微信客服
微信公眾號
隨著新一輪工業革命興起，應對氣候變化達成全球共識，能源技術成為引領能源產業變革、實現創新驅動發展的源動力。目前，世界主要國家和地區均把能源技術視為新一輪科技革命和產業革命的突破口，從能源戰略的高度制定各種能源技術規劃、采取行動加快能源科技創新，以增強國際競爭力。同時，能源技術開發的最新動態也預示著未來全球能源發展趨勢。
一
世界主要國家能源技術發展戰略布局
1.歐盟：升級版戰略能源技術計劃開展研究與創新優先行動
早在上世紀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》，標志著歐洲統一的科技研發合作戰略形成。1983年，歐共體為協調成員國科技政策，搭建歐洲企業間合作平臺，加強在高技術領域的商業競爭力，推出了第一個《技術研發框架計劃》。進入21世紀，隨著能源、環境問題的凸顯，歐盟依托科技框架計劃加強了能源技術研發，尤其是2007～2013年執行的歐盟第七科技框架計劃(FP7)將能源列為獨立的優先領域，目標就是要優化能源結構，提高能源效率，應對能源供應安全和氣候變化，提高歐洲工業競爭力。
2008年，歐盟實施的《歐洲戰略性能源技術規劃》是歐盟指導能源技術發展的戰略性文件，體現了當時歐盟對能源技術發展的新認識和新判斷。2013年12月，歐盟出臺了《Horizon2020研究創新計劃（H2020）》。H2020是歐洲最大的研究創新計劃，經費近800億歐元，時間跨度從2014年到2020年，主要涉及生物技術、能源、環境與氣候變化等領域。《H2020能源規劃》是其中的重要組成部分，體現了歐盟對能源技術創新發展的最新認識和理念。
2014年新一屆歐盟委員會上臺后全面實施能源聯盟戰略，旨在全面提升歐洲能源體系抵御能源、氣候及經濟安全風險的能力。2015年9月，歐盟委員會公布了升級版的《歐盟戰略能源技術計劃》，這一計劃改變以往單純從技術維度來規劃發展的方式，而是將能源系統視為一個整體來聚焦轉型面臨的若干關鍵挑戰與目標，以應用為導向打造能源科技創新全價值鏈，圍繞可再生能源、智能能源系統、能效和可持續交通四個核心優先領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域，開展十大研究與創新優先行動，包括：開發高性能可再生能源技術及系統集成，降低可再生能源關鍵技術成本，開發智能房屋技術與服務，提高能源系統靈活性、安全性和智能化，開發和應用低能耗建筑新材料與技術。
2.美國：保持可再生能源產業和技術的世界領先地位
過去的十幾年間，非常規油氣生產技術的突破扭轉了美國幾十年本土油氣產量下降的趨勢。為了復蘇美國經濟、應對能源安全和氣候變化，實現能源戰略轉型，推進美國能源獨立進程，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略計劃，掀起了一場自美國成立以來最大規模的能源革命。在推動美國能源革命進程當中，奧巴馬政府從戰略到戰術層面有四大重點舉措：首先，發布《未來能源安全藍圖》，明確美國未來20年的能源發展目標，強調通過安全有序地擴大國內油氣資源生產、充分發揮清潔能源潛力和大力推動科技創新等工作來保障美國能源安全；其次，推行《全面能源戰略》，變革美國能源體系，中心目標是開發和部署低碳技術，為清潔能源未來發展奠定基礎，并在經濟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，擴大可再生能源發展，進一步促進美國電力乃至能源結構優化調整；第四，推動能源科技體制機制改革，降低能源創新全價值鏈成本。
此次革命提出基礎科學與應用能源研發融合的戰略指導思想，設立了三個能源研發平臺和機構（先進能源研究計劃署、能源前沿研究中心和能源創新中心），有效整合產學研各方資源，支持變革性能源技術開發，確保美國搶占新能源技術戰略制高點。得益于奧巴馬時期推出的各項能源戰略，美國能源結構發生了顯著變化，已成功由傳統的能源進口大國轉變為能源出口國。
2014年5月，美國總統行政辦公室對外發布了《全方位能源戰略——通向經濟可持續增長之路》的報告。在能源技術領域，報告將發展低碳技術、為清潔能源未來發展奠基作為能源戰略支點，在展望未來清潔發展目標時，特別強調美國要在可再生能源技術上取得領先。
2017年3月，以總統特朗普為首的新一屆美國政府推出了《美國優先能源計劃》。該計劃延續了美國追求能源獨立的基本思想，致力于降低能源成本，最大化利用國內能源資源，尤其是傳統的化石燃料。新政府更傾向于傳統能源，特朗普能源政策框架中，油氣、煤炭等傳統能源地位突出。但能源產業作為美國立國之本，保持可再生能源產業和技術的世界領先地位，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”戰略新思路，即將能源作為一種重要戰略資源，擴大能源出口，在實現能源獨立的同時謀求世界能源霸主的發展之路。未來，特朗普政府對美國能源技術發展趨勢的政策引導和調節還有待觀察。
3.日本：從“低碳化”邁向“脫碳化”實現能源轉型
日本是能源消費大國，同時其傳統能源的資源量十分有限。日本政府發布的能源與環境創新發展戰略（NESTI2050）主要目標是推動低碳能源的發展，節能和減少溫室氣體排放的創新技術是日本能源技術優先發展的重要方向。
2010年6月，日本經濟產業省發布以“保護環境和經濟增長”為主題的《能源戰略計劃》，強調大力發展核能，構建以核電為主的低碳電源。隨著世界經濟發展和能源格局的變動，日本對本國的能源戰略不斷作出調整。在經過福島核事故之后，日本在能源科技發展重點上有較大調整，于2014年修訂了《能源戰略計劃》，以“3E+S”（能源安全保障、經濟性、環境適宜性原則和安全）為能源政策基礎，構筑“多層次、多樣化的柔性能源供應結構”。指出未來發展方向是壓縮核電發展，舉政府之力加快發展可再生能源，以期創造新的產業。
2016年4月，日本相繼公布了能源中期和長期戰略方案：一份是經濟產業省發布、面向2030年產業改革的《能源革新戰略》，從政策改革和技術開發兩方面推行新舉措，確定了節能挖潛、擴大可再生能源和構建新型能源供給系統這三大改革主題，以實現能源結構優化升級，構建可再生能源與節能融合型新能源產業；另一份是日本政府綜合科技創新會議發布、面向2050年技術前沿的《能源環境技術創新戰略》，主旨是強化政府引導下的研發體制，通過創新引領世界，保證日本開發的顛覆性能源技術廣泛普及，實現到2050年全球溫室氣體排放減半和構建新型能源系統的目標。技術創新戰略確定了日本將要重點推進的五大技術創新領域，包括：利用大數據分析、人工智能、先進傳感和物聯網技術構建智能能源集成管理系統，通過創新制造工藝和先進材料開發實現深度節能，新一代蓄電池和氫能制備、儲存與應用，新一代光伏發電和地熱發電技術，以及二氧化碳固定與有效利用。
2017年12月，日本發布《氫能基本戰略》，規劃新能源汽車和氫能發展目標，加速推進氫能社會構建，實現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”，提出了日本能源轉型戰略的新目標、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展規劃的政策指南和行動綱領。而此次制定能源政策的指導思想，則提出了“3E+S”升級版的新理念。在環保性方面，溫室氣體排放2030年要比2013年削減26%，到2050年則要削減80%，實現從“低碳化”邁向“脫碳化”的新目標。
4.德國：將可再生能源、能效、儲能、電網技術作為戰略優先推進領域
德國一貫堅持以可再生能源為主導的能源結構轉型，經過多年的政策激勵和研發支持，在可再生能源技術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型戰略，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展的中長期目標，到2050年可再生能源電力占比要達到80%。在科技層面為支持能源轉型戰略，2011年實施的第六次能源研究計劃將可再生能源、能效、儲能、電網技術作為戰略優先推進領域。而為了從系統層面推動能源轉型解決方案，德國聯邦教研部于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，這是德國為促進能源轉型開展的最大規模的科研資助行動，來自德國230家學術界和產業界機構將參與其中，著重關注四大重點方向，每個方向均組建一個產學研聯盟集成優勢力量攻關，包括：新的智慧電網架構，轉化儲存可再生能源過剩電力，高效工業過程和技術以適應波動性電力供給，以及加強能源系統集成創新。
德國政府不僅重視可再生能源技術研發創新工作，還非常重視給予可再生能源發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展的情況變化，其對《可再生能源法》不斷進行修訂和完善。最新出臺的《可再生能源法》2017版（EEG-2017）對先前法案內容進行了全面修訂，主要包括：控制可再生能源年度裝機容量增長目標，補貼重點側重于更加經濟有效的可再生能源類型(如陸上風電和光伏)，實施上網電價遞減率與年度新增裝機容量掛鉤的靈活限額機制，調整上網電價遞減周期等等，采用招投標模式來確定可再生電力的補貼額度。這表明德國可再生能源的發展從過去的全面促進和吸引投資階段轉變到重點扶持、引導投資和成本控制新階段。
5.俄羅斯：明確燃料動力綜合體發展方向
《俄羅斯2035年前能源戰略草案》和《俄羅斯聯邦科技發展戰略》中明確了俄羅斯燃料動力綜合體的技術發展方向。俄羅斯燃料動力綜合體一方面致力于提高傳統能源的效率，另一方面努力打造新型能源，其中包括可再生能源、節能、分布式發電、智能電網等。這兩個方面在《俄羅斯燃料動力綜合體領域2035年前科技發展預測》中有詳細的描述。當然，該科技發展預測最為重視的還是傳統能源技術，畢竟，傳統能源在俄羅斯經濟中的地位舉足輕重。
《俄羅斯燃料動力綜合體領域2035年前科技發展預測》中預設了三種全球能源發展情景，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（向低碳能源轉型）。在不同的預測情景下，俄羅斯對新型能源技術的需求也將有所不同。大多數新型能源技術（包括網絡蓄電池、氫燃料電池、數字電網技術等）都出現在能源革命情景當中。該預測情景還對發展俄羅斯核電技術給予了特別的關注。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準備程度并不充分。
6.法國：大力引進氣候專家，用清潔能替代煤電
2015年，法國議會正式通過綠色增長能源轉型法案，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，控制核電裝機上限為63.2GW，可再生能源在能源結構中占比達到32%。這一法案被視為謀劃法國能源戰略轉型的重大舉措，旨在讓該國更有效地應對氣候變化，加強能源獨立性，更好地平衡不同的能源供應來源。
2017年6月，在特朗普宣布美國退出《巴黎協定》幾個小時后，法國總統馬克龍便邀請心懷不滿的美國科學家搬到法國：為每位科學家提供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名獲獎氣候學家提供數以百萬計的歐元，資助他們在法國從事研究。
除了加大引進人才力度外，馬克龍計劃未來5年內關閉法國所有燃煤電站，并停止發放碳氫化合物勘探許可證；維持目前的2030可再生能源目標，即清潔能源占比達32%；將減少安裝可再生能源項目的審批程序，支持智能電網和儲能；到2025年將核電占比降至50%，并關閉費斯內姆核電站。
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“低碳經濟”的國家，也是第一個實施“碳預算”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%能源需求的發展目標。2017年10月，英國商業、能源和工業戰略部（BEIS）發布《低碳發展戰略》報告，闡述了英國如何在削減碳排放以應對氣候變化的同時推動經濟持續增長，為英國低碳經濟發展描繪藍圖。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布題為《減少英國排放——2018年向議會提交的進展報告》的報告，評估了2017年英國的溫室氣體減排進展，總結英國過去10年應對氣候變化的成就與經驗。報告指出，英國政府必須吸取過去10年的教訓，才能實現其2020年和2030年的法定減排目標。除非現在立即采取行動，否則公眾將面臨昂貴的低碳經濟轉型成本。
8.韓國：“去核電”成標志性重大調整
韓國新政府“去核電”政策成為近年來能源和產業政策標志性的重大調整，計劃終止所有新的核電站建設計劃，也不再批準延期運行現有核電站。政府還發表了核能五年計劃，將核能技術的發展重點轉到核電站安全運行和拆解技術等領域。本屆總統任期期滿前計劃至少關閉10所老舊火電站，并將對煤電和核電征收環保稅，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計劃表示支持，認為該計劃能夠幫助東北亞國家分享能源供應，提升電力體系的安全性和運作效率。
9.其他主要國家：積極制定相應的低碳能源科技戰略
新發展和新技術已經加快能源行業的轉變速度，對氣候變化的擔憂成為向低碳經濟轉型的促進因素，推進綠色低碳技術創新、發展以可再生能源為主的現代能源體系已經成為國際社會的共識。除了上述主要國家和地區，世界其他國家也積極制定相應的低碳能源科技戰略。
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，加拿大發布了《加拿大海洋可再生能源技術路線圖》，提出海洋能源發展的中長期階段目標，以及實現目標的具體技術途徑和促進條件，以保持加拿大在海洋能源領域的領先地位，為加拿大創造全新的經濟增長點。
作為全球主要原油生產國，沙特阿拉伯在國家科學、技術和創新計劃（Maarifah）中確定了國家技術長期發展方向，并將“能源”、“石油和天然氣”、“油氣化工”納入到11項國家關鍵技術規劃當中。沙特燃料動力綜合體能源規劃明確將能源作為國家經濟增長的引擎，將能效技術、節能技術、減少對環境的負面影響（包括發展可再生能源）作為優先發展的技術方向。其中，石油和天然氣規劃、油氣化工規劃更是對所有技術環節進行了詳細說明。沙特阿卜杜拉國王科技城（KACST）還為每項技術規劃制定了五年期的實施計劃。
巴西政府強調金磚國家在能源領域的互補性，目前巴西已成為中國十大原油供應國之一。同時，巴西認為金磚國家在低碳減排領域潛力巨大，在資金、技術領域共同關切很多。政府承諾在能效、可再生能源、林業、農業和工業等領域采取有效政策和措施，積極應對氣候變化挑戰，并計劃在國家能源結構中增加可再生能源的比重。巴西力爭到2019年生物能源年產量達到640億升。水電開發潛力約2.59億千瓦，發展空間巨大。
挪威是歐洲經濟區的成員國，其能源技術優先發展方向與歐盟十分相似。挪威國家新能源技術研發、示范和商業化戰略（Energi21）將新型可再生能源（太陽能發電和風力發電）、水電、能效、提高能源系統靈活性，以及碳捕集和存儲（尤其是在燃氣發電領域）技術作為重點。同時，挪威在歐洲境外擁有不少油氣資源。因此，挪威能源技術發展必須要滿足其大陸架開發的需求，并維護其油氣生產商的利益。為了發展油氣技術，挪威專門制定了21世紀油氣戰略，內容涵蓋石油和天然氣勘探、開采、加工、運輸等各個環節，并將北極地區油氣田的開發和環境保護作為重點。
二
2017年世界能源技術發展回顧與總結
1.核聚變研究取得重大突破
核聚變能源產生過程不污染環境、不產生放射性核廢料、安全性高、清潔且資源無限，被視為人類可持續發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模進行控制，實現能量持續、輸出平穩。為此，科學家正努力研究如何實現可控核聚變。美歐中核聚變實驗裝置持續創造紀錄，穩步推進受控核聚變的實現。2016年3月，德國馬普學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成功產出首個氫等離子體，正式啟動科學實驗；10月，麻省理工學院Alcator C-Mod核聚變反應堆裝置在最后一次實驗中，等離子體壓強首次突破2個大氣壓達到2.05個大氣壓，對應的溫度達到3500萬攝氏度；2017年7月，中國科學院等離子體物理研究所全超導托卡馬克EAST實現了101.2秒穩態長脈沖高約束等離子體運行，創造了新的世界紀錄，EAST成為了世界上第一個實現穩態高約束模式運行持續時間達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，標志著美核聚變研究進入全新階段。
2.電化學儲能成為電網應用儲能技術解決新能源接入的首選方案
2016年5月，斯坦福大學William C. Chueh教授課題組牽頭的聯合研究團隊設計了一種全新的“同步液態掃描透射X射線顯微成像（STXM）”技術，借助該技術研究人員首次在介觀尺度實現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（FF-TXM-XANES）首次在納米尺度實現對鋰離子電池充放電循環過程中鋰錳鎳氧（LiMn1.5Ni0.5O4，LMNO）正極材料相變過程的詳細觀測研究，揭露了脫鋰過程中LMNO電極相轉變機制；5月，瑞士保羅謝爾研究所研究團隊利用X射線技術首次實現對鋰硫電池放電中間產物的直接觀測，對鋰硫電池反應機理有了進一步的深入認識，為設計和開發高性能鋰硫電池提供了重要的科學理論參考。
3.鈣鈦礦太陽電池技術新成果層出不窮
鈣鈦礦太陽能電池由敏化太陽能電池改進發展而來，具備更加清潔、便于應用、制造成本低和效率高等顯著優點。韓國科學家通過改進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化效率達到22.1%，而此前這類電池轉化效率的最高紀錄是20.1%。瑞士洛桑聯邦理工學院研發出新型鈣鈦礦太陽電池的轉換效率達到21.02%，創造新的世界紀錄。斯坦福大學、麻省理工學院、英國牛津大學、德國亥姆霍茲柏林材料與能源中心、瑞士聯邦材料科學與技術研究所均報道了鈣鈦礦與硅電池或銅銦鎵硒電池構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30%的轉換效率。針對新一代太陽能電池“鈣鈦礦太陽電池”材料，東京大學先端科學技術研究中心的科研人員，通過添加地球上較多存在的鉀元素，實現了結晶構造的穩定性，在不使用銣等稀有金屬的前提下，實現了20.5%的高轉換效率。此外，韓國淑明女子大學化工生命工學部的崔京民教授和樸民宇教授的研究團隊采用低溫工藝開發出高效柔性光伏電池。此項研究利用了鈦基金屬有機骨架材料，開發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打印燃氣輪機葉片獲突破
增材制造技術是通過CAD設計數據采用材料逐層累加的方法制造實體零件的技術，相對于傳統的材料去除（切削加工）技術，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”。國際上增材制造經過20多年的發展，美國已經成為增材制造領先的國家，3D打印技術不斷融入人們的生活，在能源、醫療、建筑、教育等領域大量應用，催生許多新的產業。
2017年世界柴油機巨頭曼柴油機與透平公司正在將通過增材制造（3D打印）的零件裝配在燃氣輪機中，而這個零件是燃氣輪機上結構復雜的渦輪靜葉（噴嘴），這是全世界首例將如此復雜的3D打印零件用在燃氣輪機批產中。美國通用電氣（GE）公司宣布其最大的燃氣輪機9HA.02可以以64%的效能運行，打破了能源行業的記錄，其中最大的功勞應歸于3D打印，GE用3D打印為渦輪機制造了多個部件。
2017年2月，西門子公司成功完成對3D打印燃氣輪機葉片的滿負荷測試，這些發電用的燃氣輪機葉片是由英國的MaterialsSolutions公司通過3D打印生產的，其燃氣輪機轉速高達每分鐘13,000轉，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工業燃氣輪機上。
5.電動汽車電池續航技術大幅提升
電池充電及續航技術成為多國研發熱點，其技術突破將推動電動汽車產業加速發展。以色列Storedot公司研發出“超快速充電”電動汽車電池，可在5分鐘內完成充電，并支持汽車續航約483千米德國弗勞恩霍夫應用研究促進協會研制出一種超級電池，體積不變，可使電動汽車續航達100千米。美國菲斯克公司研發的固態電池可使電動汽車續航804千米，充電僅需1分鐘。韓國光州科學技術院和美國麻省理工學院合作研發出使電動車續航能力提高1倍的新型鋰電池。
6.氫燃料制取技術取得新進展
氫能源是目前備受期待的新一代能源。進入21世紀以來，氫能源的開發利用逐步增多，發達國家已經取得了一些新進展。其中，日本氫能源研究啟動早、發展快，在燃料電池和燃料電池車領域成績斐然，成為引領“終極環保車”的時代先鋒。從氫能與氫燃料電池全球發展的總體來看，歐美日等發達國家繼續加大研發投入和政策扶持，氫能與氫燃料電池在交通領域、固定式發電領域、通信基站備用電源領域和物料搬運領域都顯示出市場化的跡象，氫燃料電池技術應用總體已經在商業化初期嶄露頭角。
日本九州大學發明了近紅外線領域的太陽能制造氫氣的新方法。氫被認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使物質表面放出電子的研究方法不同，該研究利用了光驅動化學反應原理。德國科學家簡化了氫燃料制取和儲存的新工藝，將應用于工業化儲氫和生產，降低成本和能源消耗，對能源轉型具有重要意義。來自埃克塞特大學的可再生能源專家團隊率先推出了一項新型光電極技術，利用太陽光生產氫氣，從而創造出清潔、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生的氫燃料不僅會顯著降低碳排放，而且幾乎可以實現無限能源供應。
三
2018年能源領域技術開發最新動態
1.電力技術
●美國NASA迷你核反應爐“千瓦動力”測試成功將用于月球與火星生活
在2017年12月美國總統特朗普簽署了“1號太空政策指令”，宣布美國將重返月球，并最終前往火星。美國國家航空航天局（NASA）、洛斯阿拉莫斯國家實驗室、美國能源部和其他一些團體正在研發一種可以在旅途中可靠發電的迷你核反應爐“千瓦動力”（kilopower），在2017年11月開始進行全功率測試，并于2018年3月完成測試，整個實驗過程相當順利，這將是核能技術的重要發展，因為它將成為未來最重要的太空船原件，并安裝在月球或是火星基地上。洛斯阿拉莫斯國家實驗室反應堆設計總負責人表示，Kilopower系統是40多年來美國開發的首個新型裂變反應堆概念，而且最近的試驗提供了寶貴的數據并有效評估了其基礎設施，接下來的18個月將會繼續測試，包括任務研究和風險分析等工作，并且希望能在2020年代的中期，將反應爐送上太空。
●俄羅斯研發用血液中的葡萄糖獲取電力的方法
俄羅斯科學研究中心代表向俄媒表示，庫爾恰托夫研究所的學者研制出利用人血液中的葡萄糖獲取電力的方法，這將確保心臟起搏器的不間斷運行。該研究所國家研究中心NVIS技術綜合體生物技術和生物能源部副主任巴維爾•戈托夫采夫介紹說，新方法可以從人體血液所含葡萄糖中獲得15微瓦至40微瓦的電流。這足夠保障一部現代心臟起搏器運轉，與此同時，患者不會感到任何不適。目前，學者們計劃在動物身上進行這項新技術的生物實驗。但即使取得成功，仍需10年左右的時間才能開展臨床試驗。
2.儲能技術
●新加坡研發電池新技術 10小時內容量恢復至95%
新加坡南洋理工大學的科研人員成功研發一項新的電池技術，該項技術不是改進電池結構、提升電池密度，而是針對用舊的老電池，號稱能讓鋰離子電池在10個小時內，恢復至95%的容量，等于“返老還童”。具體來說，這項新技術是在每個鋰離子電池中已有的兩電極間增加第三電極，從而將殘留的鋰離子從一極排出到另一極，去除影響電池性能的“雜質”。因為天然屬性限制，鋰電池使用時間越長，容量就睡損失越明顯，一般300~500次充放電循環后就會損失15~20%的容量，而且無法逆轉。
但是新加坡南洋理工大學 Yazami教授稱，他的發明可以讓老舊鋰電池很快恢復青春，而且每隔幾年就能在相同的電池上重復進行恢復容量操作，既能延長電池使用壽命，也有利于環保。這一發明已經在智能手機上做了測試，不過對于電動汽車行業的改變意義更加重大，因為一般人可能會兩年換一部手機，但汽車會用上十年以上。據悉，蘋果、三星和松下等產業巨頭都對這項發明興趣濃厚。
●研究人員發明生產出有史以來最高性能的倒置鈣鈦礦太陽能電池
在《科學》雜志的一項研究中，來自北京大學、薩里大學，牛津大學和劍橋大學的一組研究人員詳細介紹了一種減少有害的非輻射復合過程的新方法，在該過程中鈣鈦礦太陽能電池的能量和效率都會降低。
該團隊發明了一種稱為溶液二次生長(SSG)的技術，該技術將倒置鈣鈦礦太陽能電池的電壓提高了100毫伏，達到1.21伏的高電壓，同時不會影響太陽能電池的質量或通過器件的電流。他們在一臺設備上測試了該技術，測得了創記錄的20.9％的PCE，這是迄今為止記錄的倒置鈣鈦礦太陽能電池最高認證的PCE。
●德國科學家研制超級電池組汽車續航能力有望提高一倍
歐洲最大的應用科學研究機構——德國Fraunhofer-Gesellschaft（弗勞恩霍夫應用研究促進協會）日前宣布，其研制出一種超級電池組，在不增加體積的前提下可提高電動汽車續航能力。該研究團隊稱，以特斯拉Model S為例，其目前電池續航為540公里，若可使用該超級電池組，續航能力有望則有望提高一倍至1000公里左右。這種新型電池組名為EMBATT，該研究項目的經理Mareike Wolter稱，這種新型電池組最大的技術突破是改變了電池內部電極的形態。
像特斯拉這樣的電動汽車，其電池板內部是由大量圓柱形18650鋰電池連接而成，這樣的設計會出現很大空間浪費，而Fraunhofer-Gesellschaft的新型電池設計就是為了消除這種空間浪費。所謂的18650型是一種電池的規格，是電子產品中比較常用的鋰電池，常在筆記本電腦的電池中作為電芯使用。該型號具體定義的法則指的是，電池直徑為18mm，長度為65mm，圓柱體形的電池。特斯拉最新車型Model S具有100千瓦時的電池板，包含8000多節18650型鋰離子電池。
●美國研究出一種新的水基鋅電池稱可以替代鋰電池
美國馬里蘭大學、陸軍研究實驗室和國家標準與技術研究院研究人員組成的研究小組，將傳統的鋅電池技術與水電池技術相結合，開發出了容量更大、安全性更高的可充電電池。他們使用新型的含水電解質，替代傳統鋰離子電池中使用的易燃有機電解質，大大提高了電池的安全性;而通過添加金屬鋅以及在電解液中添加鹽，則有效提高了電池的能量密度。
研究人員指出，鋅電池是一種安全且生產成本相對較低的電池，但能量密度低，壽命也短，因而并不完美。新型水基鋅電池則克服了傳統鋅電池的這些缺點，不僅大大提高了電池的能量密度，電池壽命也延長了許多。而與鋰電池相比，水基鋅電池不僅可在能量密度方面與其一較高下，而且安全得多，不會有爆炸或引發火災的風險。
●以色列StoreDot公司研發閃充電池，充電只需幾分鐘
以色列StoreDot公司研發“閃充電池（flash batteries）”，一種可在數分鐘內將電動車充滿的鋰離子電池，將納米材料與新型有機化合物相結合，利用納米材料保護合成有機材料不膨脹和不分解，從而也消除了傳統充電電池存在的安全隱患，以這種獨特方法研發開創性的充電電池材料。除了汽車用電池外，StoreDot為手機充電研發類似的電池技術，該公司希望2019年前對該產品進行商業化。StoreDot稱其電池產品環保，而且在充滿電后，電動車可行駛300英里（約483公里）。
2018年英國石油公司對以色列初創公司StoreDot投資了2,000萬美元，希望在運營中減少溫室氣體的排放。除了此次投資的BP之外，德國汽車制造商戴姆勒還是該初創公司的投資者，2017年9月向StoreDot投資了6,000萬美元。
●韓國開發出常溫液體金屬-空氣電池
韓國科學技術研究院（KIST）能源儲存研究團隊在全球最早采用常溫液態的Ga/In共融化合物，成功開發出金屬-空氣電池(air-cell)的全新陰極材料，有望替代現有的二次電池。此項研究成果實現了電極的高穩定性和長壽命，在確保高性能的同時，還通過空間設計實現了自由變形，與復雜的納米工藝技術相比，通過簡單的混合工藝就可以制造復雜金屬的電極，只需較低成本就可以完成高伸縮性和可變性的電極工藝，為了實現這一技術的后期推廣，目前正在進行商用化技術的評價工作。此次研究開發的電池技術有望成為第四次工業革命能量儲存系統的全新解決方案。
●研究人員打造新生物太陽能電池技術陰雨天也可用
哥倫比亞大學的研究人員已經發現了一種新的廉價方式，借助細菌打造的太陽能電池將陽光轉變成能量。他們打造的這種太陽能電池產生的電流比之前記錄的任何類似裝置都要強，而且無論在強光和弱光環境下都同樣有效。項目負責人稱，這項研究的重點在于我們發現了一個不會殺死細菌的過程，因此它們能夠無限期的制造生物染料。這種生物太陽能電池技術也擁有著其它的潛在應用，比如說在采礦業、深海探索和其它低光照環境中等。
據加拿大不列顛哥倫比亞大學近日發布的一份新聞公報，該校研究人員選擇讓天然色素保留在細菌內，他們通過基因工程技術改造大腸桿菌，使其大量產生番茄紅素。番茄紅素是一種賦予番茄橙紅色的色素，能特別有效地吸收光線并轉化為能量。據加拿大不列顛哥倫比亞大學近日發布的一份新聞公報，該校研究人員選擇讓天然色素保留在細菌內，他們通過基因工程技術改造大腸桿菌，使其大量產生番茄紅素。番茄紅素是一種賦予番茄橙紅色的色素，能特別有效地吸收光線并轉化為能量。
3.其他技術
●瑞士生物沼氣直接甲烷化技術進入實用階段
據瑞士保羅謝爾研究所（PSI）介紹，該所開發出一項獨有的生物沼氣直接甲烷化技術，將氫氣直接加入生物沼氣中進行甲烷化反應，使生物沼氣中的二氧化碳直接轉化為甲烷。經過直接甲烷化處理的生物沼氣甲烷含量大大提高，質量可滿足直接輸入天然氣管網的要求，不再需要經過提純凈化處理環節。
為在實際應用條件下驗證該項技術，瑞士保羅謝爾研究所與瑞士一家能源企業合作開展驗證和示范研究。將該項技術集成在一個集裝箱大小的代號為Cosma的示范裝置內，接入實際運行的生物沼氣站進行1000小時驗證試驗，經過甲烷化后的沼氣直接進入天然氣管道，可滿足一個獨立家庭住宅的取暖和熱水供應。試驗取得成功，顯示了該項技術已經具備進入實際應用的條件。該項成果日前獲得瑞士能源技術獎。
●英國科學家發現新方法用太陽能殺死水污染物質
最近，英國斯旺西大學的研究人員開發出了一種新型的無毒物質，可以利用太陽能將排放到水中的有害污染物無害化。據了解，目前每年大約有30萬噸污染物被排放到水體中，而科學家開發的這種新型物質，可以從水中去除燃料污染物，并且吸附率達到90%以上，比現有的吸附技術效果整整提高了10倍。這種混合物平時被保存在高壓密封的容器中，通過在微型氮化鉭顆粒表面生產的超級“納米氧化物”進行合成。然后這種材料利用太陽能提供的能力將污染物分解成更小、更無害的分子，而這一過程被稱為“光催化降解”。在去除有害的燃料之后，催化劑可以通過簡單的方法從水中過濾出來，然后重復使用。雖然通過光降解的方式已經研究了幾十年，但是知道最近一段時間，研究人員才開發出能夠真正吸收污染物的材料。之前雖然像二氧化鈦也能利用太陽能分解染料，但是效率非常有限，因為與普通的太陽光譜相比，它們紫外線這種能量更高的光線吸收率更好。如果未來這種材料能夠被大范圍的使用，那么新型材料將會大幅提升水體中污染物過濾的速度。
四
全球能源技術的發展趨勢分析
1.綠色、低碳能源技術必然是未來發展主要方向
2018年，能源將繼續向著低碳化、綠色、高效方向發展。歐盟科研創新資助計劃“地平線2020”2018-2020年度支出方案中，“低碳和適應氣候變化的未來”領域將獲33億歐元預算，按年度工作計劃，可再生能源、能效建筑、電動運輸和儲存方案4個清潔能源領域的項目將獲22億歐元撥款。俄能源部宣布支持設立遠東聯邦區可再生能源發展基金，并將制訂具體建議。英國將投入2800萬英鎊資助可再生能源創新、智慧能源系統創新、低碳工業創新、核能創新等能源創新項目，作為能源創新計劃(2016~2021年)的一部分。特朗普政府宣布退出巴黎協定，全球應對氣候變化形勢變得撲朔迷離，但全球能源領域轉型已是大勢所趨，綠色能源技術、低碳能源技術必然是未來發展主要方向。
2.小型模塊化反應堆開啟核能新時代
小型模塊化反應堆(SMR)因其較高的安全性能、操作靈活性、電網適應性等優點，受到越來越多的關注。全球多個核電大國推進SMR技術開發部署。美國 Nuscale Power公司提交首個SMR商業電廠設計認證審查申請。加拿大監管機構收到4種小堆設計，并啟動了首個SMR示范堆的一般選址和取證程序。俄羅斯將協助菲律賓開展關于在陸上或近海建造SMR的可行性研究。俄羅斯原子能集團所屬“光線”科學生產聯合公司研發出基于熱電子發射效應原理的小型核電站，具有安全可靠、不需維護、可長期運行等特點，可作為獨立電源為偏遠地區重要設施供電。英國政府承諾通過競爭探索SMR的潛力，評估開發、商業化和資助SMR技術的市場利益。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”，提出今后將開發具有安全性、經濟性和機動性優勢的堆型，小型模塊化堆將是日本未來開發的重要選項。
3.能源區塊鏈領域前景廣闊
區塊鏈技術具有去中心化存儲、信息高度透明等優勢，能實現能源的數字化、分布式精準管理，將對未來能源市場產生巨大影響。美國能源部提出“基于區塊鏈技術的能源系統新概念”，探索區塊鏈技術在管理電網方面的應用。英國石油公司和荷蘭殼牌領銜的財團將開發一個針對能源大宗商品交易的區塊鏈數字平臺，預計在2018年底投入運營。澳大利亞政府將提供257萬澳元以支持一個應用區塊鏈技術的光伏和用水兩年試點項目。麥肯錫公司在一份報告中指出，區塊鏈是繼蒸汽機、電力、信息和互聯網科技之后目前最有潛力觸發第5輪顛覆性革命浪潮的核心技術，對于石油和天然氣這樣一個分布廣泛、復雜龐大的行業，區塊鏈技術的黃金期正在到來。
4.電池儲能將發揮重要作用
儲能產業作為能源結構調整的支撐產業和關鍵推手，在傳統發電、輸配電、電力需求側、輔助服務、新能源接入等不同領域有著廣闊的應用前景。國際可再生能源署（IRENA）2017年發布的《電力存儲和可再生能源：成本和市場研究報告（2030）》稱，到2030年，如果能源系統的可再生能源份額翻番，全球儲能容量將增加三倍。報告在基本預測情景中提出，到2030年，全球儲能裝機將在2017年基礎上增長42%～68%，如果可再生能源增長強勁，那么儲能裝機增長幅度將達到155%～227%。電池儲能將在改變儲能裝機結構中發揮重要作用。此外，電池生產技術的發展還直接決定了電動汽車的發展前景，可以在尖峰負荷時段的電力能源系統中起到電源的作用。儲能技術的快速發展將給能源系統帶來顯著變化，同時，在化石燃料需求上會造成一定的影響，畢竟，儲能將越來越多地取代火電，在電力能源系統中發揮強大的電源調節能力。
5.未來5G與能源的深度融合
近年來，能源行業積極實施“互聯網+”戰略，全面提升行業信息化、智能化水平，充分利用現代信息通信技術、控制技術，實現智能設備狀態監測和信息收集，激發新型作業方式和用能服務模式。隨著各類能源業務的快速增長，電網設備、電力終端、用電客戶迫切需要通過最新的通信技術及系統支撐，滿足爆發式增長的通信需求。5G技術將支持能源領域基礎設施的智能化，并支持雙向能源分配和新的商業模式，以提高生產、交付、使用和協調有限的能源資源的效率。可再生能源、電動汽車、電網通信、智能電網等領域將成為5G在全球能源行業的重點應用場景。歐盟特別注重5G與行業的充分融合，在《關于5G架構的觀點》白皮書中提出5G網絡架構應具備為汽車、能源、食品、農業、醫療、教育等垂直行業提供定制化專網組網服務的能力，5G技術與商業生態系統的對接，有利于5G網絡能夠高效率、低成本地提供各類新興業態服務。
6.3D打印技術應用于太陽能電池的制造工藝
3D打印技術除了用在晶體硅太陽電池以外，也可以應用在薄膜電池上。如美國俄勒岡州立大學的研究者們使用3D打印技術成功地制造出了銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽電池，節約了90%的原材料。麻省理工學院（MIT）則通過一臺特制3D打印機將薄膜太陽電池印刷到紙張上，這種電池目前可提供1.5%～2%的電池效率。3D打印技術不僅能打印出分辨力高、導電性好的柵線，而且能夠降低生產成本，可以和高方阻發射極完美結合并應用于各類太陽電池新技術。國內外都在積極研究及應用推廣該技術的發展，因此，3D打印技術應用于太陽能電池的制造工藝將是大勢所趨，這一技術也會帶來太陽能電池質量和效率的大幅提高。
五
啟示與建議
1.突破核心技術，打造新一代電力系統
以可再生能源逐步替代化石能源，實現可再生能源等清潔能源在一次能源生產和消費中占更大份額，推動能源轉型，建設清潔低碳、安全高效的新一代能源系統，是我國能源革命的主要目標。非化石能源在一次能源消費中占比是我國能源轉型的主要指標。一次能源消費中非化石能源主要來自一次電力（水電、風電、太陽能發電等可再生能源電力以及核電等）。大幅提高非化石能源電力占比，形成非化石能源為主的電源結構，是電力系統轉型的重要標志。當前，突破高比例可再生能源、高比例電力電子裝備接入電網，多能互補綜合能源以及信息物理深度融合智能化電網等技術，是建設新一代電力系統的關鍵。
2.不斷壯大清潔能源產業，推動綠色能源發展
應對氣候變化，清潔能源扮演著舉足輕重的角色。加快水電、核電、風電、光伏等清潔能源替代迫在眉睫。國際能源署預測，在未來5年內，中國將持續引領全球清潔能源發展。當前，我國已成為全球最大的可再生能源生產國和應用國，水電、風電、光伏裝機規模多年保持全球領先，核電在建規模也居世界首位。綠色低碳是能源技術創新的主要方向，集中在傳統化石能源清潔高效利用、新能源大規模開發利用、核能安全利用、能源互聯網和大規模儲能以及先進能源裝備及關鍵材料等重點領域。
根據國家能源局研究制定的《2018年能源工作指導意見》，2018年將統籌優化水電開發利用，穩妥推進核電發展，穩步發展風電和太陽能發電，積極發展生物質能等新能源，有序推進天然氣利用。同時，加快傳統能源清潔高效開發利用。指導意見明確，2018年全國能源消費總量控制在45.5億噸標準煤左右。2018年將著力解決清潔能源消納問題，增強油氣儲備應急能力；積極發展新興能源產業，推動能源生產消費新模式、新業態發展壯大，實施能源系統人工智能、大數據應用等創新行動，推廣智能化生產、儲運和用能設施。2018年我國將加快能源綠色發展，進一步壯大清潔能源產業。
3.加大研究力量，建立有效激勵機制
近年來，我國能源科技創新能力和技術裝備自主化水平顯著提升，建設了一批具有國際先進水平的重大能源技術示范工程。智能電網和多種儲能技術快速發展，陸上風電、海上風電、光伏發電、光熱發電、纖維素乙醇等關鍵技術均取得重要突破。一系列具備國際先進水平的重大能源示范工程成果標志著我國能源科技水平得到了跨越式發展。但與世界能源科技強國和引領能源革命的要求相比，還有較大的差距，主要體現在核心技術缺乏，高端能源裝備依賴進口；產學研結合不夠緊密，創新活動與產業需求脫節；以及創新體制機制不夠完善，人才培養、管理和激勵制度有待改進等幾方面。因此推動能源技術革命已經迫在眉睫，必須大力推進能源技術創新，縮小與國際先進水平差距，強調自主研發與技術引進相結合。
4.明確能源科技發展戰略的優先方向與路線
能源技術是決定全球能源未來的重要因素之一，能源技術的發展方向更是關系能源戰略全局的關鍵棋子。把握世界能源科技綠色低碳、智能、高效、多元的發展方向，合理規劃建設清潔低碳、安全高效現代能源體系的中長期愿景和目標，建立有雄心和穩定的政策環境，把戰略接續油氣資源開發、化石能源清潔高效利用、分布式能源和智能電網、先進安全核能、規模化可再生能源作為戰略優先方向，適時更新中長期發展戰略和行動計劃，并利用技術和產業路線圖指導技術研發和產業創新。
5.大數據背景下推動能源行業數字化轉型
在+智能時代，云、物聯網、數據分析、機器學習、人工智能、自動化、智能終端、增強現實等技術組成錯綜復雜的生態系統。技術不僅是提升效率的工具，還是能源行業成功的業務戰略與未來收入增長的基石。在大數據時代，能源行業的數字化轉型已然大勢所趨。能源行業的數字化轉型，就是發展數字能源，即利用數字技術，引導能量有序流動，構筑更高效、更清潔、更經濟、更安全的現代能源體系。
據調查，72%的能源公司已經更新了老舊的IT應用，剩下的28%計劃在未來一年內完成這一工作。由此可見，能源行業是技術投資最活躍的行業之一。以電力行業為例，許多國家和地區在不斷推進電力系統轉型，其程度不亞于一場技術革命。數字化的智能電網實現了更高效的電力輸送，在尼日利亞，智慧電網減少了30%的線路損耗，不僅帶來顯著的經濟效益，更造福千家萬戶，創造出巨大的社會效益。
參考文獻：
[1]科技日報國際部.2017世界科技發展回顧[N]．科技日報,2018-01-04-(002).
[2]郭楷模,陳偉,吳勘,何濤汪其,李富嶺.國際能源科技發展新動向及其對我國的啟示[J].世界科技研究與發展,2018,(3)：4-15.
[3]周亞麗.2017年世界前沿科技發展態勢及2018年展望[N]．全球技術地圖，2018年2月.
[4]NASA completes full-power tests of small, portable nuclear reactor. https://www.engadget.com/2018/05/02/nasa-completes-full-power-tests-small-nuclear-reactor/,2018-05-02.
[5]Технологическиеприоритетывроссийскойизарубежнойэнергетике.http://energo-cis.ru/news/tehnologicheskie_prioritety_v/?year=2017.pdf.
一
世界主要國家能源技術發展戰略布局
1.歐盟：升級版戰略能源技術計劃開展研究與創新優先行動
早在上世紀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》，標志著歐洲統一的科技研發合作戰略形成。1983年，歐共體為協調成員國科技政策，搭建歐洲企業間合作平臺，加強在高技術領域的商業競爭力，推出了第一個《技術研發框架計劃》。進入21世紀，隨著能源、環境問題的凸顯，歐盟依托科技框架計劃加強了能源技術研發，尤其是2007～2013年執行的歐盟第七科技框架計劃(FP7)將能源列為獨立的優先領域，目標就是要優化能源結構，提高能源效率，應對能源供應安全和氣候變化，提高歐洲工業競爭力。
2008年，歐盟實施的《歐洲戰略性能源技術規劃》是歐盟指導能源技術發展的戰略性文件，體現了當時歐盟對能源技術發展的新認識和新判斷。2013年12月，歐盟出臺了《Horizon2020研究創新計劃（H2020）》。H2020是歐洲最大的研究創新計劃，經費近800億歐元，時間跨度從2014年到2020年，主要涉及生物技術、能源、環境與氣候變化等領域。《H2020能源規劃》是其中的重要組成部分，體現了歐盟對能源技術創新發展的最新認識和理念。
2014年新一屆歐盟委員會上臺后全面實施能源聯盟戰略，旨在全面提升歐洲能源體系抵御能源、氣候及經濟安全風險的能力。2015年9月，歐盟委員會公布了升級版的《歐盟戰略能源技術計劃》，這一計劃改變以往單純從技術維度來規劃發展的方式，而是將能源系統視為一個整體來聚焦轉型面臨的若干關鍵挑戰與目標，以應用為導向打造能源科技創新全價值鏈，圍繞可再生能源、智能能源系統、能效和可持續交通四個核心優先領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域，開展十大研究與創新優先行動，包括：開發高性能可再生能源技術及系統集成，降低可再生能源關鍵技術成本，開發智能房屋技術與服務，提高能源系統靈活性、安全性和智能化，開發和應用低能耗建筑新材料與技術。
2.美國：保持可再生能源產業和技術的世界領先地位
過去的十幾年間，非常規油氣生產技術的突破扭轉了美國幾十年本土油氣產量下降的趨勢。為了復蘇美國經濟、應對能源安全和氣候變化，實現能源戰略轉型，推進美國能源獨立進程，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略計劃，掀起了一場自美國成立以來最大規模的能源革命。在推動美國能源革命進程當中，奧巴馬政府從戰略到戰術層面有四大重點舉措：首先，發布《未來能源安全藍圖》，明確美國未來20年的能源發展目標，強調通過安全有序地擴大國內油氣資源生產、充分發揮清潔能源潛力和大力推動科技創新等工作來保障美國能源安全；其次，推行《全面能源戰略》，變革美國能源體系，中心目標是開發和部署低碳技術，為清潔能源未來發展奠定基礎，并在經濟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，擴大可再生能源發展，進一步促進美國電力乃至能源結構優化調整；第四，推動能源科技體制機制改革，降低能源創新全價值鏈成本。
此次革命提出基礎科學與應用能源研發融合的戰略指導思想，設立了三個能源研發平臺和機構（先進能源研究計劃署、能源前沿研究中心和能源創新中心），有效整合產學研各方資源，支持變革性能源技術開發，確保美國搶占新能源技術戰略制高點。得益于奧巴馬時期推出的各項能源戰略，美國能源結構發生了顯著變化，已成功由傳統的能源進口大國轉變為能源出口國。
2014年5月，美國總統行政辦公室對外發布了《全方位能源戰略——通向經濟可持續增長之路》的報告。在能源技術領域，報告將發展低碳技術、為清潔能源未來發展奠基作為能源戰略支點，在展望未來清潔發展目標時，特別強調美國要在可再生能源技術上取得領先。
2017年3月，以總統特朗普為首的新一屆美國政府推出了《美國優先能源計劃》。該計劃延續了美國追求能源獨立的基本思想，致力于降低能源成本，最大化利用國內能源資源，尤其是傳統的化石燃料。新政府更傾向于傳統能源，特朗普能源政策框架中，油氣、煤炭等傳統能源地位突出。但能源產業作為美國立國之本，保持可再生能源產業和技術的世界領先地位，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”戰略新思路，即將能源作為一種重要戰略資源，擴大能源出口，在實現能源獨立的同時謀求世界能源霸主的發展之路。未來，特朗普政府對美國能源技術發展趨勢的政策引導和調節還有待觀察。
3.日本：從“低碳化”邁向“脫碳化”實現能源轉型
日本是能源消費大國，同時其傳統能源的資源量十分有限。日本政府發布的能源與環境創新發展戰略（NESTI2050）主要目標是推動低碳能源的發展，節能和減少溫室氣體排放的創新技術是日本能源技術優先發展的重要方向。
2010年6月，日本經濟產業省發布以“保護環境和經濟增長”為主題的《能源戰略計劃》，強調大力發展核能，構建以核電為主的低碳電源。隨著世界經濟發展和能源格局的變動，日本對本國的能源戰略不斷作出調整。在經過福島核事故之后，日本在能源科技發展重點上有較大調整，于2014年修訂了《能源戰略計劃》，以“3E+S”（能源安全保障、經濟性、環境適宜性原則和安全）為能源政策基礎，構筑“多層次、多樣化的柔性能源供應結構”。指出未來發展方向是壓縮核電發展，舉政府之力加快發展可再生能源，以期創造新的產業。
2016年4月，日本相繼公布了能源中期和長期戰略方案：一份是經濟產業省發布、面向2030年產業改革的《能源革新戰略》，從政策改革和技術開發兩方面推行新舉措，確定了節能挖潛、擴大可再生能源和構建新型能源供給系統這三大改革主題，以實現能源結構優化升級，構建可再生能源與節能融合型新能源產業；另一份是日本政府綜合科技創新會議發布、面向2050年技術前沿的《能源環境技術創新戰略》，主旨是強化政府引導下的研發體制，通過創新引領世界，保證日本開發的顛覆性能源技術廣泛普及，實現到2050年全球溫室氣體排放減半和構建新型能源系統的目標。技術創新戰略確定了日本將要重點推進的五大技術創新領域，包括：利用大數據分析、人工智能、先進傳感和物聯網技術構建智能能源集成管理系統，通過創新制造工藝和先進材料開發實現深度節能，新一代蓄電池和氫能制備、儲存與應用，新一代光伏發電和地熱發電技術，以及二氧化碳固定與有效利用。
2017年12月，日本發布《氫能基本戰略》，規劃新能源汽車和氫能發展目標，加速推進氫能社會構建，實現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”，提出了日本能源轉型戰略的新目標、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展規劃的政策指南和行動綱領。而此次制定能源政策的指導思想，則提出了“3E+S”升級版的新理念。在環保性方面，溫室氣體排放2030年要比2013年削減26%，到2050年則要削減80%，實現從“低碳化”邁向“脫碳化”的新目標。
4.德國：將可再生能源、能效、儲能、電網技術作為戰略優先推進領域
德國一貫堅持以可再生能源為主導的能源結構轉型，經過多年的政策激勵和研發支持，在可再生能源技術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型戰略，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展的中長期目標，到2050年可再生能源電力占比要達到80%。在科技層面為支持能源轉型戰略，2011年實施的第六次能源研究計劃將可再生能源、能效、儲能、電網技術作為戰略優先推進領域。而為了從系統層面推動能源轉型解決方案，德國聯邦教研部于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，這是德國為促進能源轉型開展的最大規模的科研資助行動，來自德國230家學術界和產業界機構將參與其中，著重關注四大重點方向，每個方向均組建一個產學研聯盟集成優勢力量攻關，包括：新的智慧電網架構，轉化儲存可再生能源過剩電力，高效工業過程和技術以適應波動性電力供給，以及加強能源系統集成創新。
德國政府不僅重視可再生能源技術研發創新工作，還非常重視給予可再生能源發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展的情況變化，其對《可再生能源法》不斷進行修訂和完善。最新出臺的《可再生能源法》2017版（EEG-2017）對先前法案內容進行了全面修訂，主要包括：控制可再生能源年度裝機容量增長目標，補貼重點側重于更加經濟有效的可再生能源類型(如陸上風電和光伏)，實施上網電價遞減率與年度新增裝機容量掛鉤的靈活限額機制，調整上網電價遞減周期等等，采用招投標模式來確定可再生電力的補貼額度。這表明德國可再生能源的發展從過去的全面促進和吸引投資階段轉變到重點扶持、引導投資和成本控制新階段。
5.俄羅斯：明確燃料動力綜合體發展方向
《俄羅斯2035年前能源戰略草案》和《俄羅斯聯邦科技發展戰略》中明確了俄羅斯燃料動力綜合體的技術發展方向。俄羅斯燃料動力綜合體一方面致力于提高傳統能源的效率，另一方面努力打造新型能源，其中包括可再生能源、節能、分布式發電、智能電網等。這兩個方面在《俄羅斯燃料動力綜合體領域2035年前科技發展預測》中有詳細的描述。當然，該科技發展預測最為重視的還是傳統能源技術，畢竟，傳統能源在俄羅斯經濟中的地位舉足輕重。
《俄羅斯燃料動力綜合體領域2035年前科技發展預測》中預設了三種全球能源發展情景，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（向低碳能源轉型）。在不同的預測情景下，俄羅斯對新型能源技術的需求也將有所不同。大多數新型能源技術（包括網絡蓄電池、氫燃料電池、數字電網技術等）都出現在能源革命情景當中。該預測情景還對發展俄羅斯核電技術給予了特別的關注。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準備程度并不充分。
6.法國：大力引進氣候專家，用清潔能替代煤電
2015年，法國議會正式通過綠色增長能源轉型法案，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，控制核電裝機上限為63.2GW，可再生能源在能源結構中占比達到32%。這一法案被視為謀劃法國能源戰略轉型的重大舉措，旨在讓該國更有效地應對氣候變化，加強能源獨立性，更好地平衡不同的能源供應來源。
2017年6月，在特朗普宣布美國退出《巴黎協定》幾個小時后，法國總統馬克龍便邀請心懷不滿的美國科學家搬到法國：為每位科學家提供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名獲獎氣候學家提供數以百萬計的歐元，資助他們在法國從事研究。
除了加大引進人才力度外，馬克龍計劃未來5年內關閉法國所有燃煤電站，并停止發放碳氫化合物勘探許可證；維持目前的2030可再生能源目標，即清潔能源占比達32%；將減少安裝可再生能源項目的審批程序，支持智能電網和儲能；到2025年將核電占比降至50%，并關閉費斯內姆核電站。
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“低碳經濟”的國家，也是第一個實施“碳預算”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%能源需求的發展目標。2017年10月，英國商業、能源和工業戰略部（BEIS）發布《低碳發展戰略》報告，闡述了英國如何在削減碳排放以應對氣候變化的同時推動經濟持續增長，為英國低碳經濟發展描繪藍圖。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布題為《減少英國排放——2018年向議會提交的進展報告》的報告，評估了2017年英國的溫室氣體減排進展，總結英國過去10年應對氣候變化的成就與經驗。報告指出，英國政府必須吸取過去10年的教訓，才能實現其2020年和2030年的法定減排目標。除非現在立即采取行動，否則公眾將面臨昂貴的低碳經濟轉型成本。
8.韓國：“去核電”成標志性重大調整
韓國新政府“去核電”政策成為近年來能源和產業政策標志性的重大調整，計劃終止所有新的核電站建設計劃，也不再批準延期運行現有核電站。政府還發表了核能五年計劃，將核能技術的發展重點轉到核電站安全運行和拆解技術等領域。本屆總統任期期滿前計劃至少關閉10所老舊火電站，并將對煤電和核電征收環保稅，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計劃表示支持，認為該計劃能夠幫助東北亞國家分享能源供應，提升電力體系的安全性和運作效率。
9.其他主要國家：積極制定相應的低碳能源科技戰略
新發展和新技術已經加快能源行業的轉變速度，對氣候變化的擔憂成為向低碳經濟轉型的促進因素，推進綠色低碳技術創新、發展以可再生能源為主的現代能源體系已經成為國際社會的共識。除了上述主要國家和地區，世界其他國家也積極制定相應的低碳能源科技戰略。
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，加拿大發布了《加拿大海洋可再生能源技術路線圖》，提出海洋能源發展的中長期階段目標，以及實現目標的具體技術途徑和促進條件，以保持加拿大在海洋能源領域的領先地位，為加拿大創造全新的經濟增長點。
作為全球主要原油生產國，沙特阿拉伯在國家科學、技術和創新計劃（Maarifah）中確定了國家技術長期發展方向，并將“能源”、“石油和天然氣”、“油氣化工”納入到11項國家關鍵技術規劃當中。沙特燃料動力綜合體能源規劃明確將能源作為國家經濟增長的引擎，將能效技術、節能技術、減少對環境的負面影響（包括發展可再生能源）作為優先發展的技術方向。其中，石油和天然氣規劃、油氣化工規劃更是對所有技術環節進行了詳細說明。沙特阿卜杜拉國王科技城（KACST）還為每項技術規劃制定了五年期的實施計劃。
巴西政府強調金磚國家在能源領域的互補性，目前巴西已成為中國十大原油供應國之一。同時，巴西認為金磚國家在低碳減排領域潛力巨大，在資金、技術領域共同關切很多。政府承諾在能效、可再生能源、林業、農業和工業等領域采取有效政策和措施，積極應對氣候變化挑戰，并計劃在國家能源結構中增加可再生能源的比重。巴西力爭到2019年生物能源年產量達到640億升。水電開發潛力約2.59億千瓦，發展空間巨大。
挪威是歐洲經濟區的成員國，其能源技術優先發展方向與歐盟十分相似。挪威國家新能源技術研發、示范和商業化戰略（Energi21）將新型可再生能源（太陽能發電和風力發電）、水電、能效、提高能源系統靈活性，以及碳捕集和存儲（尤其是在燃氣發電領域）技術作為重點。同時，挪威在歐洲境外擁有不少油氣資源。因此，挪威能源技術發展必須要滿足其大陸架開發的需求，并維護其油氣生產商的利益。為了發展油氣技術，挪威專門制定了21世紀油氣戰略，內容涵蓋石油和天然氣勘探、開采、加工、運輸等各個環節，并將北極地區油氣田的開發和環境保護作為重點。
二
2017年世界能源技術發展回顧與總結
1.核聚變研究取得重大突破
核聚變能源產生過程不污染環境、不產生放射性核廢料、安全性高、清潔且資源無限，被視為人類可持續發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模進行控制，實現能量持續、輸出平穩。為此，科學家正努力研究如何實現可控核聚變。美歐中核聚變實驗裝置持續創造紀錄，穩步推進受控核聚變的實現。2016年3月，德國馬普學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成功產出首個氫等離子體，正式啟動科學實驗；10月，麻省理工學院Alcator C-Mod核聚變反應堆裝置在最后一次實驗中，等離子體壓強首次突破2個大氣壓達到2.05個大氣壓，對應的溫度達到3500萬攝氏度；2017年7月，中國科學院等離子體物理研究所全超導托卡馬克EAST實現了101.2秒穩態長脈沖高約束等離子體運行，創造了新的世界紀錄，EAST成為了世界上第一個實現穩態高約束模式運行持續時間達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，標志著美核聚變研究進入全新階段。
2.電化學儲能成為電網應用儲能技術解決新能源接入的首選方案
2016年5月，斯坦福大學William C. Chueh教授課題組牽頭的聯合研究團隊設計了一種全新的“同步液態掃描透射X射線顯微成像（STXM）”技術，借助該技術研究人員首次在介觀尺度實現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（FF-TXM-XANES）首次在納米尺度實現對鋰離子電池充放電循環過程中鋰錳鎳氧（LiMn1.5Ni0.5O4，LMNO）正極材料相變過程的詳細觀測研究，揭露了脫鋰過程中LMNO電極相轉變機制；5月，瑞士保羅謝爾研究所研究團隊利用X射線技術首次實現對鋰硫電池放電中間產物的直接觀測，對鋰硫電池反應機理有了進一步的深入認識，為設計和開發高性能鋰硫電池提供了重要的科學理論參考。
3.鈣鈦礦太陽電池技術新成果層出不窮
鈣鈦礦太陽能電池由敏化太陽能電池改進發展而來，具備更加清潔、便于應用、制造成本低和效率高等顯著優點。韓國科學家通過改進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化效率達到22.1%，而此前這類電池轉化效率的最高紀錄是20.1%。瑞士洛桑聯邦理工學院研發出新型鈣鈦礦太陽電池的轉換效率達到21.02%，創造新的世界紀錄。斯坦福大學、麻省理工學院、英國牛津大學、德國亥姆霍茲柏林材料與能源中心、瑞士聯邦材料科學與技術研究所均報道了鈣鈦礦與硅電池或銅銦鎵硒電池構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30%的轉換效率。針對新一代太陽能電池“鈣鈦礦太陽電池”材料，東京大學先端科學技術研究中心的科研人員，通過添加地球上較多存在的鉀元素，實現了結晶構造的穩定性，在不使用銣等稀有金屬的前提下，實現了20.5%的高轉換效率。此外，韓國淑明女子大學化工生命工學部的崔京民教授和樸民宇教授的研究團隊采用低溫工藝開發出高效柔性光伏電池。此項研究利用了鈦基金屬有機骨架材料，開發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打印燃氣輪機葉片獲突破
增材制造技術是通過CAD設計數據采用材料逐層累加的方法制造實體零件的技術，相對于傳統的材料去除（切削加工）技術，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”。國際上增材制造經過20多年的發展，美國已經成為增材制造領先的國家，3D打印技術不斷融入人們的生活，在能源、醫療、建筑、教育等領域大量應用，催生許多新的產業。
2017年世界柴油機巨頭曼柴油機與透平公司正在將通過增材制造（3D打印）的零件裝配在燃氣輪機中，而這個零件是燃氣輪機上結構復雜的渦輪靜葉（噴嘴），這是全世界首例將如此復雜的3D打印零件用在燃氣輪機批產中。美國通用電氣（GE）公司宣布其最大的燃氣輪機9HA.02可以以64%的效能運行，打破了能源行業的記錄，其中最大的功勞應歸于3D打印，GE用3D打印為渦輪機制造了多個部件。
2017年2月，西門子公司成功完成對3D打印燃氣輪機葉片的滿負荷測試，這些發電用的燃氣輪機葉片是由英國的MaterialsSolutions公司通過3D打印生產的，其燃氣輪機轉速高達每分鐘13,000轉，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工業燃氣輪機上。
5.電動汽車電池續航技術大幅提升
電池充電及續航技術成為多國研發熱點，其技術突破將推動電動汽車產業加速發展。以色列Storedot公司研發出“超快速充電”電動汽車電池，可在5分鐘內完成充電，并支持汽車續航約483千米德國弗勞恩霍夫應用研究促進協會研制出一種超級電池，體積不變，可使電動汽車續航達100千米。美國菲斯克公司研發的固態電池可使電動汽車續航804千米，充電僅需1分鐘。韓國光州科學技術院和美國麻省理工學院合作研發出使電動車續航能力提高1倍的新型鋰電池。
6.氫燃料制取技術取得新進展
氫能源是目前備受期待的新一代能源。進入21世紀以來，氫能源的開發利用逐步增多，發達國家已經取得了一些新進展。其中，日本氫能源研究啟動早、發展快，在燃料電池和燃料電池車領域成績斐然，成為引領“終極環保車”的時代先鋒。從氫能與氫燃料電池全球發展的總體來看，歐美日等發達國家繼續加大研發投入和政策扶持，氫能與氫燃料電池在交通領域、固定式發電領域、通信基站備用電源領域和物料搬運領域都顯示出市場化的跡象，氫燃料電池技術應用總體已經在商業化初期嶄露頭角。
日本九州大學發明了近紅外線領域的太陽能制造氫氣的新方法。氫被認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使物質表面放出電子的研究方法不同，該研究利用了光驅動化學反應原理。德國科學家簡化了氫燃料制取和儲存的新工藝，將應用于工業化儲氫和生產，降低成本和能源消耗，對能源轉型具有重要意義。來自埃克塞特大學的可再生能源專家團隊率先推出了一項新型光電極技術，利用太陽光生產氫氣，從而創造出清潔、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生的氫燃料不僅會顯著降低碳排放，而且幾乎可以實現無限能源供應。
三
2018年能源領域技術開發最新動態
1.電力技術
●美國NASA迷你核反應爐“千瓦動力”測試成功將用于月球與火星生活
在2017年12月美國總統特朗普簽署了“1號太空政策指令”，宣布美國將重返月球，并最終前往火星。美國國家航空航天局（NASA）、洛斯阿拉莫斯國家實驗室、美國能源部和其他一些團體正在研發一種可以在旅途中可靠發電的迷你核反應爐“千瓦動力”（kilopower），在2017年11月開始進行全功率測試，并于2018年3月完成測試，整個實驗過程相當順利，這將是核能技術的重要發展，因為它將成為未來最重要的太空船原件，并安裝在月球或是火星基地上。洛斯阿拉莫斯國家實驗室反應堆設計總負責人表示，Kilopower系統是40多年來美國開發的首個新型裂變反應堆概念，而且最近的試驗提供了寶貴的數據并有效評估了其基礎設施，接下來的18個月將會繼續測試，包括任務研究和風險分析等工作，并且希望能在2020年代的中期，將反應爐送上太空。
●俄羅斯研發用血液中的葡萄糖獲取電力的方法
俄羅斯科學研究中心代表向俄媒表示，庫爾恰托夫研究所的學者研制出利用人血液中的葡萄糖獲取電力的方法，這將確保心臟起搏器的不間斷運行。該研究所國家研究中心NVIS技術綜合體生物技術和生物能源部副主任巴維爾•戈托夫采夫介紹說，新方法可以從人體血液所含葡萄糖中獲得15微瓦至40微瓦的電流。這足夠保障一部現代心臟起搏器運轉，與此同時，患者不會感到任何不適。目前，學者們計劃在動物身上進行這項新技術的生物實驗。但即使取得成功，仍需10年左右的時間才能開展臨床試驗。
2.儲能技術
●新加坡研發電池新技術 10小時內容量恢復至95%
新加坡南洋理工大學的科研人員成功研發一項新的電池技術，該項技術不是改進電池結構、提升電池密度，而是針對用舊的老電池，號稱能讓鋰離子電池在10個小時內，恢復至95%的容量，等于“返老還童”。具體來說，這項新技術是在每個鋰離子電池中已有的兩電極間增加第三電極，從而將殘留的鋰離子從一極排出到另一極，去除影響電池性能的“雜質”。因為天然屬性限制，鋰電池使用時間越長，容量就睡損失越明顯，一般300~500次充放電循環后就會損失15~20%的容量，而且無法逆轉。
但是新加坡南洋理工大學 Yazami教授稱，他的發明可以讓老舊鋰電池很快恢復青春，而且每隔幾年就能在相同的電池上重復進行恢復容量操作，既能延長電池使用壽命，也有利于環保。這一發明已經在智能手機上做了測試，不過對于電動汽車行業的改變意義更加重大，因為一般人可能會兩年換一部手機，但汽車會用上十年以上。據悉，蘋果、三星和松下等產業巨頭都對這項發明興趣濃厚。
●研究人員發明生產出有史以來最高性能的倒置鈣鈦礦太陽能電池
在《科學》雜志的一項研究中，來自北京大學、薩里大學，牛津大學和劍橋大學的一組研究人員詳細介紹了一種減少有害的非輻射復合過程的新方法，在該過程中鈣鈦礦太陽能電池的能量和效率都會降低。
該團隊發明了一種稱為溶液二次生長(SSG)的技術，該技術將倒置鈣鈦礦太陽能電池的電壓提高了100毫伏，達到1.21伏的高電壓，同時不會影響太陽能電池的質量或通過器件的電流。他們在一臺設備上測試了該技術，測得了創記錄的20.9％的PCE，這是迄今為止記錄的倒置鈣鈦礦太陽能電池最高認證的PCE。
●德國科學家研制超級電池組汽車續航能力有望提高一倍
歐洲最大的應用科學研究機構——德國Fraunhofer-Gesellschaft（弗勞恩霍夫應用研究促進協會）日前宣布，其研制出一種超級電池組，在不增加體積的前提下可提高電動汽車續航能力。該研究團隊稱，以特斯拉Model S為例，其目前電池續航為540公里，若可使用該超級電池組，續航能力有望則有望提高一倍至1000公里左右。這種新型電池組名為EMBATT，該研究項目的經理Mareike Wolter稱，這種新型電池組最大的技術突破是改變了電池內部電極的形態。
像特斯拉這樣的電動汽車，其電池板內部是由大量圓柱形18650鋰電池連接而成，這樣的設計會出現很大空間浪費，而Fraunhofer-Gesellschaft的新型電池設計就是為了消除這種空間浪費。所謂的18650型是一種電池的規格，是電子產品中比較常用的鋰電池，常在筆記本電腦的電池中作為電芯使用。該型號具體定義的法則指的是，電池直徑為18mm，長度為65mm，圓柱體形的電池。特斯拉最新車型Model S具有100千瓦時的電池板，包含8000多節18650型鋰離子電池。
●美國研究出一種新的水基鋅電池稱可以替代鋰電池
美國馬里蘭大學、陸軍研究實驗室和國家標準與技術研究院研究人員組成的研究小組，將傳統的鋅電池技術與水電池技術相結合，開發出了容量更大、安全性更高的可充電電池。他們使用新型的含水電解質，替代傳統鋰離子電池中使用的易燃有機電解質，大大提高了電池的安全性;而通過添加金屬鋅以及在電解液中添加鹽，則有效提高了電池的能量密度。
研究人員指出，鋅電池是一種安全且生產成本相對較低的電池，但能量密度低，壽命也短，因而并不完美。新型水基鋅電池則克服了傳統鋅電池的這些缺點，不僅大大提高了電池的能量密度，電池壽命也延長了許多。而與鋰電池相比，水基鋅電池不僅可在能量密度方面與其一較高下，而且安全得多，不會有爆炸或引發火災的風險。
●以色列StoreDot公司研發閃充電池，充電只需幾分鐘
以色列StoreDot公司研發“閃充電池（flash batteries）”，一種可在數分鐘內將電動車充滿的鋰離子電池，將納米材料與新型有機化合物相結合，利用納米材料保護合成有機材料不膨脹和不分解，從而也消除了傳統充電電池存在的安全隱患，以這種獨特方法研發開創性的充電電池材料。除了汽車用電池外，StoreDot為手機充電研發類似的電池技術，該公司希望2019年前對該產品進行商業化。StoreDot稱其電池產品環保，而且在充滿電后，電動車可行駛300英里（約483公里）。
2018年英國石油公司對以色列初創公司StoreDot投資了2,000萬美元，希望在運營中減少溫室氣體的排放。除了此次投資的BP之外，德國汽車制造商戴姆勒還是該初創公司的投資者，2017年9月向StoreDot投資了6,000萬美元。
●韓國開發出常溫液體金屬-空氣電池
韓國科學技術研究院（KIST）能源儲存研究團隊在全球最早采用常溫液態的Ga/In共融化合物，成功開發出金屬-空氣電池(air-cell)的全新陰極材料，有望替代現有的二次電池。此項研究成果實現了電極的高穩定性和長壽命，在確保高性能的同時，還通過空間設計實現了自由變形，與復雜的納米工藝技術相比，通過簡單的混合工藝就可以制造復雜金屬的電極，只需較低成本就可以完成高伸縮性和可變性的電極工藝，為了實現這一技術的后期推廣，目前正在進行商用化技術的評價工作。此次研究開發的電池技術有望成為第四次工業革命能量儲存系統的全新解決方案。
●研究人員打造新生物太陽能電池技術陰雨天也可用
哥倫比亞大學的研究人員已經發現了一種新的廉價方式，借助細菌打造的太陽能電池將陽光轉變成能量。他們打造的這種太陽能電池產生的電流比之前記錄的任何類似裝置都要強，而且無論在強光和弱光環境下都同樣有效。項目負責人稱，這項研究的重點在于我們發現了一個不會殺死細菌的過程，因此它們能夠無限期的制造生物染料。這種生物太陽能電池技術也擁有著其它的潛在應用，比如說在采礦業、深海探索和其它低光照環境中等。
據加拿大不列顛哥倫比亞大學近日發布的一份新聞公報，該校研究人員選擇讓天然色素保留在細菌內，他們通過基因工程技術改造大腸桿菌，使其大量產生番茄紅素。番茄紅素是一種賦予番茄橙紅色的色素，能特別有效地吸收光線并轉化為能量。據加拿大不列顛哥倫比亞大學近日發布的一份新聞公報，該校研究人員選擇讓天然色素保留在細菌內，他們通過基因工程技術改造大腸桿菌，使其大量產生番茄紅素。番茄紅素是一種賦予番茄橙紅色的色素，能特別有效地吸收光線并轉化為能量。
3.其他技術
●瑞士生物沼氣直接甲烷化技術進入實用階段
據瑞士保羅謝爾研究所（PSI）介紹，該所開發出一項獨有的生物沼氣直接甲烷化技術，將氫氣直接加入生物沼氣中進行甲烷化反應，使生物沼氣中的二氧化碳直接轉化為甲烷。經過直接甲烷化處理的生物沼氣甲烷含量大大提高，質量可滿足直接輸入天然氣管網的要求，不再需要經過提純凈化處理環節。
為在實際應用條件下驗證該項技術，瑞士保羅謝爾研究所與瑞士一家能源企業合作開展驗證和示范研究。將該項技術集成在一個集裝箱大小的代號為Cosma的示范裝置內，接入實際運行的生物沼氣站進行1000小時驗證試驗，經過甲烷化后的沼氣直接進入天然氣管道，可滿足一個獨立家庭住宅的取暖和熱水供應。試驗取得成功，顯示了該項技術已經具備進入實際應用的條件。該項成果日前獲得瑞士能源技術獎。
●英國科學家發現新方法用太陽能殺死水污染物質
最近，英國斯旺西大學的研究人員開發出了一種新型的無毒物質，可以利用太陽能將排放到水中的有害污染物無害化。據了解，目前每年大約有30萬噸污染物被排放到水體中，而科學家開發的這種新型物質，可以從水中去除燃料污染物，并且吸附率達到90%以上，比現有的吸附技術效果整整提高了10倍。這種混合物平時被保存在高壓密封的容器中，通過在微型氮化鉭顆粒表面生產的超級“納米氧化物”進行合成。然后這種材料利用太陽能提供的能力將污染物分解成更小、更無害的分子，而這一過程被稱為“光催化降解”。在去除有害的燃料之后，催化劑可以通過簡單的方法從水中過濾出來，然后重復使用。雖然通過光降解的方式已經研究了幾十年，但是知道最近一段時間，研究人員才開發出能夠真正吸收污染物的材料。之前雖然像二氧化鈦也能利用太陽能分解染料，但是效率非常有限，因為與普通的太陽光譜相比，它們紫外線這種能量更高的光線吸收率更好。如果未來這種材料能夠被大范圍的使用，那么新型材料將會大幅提升水體中污染物過濾的速度。
四
全球能源技術的發展趨勢分析
1.綠色、低碳能源技術必然是未來發展主要方向
2018年，能源將繼續向著低碳化、綠色、高效方向發展。歐盟科研創新資助計劃“地平線2020”2018-2020年度支出方案中，“低碳和適應氣候變化的未來”領域將獲33億歐元預算，按年度工作計劃，可再生能源、能效建筑、電動運輸和儲存方案4個清潔能源領域的項目將獲22億歐元撥款。俄能源部宣布支持設立遠東聯邦區可再生能源發展基金，并將制訂具體建議。英國將投入2800萬英鎊資助可再生能源創新、智慧能源系統創新、低碳工業創新、核能創新等能源創新項目，作為能源創新計劃(2016~2021年)的一部分。特朗普政府宣布退出巴黎協定，全球應對氣候變化形勢變得撲朔迷離，但全球能源領域轉型已是大勢所趨，綠色能源技術、低碳能源技術必然是未來發展主要方向。
2.小型模塊化反應堆開啟核能新時代
小型模塊化反應堆(SMR)因其較高的安全性能、操作靈活性、電網適應性等優點，受到越來越多的關注。全球多個核電大國推進SMR技術開發部署。美國 Nuscale Power公司提交首個SMR商業電廠設計認證審查申請。加拿大監管機構收到4種小堆設計，并啟動了首個SMR示范堆的一般選址和取證程序。俄羅斯將協助菲律賓開展關于在陸上或近海建造SMR的可行性研究。俄羅斯原子能集團所屬“光線”科學生產聯合公司研發出基于熱電子發射效應原理的小型核電站，具有安全可靠、不需維護、可長期運行等特點，可作為獨立電源為偏遠地區重要設施供電。英國政府承諾通過競爭探索SMR的潛力，評估開發、商業化和資助SMR技術的市場利益。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”，提出今后將開發具有安全性、經濟性和機動性優勢的堆型，小型模塊化堆將是日本未來開發的重要選項。
3.能源區塊鏈領域前景廣闊
區塊鏈技術具有去中心化存儲、信息高度透明等優勢，能實現能源的數字化、分布式精準管理，將對未來能源市場產生巨大影響。美國能源部提出“基于區塊鏈技術的能源系統新概念”，探索區塊鏈技術在管理電網方面的應用。英國石油公司和荷蘭殼牌領銜的財團將開發一個針對能源大宗商品交易的區塊鏈數字平臺，預計在2018年底投入運營。澳大利亞政府將提供257萬澳元以支持一個應用區塊鏈技術的光伏和用水兩年試點項目。麥肯錫公司在一份報告中指出，區塊鏈是繼蒸汽機、電力、信息和互聯網科技之后目前最有潛力觸發第5輪顛覆性革命浪潮的核心技術，對于石油和天然氣這樣一個分布廣泛、復雜龐大的行業，區塊鏈技術的黃金期正在到來。
4.電池儲能將發揮重要作用
儲能產業作為能源結構調整的支撐產業和關鍵推手，在傳統發電、輸配電、電力需求側、輔助服務、新能源接入等不同領域有著廣闊的應用前景。國際可再生能源署（IRENA）2017年發布的《電力存儲和可再生能源：成本和市場研究報告（2030）》稱，到2030年，如果能源系統的可再生能源份額翻番，全球儲能容量將增加三倍。報告在基本預測情景中提出，到2030年，全球儲能裝機將在2017年基礎上增長42%～68%，如果可再生能源增長強勁，那么儲能裝機增長幅度將達到155%～227%。電池儲能將在改變儲能裝機結構中發揮重要作用。此外，電池生產技術的發展還直接決定了電動汽車的發展前景，可以在尖峰負荷時段的電力能源系統中起到電源的作用。儲能技術的快速發展將給能源系統帶來顯著變化，同時，在化石燃料需求上會造成一定的影響，畢竟，儲能將越來越多地取代火電，在電力能源系統中發揮強大的電源調節能力。
5.未來5G與能源的深度融合
近年來，能源行業積極實施“互聯網+”戰略，全面提升行業信息化、智能化水平，充分利用現代信息通信技術、控制技術，實現智能設備狀態監測和信息收集，激發新型作業方式和用能服務模式。隨著各類能源業務的快速增長，電網設備、電力終端、用電客戶迫切需要通過最新的通信技術及系統支撐，滿足爆發式增長的通信需求。5G技術將支持能源領域基礎設施的智能化，并支持雙向能源分配和新的商業模式，以提高生產、交付、使用和協調有限的能源資源的效率。可再生能源、電動汽車、電網通信、智能電網等領域將成為5G在全球能源行業的重點應用場景。歐盟特別注重5G與行業的充分融合，在《關于5G架構的觀點》白皮書中提出5G網絡架構應具備為汽車、能源、食品、農業、醫療、教育等垂直行業提供定制化專網組網服務的能力，5G技術與商業生態系統的對接，有利于5G網絡能夠高效率、低成本地提供各類新興業態服務。
6.3D打印技術應用于太陽能電池的制造工藝
3D打印技術除了用在晶體硅太陽電池以外，也可以應用在薄膜電池上。如美國俄勒岡州立大學的研究者們使用3D打印技術成功地制造出了銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽電池，節約了90%的原材料。麻省理工學院（MIT）則通過一臺特制3D打印機將薄膜太陽電池印刷到紙張上，這種電池目前可提供1.5%～2%的電池效率。3D打印技術不僅能打印出分辨力高、導電性好的柵線，而且能夠降低生產成本，可以和高方阻發射極完美結合并應用于各類太陽電池新技術。國內外都在積極研究及應用推廣該技術的發展，因此，3D打印技術應用于太陽能電池的制造工藝將是大勢所趨，這一技術也會帶來太陽能電池質量和效率的大幅提高。
五
啟示與建議
1.突破核心技術，打造新一代電力系統
以可再生能源逐步替代化石能源，實現可再生能源等清潔能源在一次能源生產和消費中占更大份額，推動能源轉型，建設清潔低碳、安全高效的新一代能源系統，是我國能源革命的主要目標。非化石能源在一次能源消費中占比是我國能源轉型的主要指標。一次能源消費中非化石能源主要來自一次電力（水電、風電、太陽能發電等可再生能源電力以及核電等）。大幅提高非化石能源電力占比，形成非化石能源為主的電源結構，是電力系統轉型的重要標志。當前，突破高比例可再生能源、高比例電力電子裝備接入電網，多能互補綜合能源以及信息物理深度融合智能化電網等技術，是建設新一代電力系統的關鍵。
2.不斷壯大清潔能源產業，推動綠色能源發展
應對氣候變化，清潔能源扮演著舉足輕重的角色。加快水電、核電、風電、光伏等清潔能源替代迫在眉睫。國際能源署預測，在未來5年內，中國將持續引領全球清潔能源發展。當前，我國已成為全球最大的可再生能源生產國和應用國，水電、風電、光伏裝機規模多年保持全球領先，核電在建規模也居世界首位。綠色低碳是能源技術創新的主要方向，集中在傳統化石能源清潔高效利用、新能源大規模開發利用、核能安全利用、能源互聯網和大規模儲能以及先進能源裝備及關鍵材料等重點領域。
根據國家能源局研究制定的《2018年能源工作指導意見》，2018年將統籌優化水電開發利用，穩妥推進核電發展，穩步發展風電和太陽能發電，積極發展生物質能等新能源，有序推進天然氣利用。同時，加快傳統能源清潔高效開發利用。指導意見明確，2018年全國能源消費總量控制在45.5億噸標準煤左右。2018年將著力解決清潔能源消納問題，增強油氣儲備應急能力；積極發展新興能源產業，推動能源生產消費新模式、新業態發展壯大，實施能源系統人工智能、大數據應用等創新行動，推廣智能化生產、儲運和用能設施。2018年我國將加快能源綠色發展，進一步壯大清潔能源產業。
3.加大研究力量，建立有效激勵機制
近年來，我國能源科技創新能力和技術裝備自主化水平顯著提升，建設了一批具有國際先進水平的重大能源技術示范工程。智能電網和多種儲能技術快速發展，陸上風電、海上風電、光伏發電、光熱發電、纖維素乙醇等關鍵技術均取得重要突破。一系列具備國際先進水平的重大能源示范工程成果標志著我國能源科技水平得到了跨越式發展。但與世界能源科技強國和引領能源革命的要求相比，還有較大的差距，主要體現在核心技術缺乏，高端能源裝備依賴進口；產學研結合不夠緊密，創新活動與產業需求脫節；以及創新體制機制不夠完善，人才培養、管理和激勵制度有待改進等幾方面。因此推動能源技術革命已經迫在眉睫，必須大力推進能源技術創新，縮小與國際先進水平差距，強調自主研發與技術引進相結合。
4.明確能源科技發展戰略的優先方向與路線
能源技術是決定全球能源未來的重要因素之一，能源技術的發展方向更是關系能源戰略全局的關鍵棋子。把握世界能源科技綠色低碳、智能、高效、多元的發展方向，合理規劃建設清潔低碳、安全高效現代能源體系的中長期愿景和目標，建立有雄心和穩定的政策環境，把戰略接續油氣資源開發、化石能源清潔高效利用、分布式能源和智能電網、先進安全核能、規模化可再生能源作為戰略優先方向，適時更新中長期發展戰略和行動計劃，并利用技術和產業路線圖指導技術研發和產業創新。
5.大數據背景下推動能源行業數字化轉型
在+智能時代，云、物聯網、數據分析、機器學習、人工智能、自動化、智能終端、增強現實等技術組成錯綜復雜的生態系統。技術不僅是提升效率的工具，還是能源行業成功的業務戰略與未來收入增長的基石。在大數據時代，能源行業的數字化轉型已然大勢所趨。能源行業的數字化轉型，就是發展數字能源，即利用數字技術，引導能量有序流動，構筑更高效、更清潔、更經濟、更安全的現代能源體系。
據調查，72%的能源公司已經更新了老舊的IT應用，剩下的28%計劃在未來一年內完成這一工作。由此可見，能源行業是技術投資最活躍的行業之一。以電力行業為例，許多國家和地區在不斷推進電力系統轉型，其程度不亞于一場技術革命。數字化的智能電網實現了更高效的電力輸送，在尼日利亞，智慧電網減少了30%的線路損耗，不僅帶來顯著的經濟效益，更造福千家萬戶，創造出巨大的社會效益。
參考文獻：
[1]科技日報國際部.2017世界科技發展回顧[N]．科技日報,2018-01-04-(002).
[2]郭楷模,陳偉,吳勘,何濤汪其,李富嶺.國際能源科技發展新動向及其對我國的啟示[J].世界科技研究與發展,2018,(3)：4-15.
[3]周亞麗.2017年世界前沿科技發展態勢及2018年展望[N]．全球技術地圖，2018年2月.
[4]NASA completes full-power tests of small, portable nuclear reactor. https://www.engadget.com/2018/05/02/nasa-completes-full-power-tests-small-nuclear-reactor/,2018-05-02.
[5]Технологическиеприоритетывроссийскойизарубежнойэнергетике.http://energo-cis.ru/news/tehnologicheskie_prioritety_v/?year=2017.pdf.
0 條