中國儲能網(wǎng)訊：縱觀全球，能源技術創(chuàng)新進入高度活躍期，以綠色低碳為主要方向，主要能源大國不斷推出能源科技創(chuàng)新的舉措。新一輪能源技術革命正在興起，新的能源科技成果不斷涌現(xiàn)，正在并將持續(xù)改變世界能源格局。本報以歐盟推出的《歐洲戰(zhàn)略能源技術計劃》為例，闡述該計劃發(fā)布的背景、目的和意義，同時從風能、核能、電網(wǎng)等四個方面展現(xiàn)該計劃在歐盟的實施模式，以及相關技術趨勢。
圖1美國能源部Brookhaven國家實驗室的化學家們在開發(fā)燃料電池催化劑。圖片來源：Brookhaven
圖2欣克利角核電項目施工現(xiàn)場。圖片來源：EDF
圖3為配合先進電網(wǎng)技術發(fā)展，2020年，英國將實現(xiàn)智能電表全覆蓋，老舊電表全面退出歷史舞臺。圖為詩人Carol Ann Duffy以即將消失的老電表為主題進行詩歌創(chuàng)作。Mikael Buck攝
圖4丹麥DongEnergy能源集團的莫西海上風電場，裝機達90兆瓦。Christopher Furlong攝
當前，世界主要國家均把能源技術視為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的突破口，制定各種政策措施搶占發(fā)展制高點，增強國家實力和地位。
在碳限制排放時代,技術的掌握將越來越?jīng)Q定減排目標的實現(xiàn),也決定一個地區(qū)未來的經(jīng)濟繁榮和競爭力。一直以來，歐盟致力于引領世界低碳能源技術的發(fā)展，其綠色技術產(chǎn)業(yè)領先全球，也是主要先進能源技術輸出地區(qū)之一。為保持歐盟地區(qū)的能源技術地位，激發(fā)更大潛力，歐盟委員會推出《歐洲戰(zhàn)略能源技術計劃》（SET-Plan)，希望可以加快低碳技術的發(fā)展和部署。
該計劃的目標是創(chuàng)新技術，通過統(tǒng)籌研究、為項目提供資金從而降低技術成本。在歐洲境內，SET-Plan致力于科研和創(chuàng)新，幫助成員國順利轉向低碳能源系統(tǒng)，同時促進各國政府、企業(yè)、研究機構和歐盟之間的合作。SET-Plan包括計劃指導小組、歐洲工業(yè)計劃、歐洲能源研究聯(lián)盟以及SET-Plan信息系統(tǒng)。
市場需要能源創(chuàng)新技術
為加快歐洲能源系統(tǒng)轉型，2015年2月25日，歐盟委員會公布了能源聯(lián)盟的戰(zhàn)略綱領，旨在降低歐盟對進口石油和天然氣的依賴，幫助成員國實現(xiàn)能源多樣化。能源聯(lián)盟將遵循五個原則：確保能源供應安全；建立完全一體化、具有競爭力的內部能源市場；降低能源需求，提高能源效率；加強利用可再生資源；加強研究、創(chuàng)新，以發(fā)展綠色技術。
可以看出，技術創(chuàng)新是這五原則之一，可見歐盟對能源技術創(chuàng)新的重視程度。此外，確保能源供應安全、提高能源效率、加強利用可再生能源等原則也離不開對技術的依賴。對此，歐盟能源和氣候行動專員MiguelAriasCanete說：“我們鼓勵技術創(chuàng)新。我們需要一個技術創(chuàng)新的、高效的可再生能源市場?！?
歐盟認為，目前在潔凈低碳技術方面歐盟并不占優(yōu)勢。在建立能源聯(lián)盟后，通過充分交流、資源共享，不僅可以讓歐盟居民享受更低廉的能源賬單，還會讓歐盟的公司成為可再生能源、低碳技術方面的領頭羊。歐盟對節(jié)能產(chǎn)品、技術需求量很大，目前90%的存量房能源效率低下，94%的交通工具依賴于汽油。
對此，歐盟已經(jīng)出臺了大量激勵措施，希望各成員國中實力雄厚、有競爭力的企業(yè)能夠提供更多的高效節(jié)能產(chǎn)品和技術，同時帶動就業(yè)，創(chuàng)造更多的工作崗位。多種舉措下，預計到2030年，歐盟能源效率至少提高27%。
多機構聯(lián)手打造好環(huán)境
為了實現(xiàn)能源聯(lián)盟目標，為創(chuàng)新技術發(fā)展提供良好的環(huán)境，歐盟在SET-Plan下設立了多個機構，以求全方位、立體化為能源技術研發(fā)保駕護航。其中戰(zhàn)略能源技術督導小組由歐盟成員國的高級代表組成，還包括來自冰島、挪威、瑞士和土耳其的代表。督導小組協(xié)調制定相關計劃并對實施情況進行監(jiān)督，促進國家之間的聯(lián)合行動。
歐洲產(chǎn)業(yè)計劃（EIIs）則負責召集在關鍵技術領域的歐盟成員國、產(chǎn)業(yè)及研究人員，通過集中資金、技術和研究設施促進能源技術市場的發(fā)展。歐洲產(chǎn)業(yè)計劃下設風能、太陽能、電網(wǎng)、碳捕捉與封存、核電、生物質能、智慧城市和社區(qū)、燃料電池和氫能源等八個領域，每個領域都設有專門網(wǎng)站和領導小組。
此外，還有歐洲能源研究聯(lián)盟（EERA）和SET-Plan信息系統(tǒng)。前者負責聯(lián)合科研院所和高校制定新能源技術發(fā)展計劃，并協(xié)調研究工作、共享信息；后者負責評估能源技術政策的影響，審查各種技術方案的成本和效益并評估實施成本，這些信息對歐洲私人企業(yè)、貿(mào)易協(xié)會、金融機構等至關重要。
歐洲風能技術平臺（TPWind）
TPWind是歐洲風力能源領域政策、技術研究、發(fā)展途徑不可或缺的平臺，也為成員國（包括風能方面欠發(fā)達的國家）之間的非正式合作提供機會。風能是歐盟主要的可再生能源技術之一，需要給予其正確的支持。根據(jù)歐洲風能協(xié)會的預測，如果政策足夠到位，到2030年，風能將為歐盟提供34%的電力。
然而，如果政策制定者只考慮短期，這個目標可能不會實現(xiàn)。長期以來，技術方面的戰(zhàn)略行動都是促進風能發(fā)展的根本。TPWind將國家與歐盟政策互補，構建有效的市場，實現(xiàn)戰(zhàn)略協(xié)作，最終促進技術發(fā)展。該組織的目標是實現(xiàn)成本削減，確保風力發(fā)電（無論是陸上風電還是海上風電）的競爭力。
新技術展示
風機中的“變形金剛”
一種可折疊模塊化的風機葉片設計被聯(lián)合科研團隊公布，應用這種設計的風電機組能夠被用于惡劣天氣條件下實現(xiàn)自我保護功能，可以應用于海上的大型風機。
該團隊的設計被稱為“分段超輕變形風輪”，這種葉片按照風向進行安裝，在危險的天氣條件下可以像棕櫚樹葉一樣折疊起來，應用這種設計的葉片能夠在實現(xiàn)最大葉片長度的同時保持輕量化，分段設計可讓葉片在現(xiàn)場進行安裝。
當折疊式葉片達到最大長度時，在海面的強大風力吹動下可以發(fā)出50兆瓦的功率峰值。如果采用傳統(tǒng)配置方案，這樣的長葉片將會出乎意料的沉重，但在全新的分段結構設計下，超長葉片也可以達到超輕的結構質量。此外，新設計擁有應對惡劣天氣的適應性，在遭受大風時能夠順風變形彎曲，在颶風中可以完全收起，將影響因素降至最低。
歐洲電網(wǎng)計劃（EEGI）
EEGI是在戰(zhàn)略能源技術計劃指導下設立的歐洲工業(yè)計劃之一。該計劃提出了為期9年的示范項目，以加速歐洲未來電網(wǎng)的創(chuàng)新發(fā)展。方案更側重于電網(wǎng)系統(tǒng)的創(chuàng)新，而不僅僅是單純的技術創(chuàng)新，解決了在現(xiàn)實工作條件下，整合新技術的挑戰(zhàn)并對結果進行驗證。
EEGI希望在路線圖和實施計劃的基礎上，與歐盟委員會、歐洲電力與燃氣監(jiān)管機構及其他利益相關者密切合作，共同推進示范項目的建設。
EEGI的目標是：增加可再生能源和分布式電源的承載能力；將各國電網(wǎng)整合成為聯(lián)通整個歐洲的、以市場為基礎的大電網(wǎng)；為客戶提供高水平的電力供應；對新發(fā)展作出合理預期，如逐步實現(xiàn)電氣化運輸；讓電網(wǎng)在未來變得更加經(jīng)濟有效，使客戶受益；鼓勵客戶廣泛參與到市場和提高能源效率的活動中來；在智能電網(wǎng)領域，為新的投資者開放市場并提供商業(yè)機會。
技術趨勢分析
儲能技術和智能電網(wǎng)是核心
在歐洲未來電網(wǎng)中，不僅有裝機規(guī)模較大的發(fā)電廠，在可再生能源比重不斷增加的情況下，還會有大量分散的、家庭用太陽能或熱電聯(lián)產(chǎn)裝置。例如，在英國，很多家庭有自己的小鍋爐。在這種電網(wǎng)結構下，促進了儲能和電能質量控制技術的發(fā)展，因此歐洲未來供電結構是分布式發(fā)電和交互式供電。
要想大規(guī)模實現(xiàn)可再生能源供電，儲能技術是電網(wǎng)技術的核心，是解決可再生能源間歇性供電問題的有效方案?，F(xiàn)在主要的儲能技術包括抽水蓄能、壓縮空氣蓄能、電池儲能、超導磁儲能等。全球范圍內，該技術發(fā)展很快，特斯拉主打的家庭用鋰電池Powerwall鉛酸蓄電池點燃了電池儲能的火焰。澳大利亞Redflow公司研發(fā)了更為高效的鋅溴液流電池，不僅可以與家庭太陽能裝備相配套，還可有效緩解電網(wǎng)設施投資矛盾。液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)研究也獲得突破，可不受地域限制，獨立靈活地實現(xiàn)電力存儲與釋放。
在智能電網(wǎng)方面，為滿足歐洲未來供電需求要進行大膽嘗試，具有柔性、易接入、可靠、經(jīng)濟4個方面的特性。對提高電能傳輸能力和減少損耗的需要導致新型網(wǎng)絡技術的興起，如氣體絕緣輸電技術，超導性、高溫運行技術、柔性交流輸電技術等。
歐盟能源聯(lián)盟提出，到2020年，所有成員國均實現(xiàn)裝機發(fā)電互換率（即電網(wǎng)互聯(lián)水平）至少達到10%，這僅僅是最低目標，因此對電網(wǎng)技術的發(fā)展提出了更高要求。
燃料電池和氫能源聯(lián)合機構（FCH-JU）
該機構是一個獨特的公私合作伙伴關系，在歐洲范圍內，支持對燃料電池和氫能源的科學研究、技術開發(fā)和示范項目。目標是加速市場引進這些先進技術，發(fā)揮作用，把相關技術作為實現(xiàn)低碳能源系統(tǒng)的有效工具。
燃料電池是一種高效的轉化技術，氫能源也是一種清潔能源載體，二者具有很大的潛力，有助于對抗二氧化碳的排放，解決歐洲面臨的能源挑戰(zhàn)，減少對碳氫化合物的依賴并促進經(jīng)濟增長及就業(yè)。FCHJU通過聯(lián)合各界，努力將這些好處帶給歐洲。燃料電池和氫能源將配合可再生能源技術應用于電力運輸、促進分布式發(fā)電，幫助歐洲應對風能等發(fā)電方式間歇性的難題。FCHJU成員主要主要由三部分組成：歐盟委員會、HydrogenEurope燃料電池和氫工業(yè)的代表、N.ENERGY研究小組代表。
技術趨勢分析
種類繁多，市場很大
燃料電池(FuelCell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的能量直接轉化為電能的發(fā)電裝置，涉及化學熱力學、電化學、電催化、材料科學、電力系統(tǒng)及自動控制等學科的有關理論，具有發(fā)電效率高、環(huán)境污染少等優(yōu)點。
按燃料處理方式的不同，可分為直接式、間接式和再生式。直接式燃料電池按溫度的不同又可分為低溫、中溫和高溫三種類型。間接式包括重整式燃料電池和生物燃料電池。再生式包括光、電、熱、放射化學燃料電池等。按照電解質類型的不同，可分為堿型、磷酸型、聚合物型、熔融碳酸鹽型、固體電解質型燃料電池。
目前，歐洲燃料電池市場蓬勃發(fā)展，德國是歐洲主要堿性燃料電池進出口貿(mào)易國,2014年德國進口堿性電池金額為2.25億美元,法國進口金額為1.57億美元,英國為1.77億美元。
走在燃料電池研發(fā)前沿的國家是美國。堿性燃料電池（AFC）是第一個燃料電池技術的發(fā)展，最初應用于美國航空航天局的太空計劃，在航天器上生產(chǎn)水和電力。據(jù)物理學家組織網(wǎng)報道，美國科學家開發(fā)出一種直接以生物質為原料的低溫燃料電池。這種燃料電池只需借助太陽能或廢熱就能將稻草、鋸末、藻類甚至有機肥料轉化為電能，能量密度比基于纖維素的微生物燃料電池高出近100倍。
可持續(xù)核能技術平臺（SNETP）
SNETP主要分為三部分：核電二代&三代協(xié)會（NUGENIA）、歐盟可持續(xù)核工業(yè)倡議（ESNII）、核能熱電聯(lián)產(chǎn)工業(yè)倡議（NC2I）。三個機構共同努力做到：維持現(xiàn)今安全的、富有競爭力的核技術；開發(fā)新一代更加可持續(xù)的反應堆技術；發(fā)展新的核電應用設施。
NUGENIA是一個國際性非盈利協(xié)會，致力于研究和發(fā)展核裂變技術，主要關注二代、三代核電站。通過發(fā)起和支持國際研發(fā)項目方案，為社會公眾提供科學和技術基礎。該協(xié)會聯(lián)合來自工業(yè)、研究機構、安全組織和學術界的利益相關者，共同開發(fā)核電領域技術。
ESNII則主要針對當前對第四代快中子反應堆示范技術的需要，結合配套的科研基礎設施、燃料設施展開研發(fā)工作。該機構的主要目標是在2025年之前，設計、許可、建設鈉冷快堆（SFR），該項目稱為ASTRID，同時建設柔性快速譜鐳射裝置，稱為MYRRHA。此外，ALFRED示范項目采用鉛冷快堆（LFR）技術，ALLEGRO示范項目為氣冷快堆（GFR）技術，二者均為核電技術路線圖的一部分。
NC2I的目標是利用核能技術，為節(jié)能低碳社會打造創(chuàng)新的、富有競爭力的熱電聯(lián)產(chǎn)技術。目前，進展較好的項目將在10年內，為數(shù)個能源密集型產(chǎn)業(yè)提供熱電聯(lián)產(chǎn)示范系統(tǒng)。
技術趨勢分析
三代技術將成主流
目前，核電的技術進化趨勢十分明顯。1970~1990年，國際普遍采用二代核電技術，即壓水反應堆和沸水反應堆；經(jīng)過更新改進，三代及三代+技術將持續(xù)應用到2050年，主要為加壓重水反應堆；2070~2090年，氣冷式快堆、鉛冷式快堆、熔鹽反應堆等將成為主流。在國際能源署發(fā)布的《2015核電技術路線圖》中，認為小型模塊化反應堆（SMR）通過微電網(wǎng)或孤立市場有效拓展了能源市場，尤其在部分不適合建設大型核電站的地方。模塊化的設計也有助于解決融資障礙。
截至2014年12月，世界上共有438個可運行的反應堆，裝機約為396吉瓦。大約82%的反應堆是輕水反應堆（LWR），其中又有63%為壓水反應堆（PWR），19%為沸水反應堆（BWR）。世界上11%的加壓重水反應堆（PHWR）在加拿大和印度運營，約3%的氣冷式核反應堆（GCR）全部在英國運營，大部分將在未來十年退休。另外3%的反應堆的俄語縮寫為RBMK，也就是石墨慢化輕水冷卻反應堆（LWGR）；這些反應堆目前只有俄羅斯在運營，在下一個十年結束前很可能就退役。438個反應堆里還有一個是鈉冷式快反應堆（FBR），這是四代核電技術實例之一。
此外，核聚變反應堆技術也在加緊研發(fā)之中，主要應用高溫超導體、環(huán)形腔磁場等技術控制聚變等離子體。目前世界上最大的核聚變項目是ITER（國際高熱原子能反應堆），是一個由30個國家聯(lián)合建立的巨大核聚變反應堆，位于法國南部，僅磁體重量就與一架波音747飛機相當。同時多家私人資本公司也在加速研究小型核聚變裝置，以求產(chǎn)品早日問世。
