)能、生物質(zhì)能和太陽(yáng)能的研究成果轉(zhuǎn)化率相對(duì)較高,鋰離子電池和有機(jī)太陽(yáng)能電池是國(guó)內(nèi)外產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化共同關(guān)注的技術(shù)熱點(diǎn)。
結(jié)果顯示,儲(chǔ)能、太陽(yáng)能和氫能技術(shù)研究的國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)關(guān)注度最高,而產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化度相對(duì)較高的技術(shù)為儲(chǔ)能、生物質(zhì)能和太陽(yáng)能技術(shù)。而全球及中國(guó)產(chǎn)研共同關(guān)注的新能源技術(shù)熱點(diǎn)集中在電池儲(chǔ)能和太陽(yáng)能光伏領(lǐng)域,尤其是鋰離子電池和有機(jī)太陽(yáng)能電池。
在新能源技術(shù)中,關(guān)注度最高的是儲(chǔ)能技術(shù)和能源互聯(lián)網(wǎng)。
儲(chǔ)能技術(shù)是現(xiàn)代能源體系建設(shè)重要組成,特別是電池儲(chǔ)能方面的論文發(fā)文量、增長(zhǎng)率以及頭部高質(zhì)量研究的綜合表現(xiàn)在評(píng)估中得分位居第一。陳偉介紹,可再生能源發(fā)電、智能電網(wǎng)和分布式多能互補(bǔ)系統(tǒng)、電動(dòng)汽車均為各國(guó)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型的重點(diǎn)方向,而儲(chǔ)能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)上述領(lǐng)域變革必不可少的技術(shù)支撐,是未來(lái)能源系統(tǒng)具備柔性、包容性和平衡功能的軟鏈接關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。
隨著儲(chǔ)能技術(shù)在能源生產(chǎn)、消費(fèi)以及低碳智慧轉(zhuǎn)型中的廣泛應(yīng)用,提高儲(chǔ)能電池的安全性、能量密度、容量規(guī)模、續(xù)航能力、服役壽命以及降低電池成本的需求越來(lái)越迫切。論文和專利分析表明,電極材料、電解質(zhì)等電池材料是提高電池性能的研究熱點(diǎn)。領(lǐng)域相關(guān)專家認(rèn)為,磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池已相繼成為動(dòng)力電池材料創(chuàng)新的主要技術(shù)方向。電池性能突破路線主要包括儲(chǔ)能電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、電池包空間利用優(yōu)化、電池能量密度及安全性提升、電池成本大幅降低等。
能源互聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)代能源系統(tǒng)的新型基礎(chǔ)設(shè)施。隨著能源需求不斷增加和電氣化趨勢(shì)的顯現(xiàn),未來(lái)全球?qū)⒓涌煨纬梢允汀⑻烊粴?、煤炭、可再生能源為主的多元化能源結(jié)構(gòu),并在21世紀(jì)中葉完成向以非化石能源為主的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。因此,雖然分能源品種的能源技術(shù)創(chuàng)新依然重要,但多種能源融合的集成組合、融合匹配、智慧運(yùn)維、供需雙向互動(dòng)、多網(wǎng)互動(dòng)等系統(tǒng)技術(shù)的突破也顯得尤為重要和迫切。同時(shí),現(xiàn)代能源系統(tǒng)必然需要大數(shù)據(jù)挖掘、信息流管理、檢測(cè)和網(wǎng)絡(luò)泛在、決策優(yōu)化等跨界科學(xué)技術(shù)交叉融合的支撐。
在全球?qū)崿F(xiàn)碳中和情景下,能源系統(tǒng)將具有多元、智慧、安全、柔韌的基本屬性,這意味著能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智慧能源系統(tǒng)技術(shù)等研究的重要性凸顯,應(yīng)用基礎(chǔ)研究、應(yīng)用性技術(shù)研發(fā)將持續(xù)受到關(guān)注。
報(bào)告分析認(rèn)為,目前能源互聯(lián)網(wǎng)研究仍需關(guān)注如下問(wèn)題:一是關(guān)注能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)和核心裝備技術(shù)研究,在能源生產(chǎn)消費(fèi)的智能化、能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃、多能流能源交換與路由技術(shù)、能源智能傳輸技術(shù)、智能網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同控制技術(shù)等方面取得突破;二是關(guān)注能源系統(tǒng)大數(shù)據(jù)采集、挖掘和利用技術(shù)研究,在能源互聯(lián)網(wǎng)通信、能量信息化與信息物理融合、能源大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)、能源互聯(lián)網(wǎng)管理技術(shù)等方面取得突破;三是關(guān)注能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)落地轉(zhuǎn)化,在多學(xué)科交叉、信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和能源基礎(chǔ)設(shè)施鏈接的研究設(shè)計(jì)、示范應(yīng)用、落地實(shí)施等方面取得突破。
新能源研發(fā)競(jìng)賽,中國(guó)表現(xiàn)如何?
中國(guó)在新能源研究領(lǐng)域貢獻(xiàn)總量較大,頭部高質(zhì)量研究貢獻(xiàn)量也較高;但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比,研究整體效率仍需提升
中國(guó)科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢?cè)嚎沙掷m(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究所副所長(zhǎng)、研究員譚顯春介紹,報(bào)告對(duì)新能源研究頭部國(guó)家對(duì)領(lǐng)域發(fā)展的主要貢獻(xiàn)進(jìn)行了對(duì)比,發(fā)現(xiàn)各國(guó)在研究效率上存在差異。中國(guó)在新能源8個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)文量均位居世界前兩位,表明其在新能源研究各主要方向具有較強(qiáng)的活躍度。綜合分析8個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的研究影響力(篇均被引頻次和優(yōu)質(zhì)研究論文數(shù)量),中國(guó)在所有技術(shù)領(lǐng)域的優(yōu)質(zhì)論文數(shù)量均排名前六,但大部分領(lǐng)域論文篇均被引頻次排名相對(duì)靠后,表明中國(guó)在新能源技術(shù)領(lǐng)域的研究效率仍需進(jìn)一步提升。
例如,在國(guó)別對(duì)比中,中國(guó)能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)表論文數(shù)量最多,且優(yōu)質(zhì)論文數(shù)量也處于領(lǐng)先,表明中國(guó)科研界對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的理論前沿研究高度關(guān)注,在能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域研究具有一定競(jìng)爭(zhēng)力。然而,從論文篇均被引頻次國(guó)家排名來(lái)看,中國(guó)僅位居全球第五名,表明中國(guó)論文的影響力與英國(guó)、美國(guó)比還有一定差距,仍需加強(qiáng)關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān),提高能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域研究水平。
但中國(guó)在不少領(lǐng)域表現(xiàn)也很亮眼。譚顯春說(shuō),例如,中國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速成為全球后起之秀。報(bào)告中特別提到,中國(guó)能源研究會(huì)儲(chǔ)能專委會(huì)等聯(lián)合發(fā)布的《儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)研究白皮書(shū)2020》顯示,2019年全球電池儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模為9520.5MW,其中鋰離子電池儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模占比88.6%。中國(guó)的儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)雖然起步較晚,但近幾年發(fā)展速度令人矚目,已投運(yùn)電池儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)到1709.6MW,其中鋰離子電池儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模占比60%,在2015—2019年間鋰電池儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)年均增長(zhǎng)超過(guò)100%。
報(bào)告對(duì)中國(guó)新能源的發(fā)展提出了建議:
一是大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的突破和普及是發(fā)展可再生能源的有力支撐。風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源以及智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的迅速崛起,使得儲(chǔ)能技術(shù)成為全球各國(guó)亟須攻克的技術(shù)壁壘。大規(guī)模高效儲(chǔ)能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)可再生能源普及應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù),可以解決發(fā)電與用電的時(shí)差矛盾以及間歇式可再生能源發(fā)電直接并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊,是未來(lái)能源系統(tǒng)具備柔性、包容性和平衡功能的軟鏈接關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。中國(guó)應(yīng)進(jìn)一步完善促進(jìn)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策機(jī)制,通過(guò)金融和市場(chǎng)化手段引導(dǎo)長(zhǎng)期資金投入,構(gòu)建儲(chǔ)能科技創(chuàng)新與技術(shù)儲(chǔ)備體系,加強(qiáng)新能源與儲(chǔ)能集成應(yīng)用研究,推動(dòng)大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)突破和商業(yè)化應(yīng)用。
二是氫能將成為打造未來(lái)能源體系、實(shí)現(xiàn)能源變革的重要媒介。隨著人類社會(huì)的低碳化、無(wú)碳化轉(zhuǎn)型,氫能技術(shù)的突破利用成為能源清潔化發(fā)展的重要方向。全球多個(gè)國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)出臺(tái)了氫能發(fā)展戰(zhàn)略路線圖,將氫能規(guī)劃上升到國(guó)家戰(zhàn)略高度。作為多種能源網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互補(bǔ)和協(xié)同優(yōu)化的重要能源媒介,氫能能夠提高可再生能源利用率,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)和氣網(wǎng)的耦合,增加電力系統(tǒng)的靈活性,同時(shí)具備儲(chǔ)能功能,通過(guò)可再生能源電解水制氫,實(shí)現(xiàn)能源消納與儲(chǔ)存。因此,要強(qiáng)化氫能的頂層設(shè)計(jì),明確規(guī)模化應(yīng)用場(chǎng)景,合理提出不同場(chǎng)景下氫能發(fā)展路線圖,并制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,加速綠氫制取、儲(chǔ)運(yùn)和應(yīng)用等產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。
三是太陽(yáng)能燃料技術(shù)突破及其成本降低將助力減少石油依賴。太陽(yáng)能燃料技術(shù)正逐步從基礎(chǔ)科學(xué)研究發(fā)展成為工業(yè)可行技術(shù),有望從根本上改變能源和化工領(lǐng)域過(guò)度依賴化石資源的現(xiàn)狀。太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的進(jìn)步將會(huì)進(jìn)一步降低發(fā)電成本,帶動(dòng)可再生能源電解水制氫迅速成為綠色、可持續(xù)的太陽(yáng)能燃料生產(chǎn)路線。而利用太陽(yáng)能將水和二氧化碳高效轉(zhuǎn)變?yōu)槿剂匣蚧瘜W(xué)品的關(guān)鍵是如何降低成本、提高效率。中國(guó)應(yīng)繼續(xù)加大太陽(yáng)能燃料技術(shù)的研發(fā)力度,強(qiáng)化太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)與建筑等基礎(chǔ)設(shè)施一體化應(yīng)用技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用,選擇陽(yáng)光資源豐富的地區(qū)開(kāi)展典型示范工程,推進(jìn)太陽(yáng)能技術(shù)的工業(yè)化生產(chǎn)進(jìn)程。
四是能源互聯(lián)網(wǎng)將發(fā)揮“互聯(lián)網(wǎng)+”和智慧能源雙重優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)能源統(tǒng)籌優(yōu)化配置。能源互聯(lián)網(wǎng)可以實(shí) 現(xiàn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)秩序重構(gòu),將能源生產(chǎn)、輸送、存儲(chǔ)、消費(fèi)以及市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)等環(huán)節(jié)與信息通信技術(shù)深度融合,創(chuàng)造新的商業(yè)模式,實(shí)現(xiàn)能源共享的新能源生態(tài)系統(tǒng)。能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)需要加強(qiáng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)在智能電網(wǎng)中的融合應(yīng)用,構(gòu)建金融支持平臺(tái),強(qiáng)化共享能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)管理體系,實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)化,構(gòu)建安全、高效、可持 續(xù)的智慧能源系統(tǒng)。中國(guó)要積極推動(dòng)能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā),加強(qiáng)不同能源網(wǎng)絡(luò)間的互聯(lián)互通,推進(jìn)綜合能源網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),完善能源互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)和管理運(yùn)行機(jī)制。
(本報(bào)記者 齊芳)
關(guān)于新能源,大家在關(guān)注什么?
網(wǎng)絡(luò)檢索發(fā)現(xiàn),很多網(wǎng)友都對(duì)新能源很好奇,提出了很多問(wèn)題?;蛟S這些問(wèn)題都能在報(bào)告中找到答案。
1.未來(lái)二十年最有發(fā)展前景的新能源是什么?
2.我們?yōu)槭裁匆罅Πl(fā)展新能源?
3.新能源在未來(lái)會(huì)完全代替煤炭、石油等舊能源嗎?
4.除了核能,哪一種新能源最有可能成為未來(lái)的主流清潔能源?
5.現(xiàn)階段新能源很難實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化有哪些原因?我國(guó)出臺(tái)的政策對(duì)新能源產(chǎn)業(yè)化有什么影響?
6.我國(guó)未來(lái)新能源發(fā)展的方向是什么?
7.中國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展會(huì)不會(huì)出現(xiàn)一窩蜂涌入而從朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)(藍(lán)海)變成夕陽(yáng)產(chǎn)業(yè)(紅海)的現(xiàn)象?例如新能源汽車和太陽(yáng)能。
8.新能源化和智能網(wǎng)聯(lián)化,將給汽車產(chǎn)業(yè)和交通行業(yè)帶來(lái)怎樣的改變?又將如何影響人們的出行與生活?
9.什么是能源互聯(lián)網(wǎng)?對(duì)新能源產(chǎn)業(yè)化有什么意義?
(郭娟、趙云怡整理)