国际能源科技发展动态研判与战略启示
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化石能源清洁高效梯级利用
先进高效率低排放燃烧发电和深加工分级转化是煤炭和天然气清洁高效利用的未来发展方向，碳基能源高效催化转化、新型富氧燃烧、先进联合循环等高效低排放技术正处于研发阶段。
美国碳利用研究理事会（CURC）和电力科学研究院（EPRI）在 2018 年 7 月更新的《先进化石能源技术路线图》中，规划了增压富氧燃烧、化学链燃烧、超临界 CO2动力循环发电、先进超超临界（A－USC）、煤气化联合循环等高效低碳发电技术到 2035 年的研发与大规模示范路径。美国、日本等发达国家已将超临界 CO2动力循环发电系统作为革命性前沿技术进行积极研究，目前在实验室已建成了小功率的试验机组，正在向工业示范电站迈进。增材制造（3D 打印）技术在燃气轮机制造中的应用已从原型试制逐渐走向实际生产，如通用电气公司、西门子公司等燃机制造巨头稳步推进制造工艺转型升级。
经过多年发展，中国的先进煤化工合成技术取得了重大突破，已掌握了世界领先的百万吨级煤直接液化和煤间接液化技术。中国科学院大连化学物理研究所成功实现了具有自主知识产权的百万吨级煤制烯烃和煤制乙醇技术商业化应用，对保障我国能源安全等具有重要的战略意义。该所还在煤气化直接制烯烃研究上取得重大进展，颠覆了 90 多年来煤化工领域一直沿袭的费－托路线，从原理上开创了一条低耗水进行煤转化的新途径，这是煤转化领域里程碑式的重大突破。
发展下一代安全高效先进核能系统
可持续性、安全性、经济性和防核扩散能力的先进核能技术是核能发展的重中之重，主要研究方向集中在开发固有安全特性的第四代反应堆系统、燃料循环利用及废料嬗变堆技术以及更长远的核聚变示范堆设计与实现。
第四代核能系统国际论坛（GIF）在 2014 年初更新了技术路线图，规划了未来 10 年第四代堆型的研发目标和里程碑。美国能源部于 2017 年底宣布，未来 5 年将资助 4 亿美元，重点开展新型反应堆示范工程、核电技术监管认证、先进反应堆设计开发等工作，以加速核能技术创新突破。中国科学院在未来先进核裂变能——加速器驱动次临界系统（ADS）研究中取得重大成果，并基于此在国际上首次提出“加速器驱动先进核能系统（ADANES）”概念，将在广东惠州建设国际首台 ADS 嬗变研究装置。
可控核聚变技术目前在等离子体理论研究、材料开发和运行试验方面不断涌现新的成果。中国科学院合肥等离子体物理研究所研制的全超导托卡马克核聚变实验装置，相继取得等离子体中心电子温度达到 1 亿摄氏度、百秒量级稳态运行等多项世界级重大突破。德国马普学会等离子体物理研究所建造的世界最大仿星器聚变装置 W7－X 成功产出首个氢等离子体，计划到 2020 年实现持续 30 分钟的等离子体。美国国家科学院 2018 年发布《美国燃烧等离子体研究战略计划最终报告》，建议美国继续参与国际热核聚变实验堆（ITER）计划，并启动国家研究计划迈向紧凑型聚变发电中试阶段。欧盟于 2014 年在“地平线 2020”框架下投入 8．5 亿欧元，启动了“聚变联合研究计划”。
新能源与可再生能源加快应用
风能、太阳能、生物燃料等可再生能源技术研发活跃，有望在未来 20 年成为主导电力来源或规模替代石油基燃料。①在风能领域，美国和欧盟均提出了海上风电发展战略，加速推动海上风能产业的发展。目前 8 MW 风力涡轮机已投入商业应用，10 MW 及以上的超大规模风力涡轮机正在研发中，浮动式海上风电场的投入使用推动风电向深海迈进。②在太阳能领域，美国、欧盟、日本等主要国家和地区深化布局光伏发电全产业链创新，作为推进新兴产业发展的主要战略举措，通过全覆盖布局先进材料、制造和系统应用各环节研发实现平价上网目标。钙钛矿太阳电池器件结构日趋完善，效率已超多晶硅，逼近单晶硅，但实现商业化仍需攻克规模化制造工艺、稳定性等关键挑战。中国科学院半导体研究所在2018年创造了单结钙钛矿太阳电池转换效率世界纪录（23．7％）。③在生物能源领域，纤维素乙醇、藻类生物燃料等技术领域取得了重要进展，特别是美国和欧洲首座商业规模纤维素酶解制乙醇工厂投产，为先进低成本生物液体燃料更大规模发展创造了条件。目前研究重点主要集中在高产率能源作物培育改造，微生物酶解催化剂，热化学转化工艺与多功能催化剂，工程微藻选育、培养、油脂提取与转化等。
氢能发展备受重视，形成新一轮的发展热点。日本、欧盟和澳大利亚等国家和地区相继公布了氢能发展战略和技术路线图，提出未来 20—30 年的氢能与燃料电池技术和产业发展目标。研究人员致力于解决低成本高效率规模化制氢、经济高效氢储存和输配、燃料电池基础关键部件制备和电堆集成、燃料电池发电及车用动力系统集成等重大科技问题。德国亥姆霍兹柏林能源材料中心设计开发了双光阳极串联光电催化系统，创造了太阳能到氢能 19％ 的转化效率纪录。日本国立产业技术综合研究所开发了陶瓷电解质低温致密烧结工艺，制备出全球首个商用规格的质子陶瓷燃料电池。
新型高能规模化储能取得突破
动力和电力规模储能技术是未来能源系统必不可少的关键组成部分，也是各国竞相布局的重点领域。欧盟组建“欧洲电池联盟”实施战略行动计划，在欧洲打造具有全球竞争力的电池产业链。美国能源部将在未来 5 年为储能联合研究中心继续投入 1．2 亿美元，设计开发新型高能多价化学电池，并研究用于电网规模储能的液流电池新概念。日本新能源产业技术综合开发机构在未来 5 年资助 100 亿日元，攻克全固态电池商业化应用的技术瓶颈，旨在 2030 年左右实现规模化量产。
科学家在储能反应机理探索、电化学体系设计、新材料开发方面成果斐然，研究重点在于开发高安全性、长寿命、低成本的锂离子电池及新型高能化学电源体系，并开展新型物理储能系统规模化示范。美国伊利诺伊大学芝加哥分校等机构合作开发新型锂－空气电池，创造在自然空气环境中稳定运行超 700 次的循环寿命纪录。美国哈佛大学研发出基于低成本醌类有机电解液的新型液流电池，创造工作寿命最长纪录，而且较全钒液流电池成本大幅下降。中国科学院工程热物理研究所建成了国际首套 10 MW 级先进压缩空气储能示范系统，示范系统在额定工况下的效率超过 60％。