2019年5月，國際能源署（IEA）發(fā)布了《創(chuàng)新差距——關(guān)鍵長期技術(shù)的研究、開發(fā)和示范挑戰(zhàn)》，識別了實(shí)現(xiàn)長期清潔能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展的45項關(guān)鍵技術(shù)、約100個創(chuàng)新差距，部門涉及電力、其他燃料供應(yīng)、工業(yè)、建筑、交通和能源集成等。小編翻譯了報告中的可再生能源部分（陸上風(fēng)電、地?zé)岚l(fā)電、海洋能發(fā)電、光伏發(fā)電、海上風(fēng)電、水電），希望對關(guān)注我國可再生能源產(chǎn)業(yè)的政策部署、研究規(guī)劃、行業(yè)發(fā)展的讀者有所啟發(fā)，讀者可點(diǎn)擊文末“閱讀原文”前往官網(wǎng)查看原文。如轉(zhuǎn)載請標(biāo)明譯文來源。
IEA “創(chuàng)新差距”框架中每個創(chuàng)新差距都提出了一項新挑戰(zhàn)，需克服這些挑戰(zhàn)才能達(dá)到可持續(xù)發(fā)展場景（SDS，Sustainable Development Scenario）要求的技術(shù)性能和部署水平。
報告定義了11個階段的技術(shù)準(zhǔn)備級別（Technology Readiness Level，TRL）：
1.初始想法：確定基本原理。
2.應(yīng)用預(yù)設(shè)：形成概念和應(yīng)用方案。
3.概念有效性：驗(yàn)證理論原型和理論應(yīng)用的有效性。
4.早期原型：實(shí)驗(yàn)室條件下的驗(yàn)證原理的原型。
5.大型原型：大部分關(guān)鍵組件實(shí)現(xiàn)應(yīng)用條件下驗(yàn)證的原型。
6.小尺度（小容量）完整原型：實(shí)現(xiàn)應(yīng)用條件下驗(yàn)證的小尺度（小容量）完整組件原型。
7.商業(yè)化前的實(shí)證樣機(jī)：得到預(yù)期工況下的解決方案。
8.首個商業(yè)應(yīng)用：商業(yè)樣機(jī)，全尺度（全容量）解決方案基本定型。
9.商業(yè)環(huán)境運(yùn)行：形成的商業(yè)化解決方案已可行，通過迭代改進(jìn)以提高競爭力。
10.規(guī)模化整合：解決方案已商業(yè)化，但需要努力進(jìn)一步整合。
11.證明產(chǎn)品穩(wěn)定性：實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)預(yù)期增長。
（一）陸上風(fēng)電
加大對風(fēng)電技術(shù)研發(fā)的投入對實(shí)現(xiàn)SDS至關(guān)重要，關(guān)鍵是降低投資成本、提高性能和可靠性，以實(shí)現(xiàn)更低的度電成本。良好的資源和業(yè)績評估能力對降低財務(wù)成本也很重要。風(fēng)電技術(shù)已經(jīng)得到驗(yàn)證并不斷取得進(jìn)步，盡管沒有單獨(dú)因素可以顯著降低成本，但綜合改進(jìn)可以確保成本繼續(xù)下降。特別需要通過創(chuàng)新來幫助資源規(guī)劃，最大限度地減少風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)大幅增長帶來的影響，并通過數(shù)字解決方案和先進(jìn)的電力電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)友好接入。
差距1
更先進(jìn)的風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)
風(fēng)電的波動性、不確定性和分布特性給電網(wǎng)帶來了眾所周知的挑戰(zhàn)。盡管風(fēng)電場已通過一系列升級改造為友好接入電網(wǎng)做出了貢獻(xiàn)，但為滿足“可持續(xù)發(fā)展場景”，還應(yīng)結(jié)合法規(guī)和電網(wǎng)導(dǎo)則，在輔助服務(wù)和可調(diào)度性方面加速創(chuàng)新。
【技術(shù)解決方案】
無論在標(biāo)準(zhǔn)工況還是電網(wǎng)故障情況下，風(fēng)電都能穩(wěn)定運(yùn)行是實(shí)現(xiàn)風(fēng)電占比持續(xù)提高的關(guān)鍵。新開發(fā)風(fēng)電的地區(qū)必須采用故障穿越方案（TRL10），老風(fēng)電機(jī)組也應(yīng)低成本改造。應(yīng)持續(xù)研究提高電網(wǎng)接納風(fēng)電能力相關(guān)技術(shù)，例如從風(fēng)電場到電網(wǎng)的多尺度優(yōu)化控制技術(shù)、線路動態(tài)容量技術(shù)等。風(fēng)電還應(yīng)用概率爬坡預(yù)測（TRL8）等技術(shù)為電網(wǎng)提供爬坡服務(wù)。
【前瞻研究】
NERL還在研究一些優(yōu)化能源、備用和提升服務(wù)等方法，降低接入成本。
差距2
改善資源評估和選址規(guī)劃
陸上和海上風(fēng)電場規(guī)劃都應(yīng)對周邊環(huán)境進(jìn)行更精細(xì)的敏感性評估，以確保長期的發(fā)電效率和有吸引力的投資回報。
【技術(shù)解決方案】
生產(chǎn)成本的準(zhǔn)確建模是決定經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵。在滲透率越來越高、電網(wǎng)越來越復(fù)雜的趨勢下，最大程度減小發(fā)電量的不確定性非常重要，技術(shù)包括用實(shí)測數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行修正和驗(yàn)證（TRL 11）、開發(fā)更高分辨率的電網(wǎng)模型、多可再生能源和儲能聯(lián)合發(fā)電經(jīng)濟(jì)性評估方法，以及最大程度減小尾流影響的優(yōu)化微觀選址（TRL 11）等。各國還應(yīng)不斷開展系列綜合研究，在各類地區(qū)擴(kuò)大風(fēng)電規(guī)模，推動與鄰國區(qū)域聯(lián)網(wǎng)等。挑戰(zhàn)還包括提高近海施工前期規(guī)劃的準(zhǔn)確性，以適應(yīng)風(fēng)資源季節(jié)性和不同年度的波動和變化，以及如何最優(yōu)利用變化的海床條件。
差距3
下一代渦輪機(jī)、傳動鏈和系統(tǒng)管理技術(shù)
大轉(zhuǎn)子直徑和高輪轂高度雖然增加了前期投資和單位功率成本，但可增加發(fā)電量、降低度電成本，并可更好地利用風(fēng)資源、減少輸出的波動性。
【技術(shù)解決方案】
增加渦輪機(jī)尺寸在降低風(fēng)電場資本成本方面起著重要作用。通過減少材料使用和提高制造工藝，不斷提高渦輪機(jī)尺寸，是實(shí)現(xiàn)在2030年成本降低11%-20%的關(guān)鍵選擇。隨著轉(zhuǎn)子更大、葉片更長和更柔性，需要全面地了解其在運(yùn)行中的行為，以便為新設(shè)計提供信息。值得關(guān)注的研究領(lǐng)域包括先進(jìn)的計算流體動力學(xué)模型，減少或抑制載荷傳遞到風(fēng)機(jī)其他部分（例如齒輪箱或塔頂）的方法，創(chuàng)新的翼形設(shè)計，減少結(jié)冰和積垢的納米技術(shù)，降低空氣動力噪聲等。應(yīng)用電力電子技術(shù)、永磁發(fā)電機(jī)以及超導(dǎo)技術(shù)，可減少發(fā)電機(jī)及輔助電氣、電子組件中的電損耗，節(jié)省更多成本。
基于先進(jìn)傳感和控制的數(shù)字化技術(shù)，使預(yù)知性維修成為可能，降低運(yùn)營和維護(hù)成本（TRL 9）。通過高精度建模、驗(yàn)證和確認(rèn)，可以更精確地掌握和預(yù)測天氣條件。這些技術(shù)都可以降低發(fā)電量和成本估算的不確定性，從而降低投資風(fēng)險和融資成本。通過使用更先進(jìn)的控制技術(shù)（TRL 8），到2030年，風(fēng)電場的使用壽命可以從當(dāng)前的20年延長到30年，可使單位發(fā)電成本降低大約25％。
場級大數(shù)據(jù)分析及其神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)/ AI控制、零部件3D打印、復(fù)合材料塔筒等技術(shù)，目前處于早期開發(fā)階段，是極具潛力的顛覆性技術(shù)。
（二）地?zé)岚l(fā)電
不同的地?zé)岚l(fā)電技術(shù)成熟度差異很大。干熱巖資源開采有特別的改進(jìn)潛力，例如目前處于驗(yàn)證階段的增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)EGS。為加速降低成本、加快設(shè)計迭代、將新的地?zé)岣拍钜胧袌?，需要長期、持續(xù)和大幅度增加研究、開發(fā)和示范資源。為驗(yàn)證這些先進(jìn)技術(shù)，政府要大力支持這些創(chuàng)新型小型工廠。為了更好地評估干熱巖的潛力，研究和開發(fā)需要聚焦于深入了解裂縫在不同應(yīng)力狀態(tài)和巖石類型下的擴(kuò)展方式。該方法也將有助于評估更先進(jìn)的熱液資源潛力。
差距1
先進(jìn)鉆井技術(shù)的開發(fā)
鉆探成本占地?zé)岚l(fā)電項目總資本成本的40%-70％，這也是該項目非常耗時的部分。低成本、僅勘探井眼的經(jīng)濟(jì)鉆探和硬巖層的深度鉆探有很多技術(shù)上的挑戰(zhàn)，需要創(chuàng)新解決方案。改善地球物理數(shù)據(jù)清單和地球科學(xué)勘探方法，創(chuàng)新地?zé)豳Y源評估工具，能夠降低勘探風(fēng)險和投資。
差距2
擴(kuò)大地?zé)崮芾?/strong>
到目前為止，地?zé)崮艿睦弥饕性谔烊淮嬖诘乃蛘羝鄬σ诐B透的巖石地區(qū)。以目前技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行條件，鉆探范圍在5公里內(nèi)，絕大多數(shù)地?zé)崮芪挥谙鄬Ω稍?、低滲透性的巖石中。儲存在低孔隙度或低滲透性巖石中的熱能量通常被稱為干熱巖資源，與當(dāng)今用于發(fā)電的大多數(shù)熱液體資源僅分布于少數(shù)地區(qū)形成對比，全世界都可以使用干熱巖資源。
干熱巖資源的特征是孔隙空間有限、裂縫較小，對自然開采而言缺少水和滲透性。雖然世界上任何地方都可以找到干熱巖資源，但在自然放射性同位素增加的地區(qū)（例如南澳大利亞）或應(yīng)力狀態(tài)良好的地區(qū)（例如美國西部）資源更接近地表。在溫度梯度較低（7°C / km至15°C / km）和低滲透率的地區(qū)，資源深度將大大增加。
干熱巖資源開采技術(shù)仍處于樣機(jī)階段，需要創(chuàng)新和經(jīng)驗(yàn)才能在商業(yè)上可行。美國和澳大利亞在開展EGS的研究、測試和示范。美國已將大型EGS RD＆D組件納入其最近的清潔能源計劃，作為國家地?zé)嵊媱澋囊徊糠帧Ｄ壳吧袩o法獲得全球干熱巖資源地圖，但是包括美國在內(nèi)的一些國家已經(jīng)開始繪制EGS資源圖。
差距3
地?zé)豳Y源潛力評估
需要探索和評估熱液資源和干熱巖資源潛力。機(jī)載高光譜、熱紅外、磁和電磁傳感器等技術(shù)能否大范圍提供廉價數(shù)據(jù)（TRL 10）仍需驗(yàn)證，其他工具可能包括地面驗(yàn)證、土壤采樣和地球物理調(diào)查（大地電磁、電阻率、重力、地震或熱流測量等）。
（三）海洋能發(fā)電
通過研究不斷創(chuàng)新和學(xué)習(xí)是海洋力量走向成熟的關(guān)鍵。研究應(yīng)集中在關(guān)鍵組件和子系統(tǒng)上，例如簡化安裝程序以降低成本。當(dāng)今，絕大多數(shù)海洋發(fā)電技術(shù)是波浪能或潮汐能。目前處于創(chuàng)新初期的海洋熱能轉(zhuǎn)換（OTEC）、鹽度梯度發(fā)電和洋流發(fā)電等技術(shù)可能會有突破。
差距1
通過先進(jìn)的設(shè)計理念開發(fā)海洋能
海洋熱能轉(zhuǎn)換（OTEC）（TRL 4）是一項從深海吸收熱能并將其轉(zhuǎn)換為電能或商品的技術(shù)。這項技術(shù)要求地表熱水和深水之間的溫度差為20oC，因此僅在世界某些地區(qū)可行，熱帶是實(shí)施這項技術(shù)的最佳區(qū)域。OTEC的主要用途是發(fā)電、海水淡化、制冷制熱，以及支持魚類或其他海洋生物的養(yǎng)殖。
鹽度梯度發(fā)電（TRL 3）由化學(xué)壓力產(chǎn)生能量，該化學(xué)壓力來自淡水和鹽水之間的鹽濃度差異。因此，可應(yīng)用在淡水和鹽水匯合的河口。正在開發(fā)的兩種技術(shù)為壓力緩滲（PRO）和反向電滲析（RED），兩者均處于TRL 3階段。
洋流發(fā)電（TRL 3）從海流中收集能量，其受風(fēng)、水的溫度、鹽度和密度等因素驅(qū)動，可以一直沿同一個方向流動，主要設(shè)計概念是以陣列形式部署的水輪機(jī)。
差距2
降低波浪能發(fā)電成本
波浪能發(fā)電從海浪中捕獲動能和勢能。波浪能轉(zhuǎn)換器（WEC）旨在實(shí)現(xiàn)模塊化并以陣列形式部署，但目前缺乏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計共識。由于波浪資源的多樣性，不同區(qū)域幾乎不太可能使用同一種設(shè)備。
波浪能發(fā)電的研究應(yīng)集中于關(guān)鍵組件和子系統(tǒng)，這些組件應(yīng)在多種條件下分別測試并集成到整個設(shè)備。錨固設(shè)備和傳輸電纜應(yīng)能承受結(jié)構(gòu)和流體運(yùn)動產(chǎn)生的應(yīng)力，并且需要簡化安裝和退役流程以降低成本，甚至可能共享海上風(fēng)電平臺、基礎(chǔ)設(shè)施和出口電纜。
數(shù)字化可以幫助擴(kuò)大示范規(guī)模并擴(kuò)大生產(chǎn)，傳感和控制系統(tǒng)（TRL 9）可以幫助預(yù)測和減輕機(jī)械應(yīng)力，大數(shù)據(jù)分析可輔助渦輪機(jī)系統(tǒng)調(diào)整電氣設(shè)備或發(fā)電機(jī)的負(fù)荷（TRL 8），并進(jìn)行預(yù)測性維護(hù)。
波浪能轉(zhuǎn)換器的動力輸出系統(tǒng)（PTO）（TRL 3）將不規(guī)則的低頻波和浪涌轉(zhuǎn)換為符合電網(wǎng)要求的電能，主要類型包括渦輪機(jī)、液壓系統(tǒng)變速箱和線性發(fā)電機(jī)等。其中的控制系統(tǒng)非常重要，例如葉片的變槳控制系統(tǒng)將提高產(chǎn)量和設(shè)備可靠性。
（四）光伏發(fā)電
光伏發(fā)電創(chuàng)新的重點(diǎn)，在于提高商用光伏系統(tǒng)的性能以及制造電池的流水線技術(shù)。在更高滲透率時，光伏發(fā)電可以創(chuàng)新并網(wǎng)技術(shù)提高對智能電網(wǎng)的貢獻(xiàn)，減輕各種事故對電網(wǎng)影響。數(shù)字技術(shù)可以使光伏系統(tǒng)在微網(wǎng)和離網(wǎng)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)更高的滲透率，還可以促進(jìn)發(fā)展中國家的電力普及。
差距1、加強(qiáng)離網(wǎng)電氣化系統(tǒng)的整合
目前，獲得電力的方法很多，離網(wǎng)、微網(wǎng)和并網(wǎng)的系統(tǒng)設(shè)計都具有可行性。離網(wǎng)的一些技術(shù)（例如獨(dú)立的太陽能家用系統(tǒng)）、微網(wǎng)和節(jié)能設(shè)備正嘗試提供從電網(wǎng)以外獲得電力的途徑，這類去中心化的系統(tǒng)可滿足接入電網(wǎng)成本過于昂貴的邊遠(yuǎn)地區(qū)的電力需求，同時在城市為不可靠的供電系統(tǒng)提供備用。
【技術(shù)解決方案】
迄今為止，太陽能家用系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于新型移動平臺和即用即付（PAYG）融資，與煤油和柴油相比，太陽能家用系統(tǒng)的成本競爭力越來越強(qiáng)。PAYG（TRL 11）幫助消費(fèi)者克服了光伏高昂的前期成本，傳統(tǒng)上，這一直是貧困社區(qū)應(yīng)用的一個重大障礙。移動技術(shù)，例如基于云的計量和軟件平臺（TRL 10）也可以與更大的系統(tǒng)（例如小型電網(wǎng)）配合使用，可為家庭提供額外服務(wù)，并為灌溉等生產(chǎn)用途提供電力。
集成了太陽能產(chǎn)品的高效家用電器正在得到更廣泛的應(yīng)用，通過使用高效電器減少電力需求，可降低系統(tǒng)（如光伏板）的前期成本。
許多離網(wǎng)系統(tǒng)生成大量數(shù)據(jù)，除了用于計費(fèi)和資產(chǎn)監(jiān)控外，利用大數(shù)據(jù)和人工智能分析，可以定制設(shè)備和模塊的擴(kuò)容、優(yōu)化規(guī)劃、改進(jìn)設(shè)備管理和維護(hù)，促進(jìn)更廣泛的商業(yè)服務(wù)供應(yīng)。
差距2
繼續(xù)降低光伏發(fā)電成本
盡管光伏發(fā)電已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了巨大的規(guī)模效應(yīng)，但仍需要提升效率。目前的主流技術(shù)是晶體硅，其中，鋁背場電池技術(shù)（Al-BSF）占據(jù)了大約四分之三的市場，其余四分之一由鈍化發(fā)射極背電池技術(shù)（PERC）主導(dǎo)。全球?qū)Ω咝誓K的強(qiáng)烈需求，推動向PERC和n型HJT和IBC等下一代技術(shù)的轉(zhuǎn)移。
【技術(shù)解決方案】
p型PERC技術(shù)有望達(dá)到24％的效率，這是一個關(guān)鍵的里程碑，需要進(jìn)一步最大程度地發(fā)揮其潛力并完成市場轉(zhuǎn)移，需要改進(jìn)的技術(shù)包括清潔、鈍化接觸、互聯(lián)、嵌入和新的金屬化膏。
在n型電池中，可通過技術(shù)避免光誘導(dǎo)降解（LID，暴露于光后隨時間降解），不易出現(xiàn)缺陷和硅中雜質(zhì)，并且隨著時間的推移通常具有更大的功率輸出。目前，迫切需要找到一種將n型技術(shù)推向市場的方法（TRL 7）。
鈍化接觸技術(shù)有望進(jìn)一步改善，但是產(chǎn)量、均質(zhì)性、金屬漿料接觸等仍面臨挑戰(zhàn)。TOPCon技術(shù)（鈍化觸點(diǎn)的總稱）可作為PERC的后續(xù)技術(shù)，非常具有前景。傳統(tǒng)接觸技術(shù)晶片上的純金屬鍍層損耗很高，而鈍化觸點(diǎn)比其他設(shè)計結(jié)構(gòu)減少了損耗并具有更高的效率。但是鈍化觸點(diǎn)的制造工藝復(fù)雜（需要額外的設(shè)備和步驟、更昂貴的晶圓等），這是傳統(tǒng)光伏行業(yè)的主要障礙。從根本上講，金屬化膏是擴(kuò)大規(guī)模的重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域。
差距3
更智能的逆變器系統(tǒng)和BOS成本降低
高光伏滲透率配電網(wǎng)亟需開發(fā)新方法，實(shí)現(xiàn)和管理光伏系統(tǒng)發(fā)電并網(wǎng)。逆變器及其它功率控制技術(shù)已證明可以作為實(shí)現(xiàn)智能管理的接口，但需要變得更加智能，并為電網(wǎng)提供更大范圍的電壓、無功和其他輔助服務(wù)。此外，總體均衡系統(tǒng)（BOS）成本（包括逆變器）占光伏電站總投資的40％-60％（具體取決于地區(qū)），也應(yīng)成為重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域。
【技術(shù)解決方案】
智能逆變器應(yīng)自動穩(wěn)定屋頂太陽能光伏系統(tǒng)對電網(wǎng)的干擾。在更高的光伏穿透率下，還應(yīng)通過通信設(shè)備與公用部門（電網(wǎng)公司）進(jìn)行實(shí)時交互，增加中、低電壓電網(wǎng)整體狀況的可見性。逐步地，還將越來越需要提供無功功率或爬坡控制等輔助服務(wù)。
目前，尚無用于管理大量光伏電站有功功率的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，下一步需要在ICT和光伏發(fā)電系統(tǒng)的互操作性和標(biāo)準(zhǔn)化方面開展工作。
（五）海上風(fēng)電
海上風(fēng)電領(lǐng)域存在降低成本甚至技術(shù)突破的巨大潛力，特別是在安裝和基礎(chǔ)設(shè)計中需要創(chuàng)新。對于機(jī)組、系統(tǒng)和風(fēng)電場設(shè)計，需要更好地理解海上工況對技術(shù)的要求以及大量風(fēng)電場對管理的要求。風(fēng)機(jī)可能需要改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計，并具有抵御颶風(fēng)、表面覆冰、海浪顛簸等多種因素的能力。交流啟動系統(tǒng)改進(jìn)技術(shù)，將直流輸電應(yīng)用于海上風(fēng)電內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)以及連接岸上主網(wǎng)技術(shù)，都非常有前景。
差距1
海上風(fēng)電場安裝過程的創(chuàng)新
軟性成本和互連成本，在海上風(fēng)電總安裝成本中占據(jù)了相當(dāng)大的份額，它們是實(shí)現(xiàn)SDS成本目標(biāo)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。海上風(fēng)電場還必須高度適應(yīng)更強(qiáng)的風(fēng)場以及近海的氣象條件，特別是要減輕長期暴露在海洋環(huán)境的影響。
【技術(shù)解決方案】
為實(shí)現(xiàn)海上、寒冷和冰凍氣候，熱帶氣旋氣候等特定工況下的優(yōu)化設(shè)計，最大限度地減少組件間載荷，需要開發(fā)新的工具。目前的標(biāo)準(zhǔn)和建模工具都是基于歐洲的海洋和氣象條件，隨著海上風(fēng)電向美國、日本、韓國和新興經(jīng)濟(jì)體的新地區(qū)擴(kuò)展，要求標(biāo)準(zhǔn)和建模工具都必須有所創(chuàng)新。改進(jìn)的建模工具應(yīng)在現(xiàn)場和受控測試設(shè)施中進(jìn)行測量比較。
風(fēng)力渦輪機(jī)的預(yù)調(diào)試技術(shù)已具備市場應(yīng)用條件，短期來看，轉(zhuǎn)子和渦輪機(jī)可在岸上組裝（TRL 10）。從中期來看，集成結(jié)構(gòu)的概念可能帶來更多收益，包括聯(lián)合安裝渦輪機(jī)和基礎(chǔ)（TRL 9）。
【前瞻研究】
除了商業(yè)機(jī)會之外，還有許多概念模擬項目，包括荷蘭ECN公司的遠(yuǎn)海大型風(fēng)電項目。歐洲風(fēng)能技術(shù)平臺和海上風(fēng)能降低成本工作組在加速安裝過程方面都有一些創(chuàng)新想法，例如英國的海上風(fēng)力彈射器（WindCatapult）。
差距2
降低海上風(fēng)電的輸配電成本和風(fēng)險
隨著渦輪機(jī)成本下降，輸配電系統(tǒng)在總安裝成本中所占的比例升高，電力工程的設(shè)計概念有必要進(jìn)行根本改進(jìn)。
【技術(shù)解決方案】
減小風(fēng)電場側(cè)高壓交流設(shè)施的體積是當(dāng)務(wù)之急。深水項目更適合使用高壓直流輸電，需要進(jìn)一步降低電纜損耗并降低成本，例如將電壓升高到400 kV（TRL 9）。低頻輸電可以進(jìn)一步減少損耗，通過陣列互聯(lián)方式簡化電纜布局，但這兩方面推進(jìn)研究很少。
【前瞻研究】
美國國家海上風(fēng)能研發(fā)聯(lián)盟共撥款4100萬美元用于海上風(fēng)電研究，2019年3月首次提出提案，包括降低與海上風(fēng)電輸電和配電相關(guān)的成本和風(fēng)險。丹麥技術(shù)大學(xué)正在開展一個領(lǐng)先的低頻傳輸研究項目。
差距3
通過漂浮式海上風(fēng)電開發(fā)深海資源
最豐富的海上風(fēng)能位于深海，水深超過50 m至60 m時風(fēng)能資源增加顯著。漂浮式基礎(chǔ)具有材料少、安裝和退役簡單、風(fēng)資源更豐富等潛在優(yōu)勢。美國和日本等地區(qū)淺水資源很少。在陸上和近海資源已開發(fā)飽和的地區(qū)，漂浮式基礎(chǔ)對于中深度海上項目也很有吸引力，其中一個原因是漂浮式已趨于標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，同時不需要重型船運(yùn)輸。
【技術(shù)解決方案】
為得到浮動平臺的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，需要開發(fā)能體現(xiàn)重量和浮力以及波浪產(chǎn)生瞬時剪切力的新建模工具。目前的漂浮式包括單點(diǎn)系泊、張力腿平臺和半潛式平臺。
陸上風(fēng)電淘汰的垂直軸渦輪機(jī)可能在海上有第二次機(jī)會。盡管需要更高的高度來覆蓋相同的掃風(fēng)面機(jī)，并且存在一些動力學(xué)結(jié)構(gòu)問題，但其重心較低且零件較少，可能適合海上風(fēng)電。
【前瞻研究】
進(jìn)展中的30MW Hywind樣機(jī)和葡萄牙海岸US/PT原型機(jī)顯示了良好的性能。Vertimed是EDF和Technip領(lǐng)導(dǎo)的20MW歐盟資助項目。美國國家海上風(fēng)能研發(fā)聯(lián)盟第一批投標(biāo)項目包括了新型系泊和錨定漂浮式技術(shù)。其它項目包括日本的第一個漂浮式風(fēng)電場，Glosten張力腿平臺和半潛式概念Principle Power等。
（六）水電
盡管水力發(fā)電是一種成熟的發(fā)電技術(shù)，具有很高的回報率和能源轉(zhuǎn)換效率，但仍需要在許多方面進(jìn)行微小但重要的技術(shù)改進(jìn)。確定和應(yīng)用新的技術(shù)、系統(tǒng)、方法和創(chuàng)新工作（包括來自其他行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)）正在進(jìn)展中，可使水電開發(fā)更加可靠、高效、有價值和安全。盡管收益較小，但仍需要沿著過去的30到50年里的技術(shù)路線持續(xù)改進(jìn)，主要包括物理尺寸、水力效率和環(huán)境性能方面。
差距1
創(chuàng)新的水電設(shè)計
大壩存在很高的社會和環(huán)境成本，可能破壞生態(tài)系統(tǒng)和居住環(huán)境。不需要重新安置居民的替代方案將有助于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
【技術(shù)解決方案】
零水頭或貫流式水輪機(jī)對環(huán)境影響較小，不需要水壩或水頭差，不改變河流路線，也不需要大量的資本投資或大型的土木工程，該技術(shù)在水道較小的地區(qū)且泄水流量為1 m3/s時工況最佳。
受益于研究和投資激增，已出現(xiàn)成功的潮汐能原型機(jī)。這些水下設(shè)備大多是固定或可變槳葉的水平軸渦輪機(jī)，發(fā)電機(jī)直接或液壓驅(qū)動，或采用輪轂安裝定子。
讓大壩繼續(xù)運(yùn)營需要重新獲得許可，因通常會涉及更嚴(yán)格的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，可能會影響水電廠的運(yùn)營，包括限制發(fā)電量、影響靈活性以及收益流?？蓪⒋笮脱b機(jī)與小型水力發(fā)電廠相結(jié)合（例如貫流式水輪機(jī)）增加發(fā)電量。
差距2
降低土建工程的成本和影響
新建水電廠總成本中，土建工程成本可能高達(dá)70％，對社會和環(huán)境的影響可能相當(dāng)大，因此在規(guī)劃、設(shè)計、施工各階段的方法、技術(shù)和材料都有很大改進(jìn)潛力。
【技術(shù)解決方案】
與傳統(tǒng)的混凝土重力壩相比，碾壓混凝土（RCC）大壩使用更多的干燥混凝土，可加快施工速度并降低成本。梯形水泥砂礫（CSG）水壩（例如在日本）使用更多當(dāng)?shù)夭牧?，降低了成本及環(huán)境影響。最新的隧道技術(shù)也降低了成本，特別是對于小型項目。
渦輪機(jī)技術(shù)的某些改進(jìn)旨在減少水力發(fā)電對環(huán)境的影響，例如魚類友好型渦輪機(jī)。充氣渦輪機(jī)利用渦輪機(jī)產(chǎn)生的低壓引起額外氣流，增加了溶解氧的比例，保護(hù)了大壩下方水域環(huán)境。無油渦輪機(jī)使用無油輪轂和軸承，消除機(jī)油泄漏到水中的可能性，并易于維護(hù)、減少摩擦。
為了降低下游魚類通過水輪機(jī)的死亡率而進(jìn)行的廣泛研究大大改善了水輪機(jī)的設(shè)計。近年來，最小間隙流道（MGR）技術(shù)使大型軸流機(jī)組實(shí)現(xiàn)了超過95％的魚類存活率。
【下一個五年的推薦行動】
環(huán)境和能源/資源部門應(yīng)推動政策框架，以涵蓋可持續(xù)和適當(dāng)?shù)乃婍椖康陌l(fā)展，以避免、最小化、減輕或補(bǔ)償任何合法和重要的環(huán)境和社會問題。
工業(yè)界應(yīng)在多級水電站的協(xié)調(diào)運(yùn)行中考慮可持續(xù)性問題。
政府間組織和多邊發(fā)展機(jī)構(gòu)應(yīng)該為幫助發(fā)展中國家實(shí)施可持續(xù)水電開發(fā)的監(jiān)管框架和商業(yè)模式提供能力建設(shè)。
