中國儲能網(wǎng)訊：2024年，全球地緣政治動蕩加劇、世界經(jīng)濟(jì)艱難復(fù)蘇、氣候變化影響擴(kuò)大以及科技革命蓬勃興起等多重因素的疊加，共同推動全球能源格局深刻調(diào)整與變革。本文分析了當(dāng)前國際能源形勢，梳理了主要國家在能源領(lǐng)域的戰(zhàn)略布局和政策動態(tài)，并圍繞關(guān)鍵能源技術(shù)分析總結(jié)了年度重要進(jìn)展和發(fā)展趨勢。
一、國際能源形勢和戰(zhàn)略布局
1、清潔能源轉(zhuǎn)型加速推進(jìn)，大國競爭向清潔技術(shù)和關(guān)鍵礦產(chǎn)市場蔓延
國際能源署（IEA）統(tǒng)計顯示，各國政府對清潔能源的激勵措施達(dá)到了前所未有的水平，2020年以來清潔能源政府直接投資已接近2萬億美元。歐盟加快推動《綠色協(xié)議工業(yè)計劃》清潔能源裝備制造行動，美國《通脹削減法案》和《兩黨基礎(chǔ)設(shè)施法案》將帶來2300億美元的清潔技術(shù)投資。一些國家實施保護(hù)主義措施，沖突、制裁和供應(yīng)鏈中斷事件對能源行業(yè)的影響增加，不斷推高全球能源貿(mào)易壁壘。根據(jù)國際能源署（IEA）統(tǒng)計，自2020年以來，各國推出了近200項影響清潔能源技術(shù)的貿(mào)易措施，多數(shù)為限制性措施，而在之前五年僅有40項。我國清潔能源產(chǎn)能在全球平均占比超過60%，已成為美西方全面圍堵和打壓的首要目標(biāo)，“斷鏈脫鉤”持續(xù)升級并趨向長期化。美國政府在原有301關(guān)稅基礎(chǔ)上對我國180億美元產(chǎn)品加征關(guān)稅，涵蓋眾多新能源技術(shù)。歐盟加強(qiáng)對中國供應(yīng)鏈的圍追堵截，對風(fēng)力渦輪機(jī)、電動汽車征收反補(bǔ)貼稅。銅、鎳、鋰、鈷和稀土元素等關(guān)鍵礦產(chǎn)成為新的競爭焦點，美國、歐盟、加拿大、澳大利亞、德國、韓國均評估列出了存在供應(yīng)中斷風(fēng)險的戰(zhàn)略性原材料清單，實施預(yù)警管控、本土制造、國際合作等多種舉措。特朗普“重返白宮”、歐洲政治“光譜右移”開啟了新的不確定性時代，未來全球能源和氣候治理體系或?qū)⒚媾R嚴(yán)重沖擊。
2、主要國家加快構(gòu)建未來新型能源體系，有組織推進(jìn)科技制高點攻關(guān)
美國著力構(gòu)建國家清潔能源創(chuàng)新生態(tài)體系，組建跨機(jī)構(gòu)凈零變革者倡議工作組評估指導(dǎo)顛覆性、變革性技術(shù)投資，并繼續(xù)推出“商業(yè)擴(kuò)張之路”系列報告，明確下一代地?zé)崮?、?chuàng)新電網(wǎng)、海上風(fēng)能、電氣化等領(lǐng)域的商業(yè)化發(fā)展路徑，部署項目以加速關(guān)鍵清潔能源技術(shù)的大規(guī)模低成本制造。歐盟在“創(chuàng)新基金”框架下投入46億歐元，大力推進(jìn)可再生能源、儲能和能源密集型行業(yè)脫碳等技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用，加強(qiáng)在凈零技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)地位和制造能力。德國目標(biāo)構(gòu)建以可再生能源、氫能和聚變能為主的碳中和能源體系，發(fā)布《電力儲能戰(zhàn)略》以進(jìn)一步加快高比例可再生能源并網(wǎng)，“第八期能源研究計劃”2024年重點資助清潔能源供應(yīng)、能源基礎(chǔ)設(shè)施、能源利用與能效、系統(tǒng)耦合等25個領(lǐng)域。日本公布新的“基本能源計劃”草案，不再沿用此前“盡可能減少對核電的依賴”表述，明確提出將核電和可再生能源視為“脫碳電力來源”，應(yīng)“最大限度地加以利用”，到2040財年，核電占比應(yīng)達(dá)到20%、可再生能源占比40%~50%、燃煤發(fā)電占比降至30%~40%；并啟動了“綠色創(chuàng)新基金”二期項目，資助循環(huán)利用、氨燃料船舶、電動飛機(jī)、氫冶金、浮動式海上風(fēng)電、電力系統(tǒng)靈活性、下一代太陽電池等多項清潔技術(shù)。
3、能源行業(yè)正加速擁抱人工智能，探索AI賦能創(chuàng)新的潛力及可能性
IEA研究認(rèn)為，AI在加速能源創(chuàng)新方面具有巨大潛力，能深刻改變?nèi)蚪?jīng)濟(jì)和能源系統(tǒng)。AI已在能源新材料發(fā)現(xiàn)、燃料合成等方面取得突破，并推動了機(jī)器人和自動化工藝的進(jìn)步，但全面發(fā)揮作用仍面臨數(shù)據(jù)可用性、全流程集成安全性可靠性等重大挑戰(zhàn)。美國發(fā)布系列研究報告分析了AI在能源科學(xué)創(chuàng)新和應(yīng)用中的前景、挑戰(zhàn)和機(jī)遇，并規(guī)劃了構(gòu)建基于AI的能源創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的目標(biāo)和路徑，提出構(gòu)建高質(zhì)量AI數(shù)據(jù)庫、創(chuàng)建下一代高效節(jié)能AI超級計算平臺和算法、開發(fā)安全可靠和可信賴的人工智能模型和系統(tǒng)以及實現(xiàn)人工智能多元應(yīng)用等四項關(guān)鍵行動。AI快速發(fā)展為解決能源領(lǐng)域復(fù)雜系統(tǒng)問題提供了科研新范式。微軟公司與西北太平洋國家實驗室合作，利用Azure Quantum Elements平臺，將從3200多萬種固體電解質(zhì)候選材料遴選出18種最佳材料的過程從20年縮短至不到一周。美國國家可再生能源實驗室利用人工智能模型，通過挖掘集成國家實驗室的大量技術(shù)數(shù)據(jù)和報告為相關(guān)地區(qū)的清潔能源轉(zhuǎn)型快速提供解決方案。
二、關(guān)鍵能源技術(shù)發(fā)展趨勢
1、煤炭加速向清潔高效利用轉(zhuǎn)型，形成燃料和原料并重的發(fā)展格局
（1）超超臨界發(fā)電、清潔燃料混燃、超臨界CO2動力循環(huán)等技術(shù)推進(jìn)清潔高效燃煤發(fā)電發(fā)展，集成儲能、熱電聯(lián)產(chǎn)等技術(shù)助力深度調(diào)峰。大唐鄆城煤電世界首臺630 ℃超超臨界二次再熱燃煤發(fā)電機(jī)組進(jìn)入設(shè)備安裝階段。陜西彬長并網(wǎng)全球參數(shù)最高的660兆瓦超超臨界循環(huán)流化床發(fā)電機(jī)組。日本完成碧南電廠大型商業(yè)燃煤發(fā)電機(jī)組20%混氨示范試驗；并啟動了全球首個混合生物質(zhì)的整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電示范項目。國家能源集團(tuán)實施全球最大（600兆瓦）摻氨燃燒燃煤機(jī)組混燃試驗。美國能源部10兆瓦“超臨界變革性發(fā)電”試點項目完成第一階段測試。國家能源集團(tuán)全球最大煤電機(jī)組耦合熔鹽儲能項目即將進(jìn)入分系統(tǒng)調(diào)試階段。華能集團(tuán)投運我國首個熔鹽儲熱耦合百萬千瓦機(jī)組示范項目。
（2）煤基高值材料成為研究焦點，煤制油/氣/化學(xué)品新工藝及規(guī)模不斷突破。美國國家能源技術(shù)實驗室與臺積電合作開發(fā)基于煤焦的原子級超薄二維碳材料。美國橡樹嶺國家實驗室開發(fā)出煤轉(zhuǎn)化為石墨的電化學(xué)新工藝。國家能源集團(tuán)煤基鋰離子電池石墨負(fù)極材料成套技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平。山東能源集團(tuán)和華東理工大學(xué)開發(fā)世界首臺套3000噸級多噴嘴對置式粉煤加壓氣化爐，填補(bǔ)我國劣質(zhì)原料煤氣化領(lǐng)域技術(shù)空白。新奧集團(tuán)世界首創(chuàng)煤加氫氣化聯(lián)產(chǎn)芳烴和甲烷技術(shù)完成一體化氣化爐試車。國家能源集團(tuán)高效高活性純相碳化鐵催化劑將合成氣直接制線性α-烯烴產(chǎn)率提升至現(xiàn)有技術(shù)100倍以上。中國化學(xué)工程集團(tuán)投產(chǎn)全球最大煤制乙醇項目。
2、新一代可再生能源技術(shù)逐步實現(xiàn)高效低成本轉(zhuǎn)化利用，退役裝備器件高質(zhì)循環(huán)利用受到關(guān)注
（1）新型高效太陽電池轉(zhuǎn)換效率不斷突破、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加速，材料回收利用成為可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。中國隆基綠能、美國西北大學(xué)、新加坡國立大學(xué)、日本東京大學(xué)分別創(chuàng)造鈣鈦礦/晶硅疊層電池（34.6%）、倒置鈣鈦礦太陽電池（26.15%）、超寬帶隙鈣鈦礦三結(jié)太陽電池（27.62%）、可拉伸有機(jī)太陽電池（14.2%）效率紀(jì)錄。武漢大學(xué)開發(fā)熔鹽刻蝕法直接從報廢光伏板中回收硅和銀，實現(xiàn)了退役光伏組件金屬資源的清潔回收。
（2）風(fēng)電聚焦低成本、高性能、大容量機(jī)組開發(fā)，攻克新型葉片材料及全生命周期回收利用等關(guān)鍵問題。洛陽軸研科技世界首臺25兆瓦風(fēng)電主軸軸承及齒輪箱軸承、東方電氣集團(tuán)全球最大26兆瓦級海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、三一重能全球最長陸上風(fēng)電葉片成功下線。東方電氣全球首臺18兆瓦半直驅(qū)海上風(fēng)電機(jī)組吊裝成功。明陽集團(tuán)全球單體容量最大（16.6兆瓦）漂浮式風(fēng)電平臺投運。上海電氣推出全球最大（16兆瓦）柔性低頻海上風(fēng)電機(jī)組。美國國家可再生能源實驗室利用生物基纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制造可回收葉片。
（3）生物基功能材料及高值化學(xué)品成為重點前沿方向。加拿大哥倫比亞大學(xué)新型“液下生物制造”工藝實現(xiàn)多種納米纖維素結(jié)構(gòu)的一步合成。荷蘭格羅寧根大學(xué)和奧地利格拉茨大學(xué)制備出可重復(fù)使用的玻璃纖維和植物纖維復(fù)合材料。上海交通大學(xué)和加拿大麥吉爾大學(xué)合作開發(fā)鐵-錳非雙重助催化劑，實現(xiàn)木質(zhì)素高效制備合成氣。
3、第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)和可控核聚變研究迎來新一輪加速發(fā)展期
（1）核能強(qiáng)國加速開發(fā)下一代新型反應(yīng)堆，新型核燃料及循環(huán)技術(shù)取得突破進(jìn)展，小型模塊堆商業(yè)化進(jìn)程加速。美國Kairos Power公司開建第四代熔鹽示范堆。美國、英國積極推動建立高豐度低濃鈾供應(yīng)鏈。英國投入1.96億英鎊建造高豐度低濃鈾生產(chǎn)設(shè)施。美國西屋電氣生產(chǎn)出首批ADOPT燃料芯塊。法國、美國、加拿大均啟動小型模塊堆資助項目。
（2）主要國家積極推進(jìn)聚變技術(shù)突破以加速商業(yè)化進(jìn)程。美國能源部發(fā)布《2024年聚變能戰(zhàn)略》以加速聚變能商業(yè)應(yīng)用。德國計劃設(shè)立高能量密度研究所支持慣性聚變能研究。美國國家點火裝置多次復(fù)現(xiàn)正增益慣性約束聚變點火，并產(chǎn)生創(chuàng)紀(jì)錄的5.2兆焦能量輸出。美國聯(lián)邦聚變系統(tǒng)公司將建造全球首座電網(wǎng)規(guī)模商業(yè)聚變能發(fā)電廠。我國新一代人造太陽“中國環(huán)流三號”國際首次發(fā)現(xiàn)并實現(xiàn)了一種特殊的先進(jìn)磁場結(jié)構(gòu)，首次投用數(shù)字孿生系統(tǒng)。能量奇點公司全球首臺全高溫超導(dǎo)托卡馬克裝置“洪荒70”實現(xiàn)等離子體放電。
4、多項規(guī)?；瘍δ芗夹g(shù)開展產(chǎn)業(yè)化示范，新型高效電化學(xué)儲能技術(shù)取得重要進(jìn)展
（1）先進(jìn)高效率、大規(guī)模長時儲能技術(shù)突破推進(jìn)產(chǎn)業(yè)示范。中國科學(xué)院工程熱物理所國際首臺300兆瓦/1800兆瓦時先進(jìn)壓縮空氣儲能國家示范電站實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。清華大學(xué)技術(shù)支撐的的350兆瓦非補(bǔ)燃式壓縮空氣儲能電站開工建設(shè)。中國科學(xué)院大連化物所技術(shù)支撐的全球首套百兆瓦級液流電池儲能調(diào)峰電站開展了首次新型儲能啟動城市電網(wǎng)大容量火電機(jī)組試驗；技術(shù)支持的我國嚴(yán)寒地區(qū)首套百兆瓦級全釩液流電池共享儲能電站正式投產(chǎn)。由中科海納提供鈉離子電芯的首個百兆瓦時級鈉離子儲能項目投產(chǎn)。中國科學(xué)院物理研究所技術(shù)支撐的全球首套100兆瓦/200兆瓦時原位聚合固態(tài)電池電網(wǎng)側(cè)大規(guī)模儲能電站項目并網(wǎng)投運。中國天楹完成全球首個26兆瓦級重力儲能項目測試。
（2）全固態(tài)電池、鈉金屬電池、水系液流電池等新型電化學(xué)儲能技術(shù)不斷突破。中國科學(xué)院大連化物所開發(fā)基于脫嵌-轉(zhuǎn)化耦合反應(yīng)機(jī)制的新型鹵化物正極材料，組裝的全固態(tài)鋰電池可實現(xiàn)3電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，能量密度高達(dá)912瓦時/千克。美國加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校開發(fā)出全球首款無負(fù)極全固態(tài)鈉電池，容量高達(dá)7毫安時/平方厘米，400次循環(huán)后平均庫倫效率為99.6%。中國科學(xué)院大連化物所開發(fā)出基于碘元素的多電子轉(zhuǎn)移高能量密度水系液流電池，在全電池測試中正極側(cè)能量密度超過1200瓦時/升。美國哈佛大學(xué)提出了一種溫和的pH解偶水性氧化還原液流電池設(shè)計方法，在1.23伏高壓下峰值功率密度實現(xiàn)140 毫瓦/平方厘米。英國帝國理工學(xué)院開發(fā)出用于水系液流電池的新型高選擇性離子交換膜，穩(wěn)定性提升至全氟磺酸膜的100倍。
5、綠氫技術(shù)突破并擴(kuò)大應(yīng)用，推進(jìn)終端能源消費零碳化
（1）電解水制氫持續(xù)開發(fā)新型高性能低成本電極、隔膜和催化劑，海水直接制氫邁向工業(yè)化，天然氫成為新熱點。西班牙巴塞羅那光子科學(xué)研究所等機(jī)構(gòu)首次在工業(yè)條件下實現(xiàn)質(zhì)子交換膜電解槽不使用銥的穩(wěn)定電解。丹麥Dynelectro公司將固體氧化物燃料電池壽命從2年延長至10年，正向1兆瓦模塊化裝置放大。德國柏林工業(yè)大學(xué)開發(fā)出無銥催化劑高性能陰離子交換膜電解槽，在低于2.2伏特電位下電流密度超過5安/平方厘米。中海油成功試運行全球首臺套兆瓦級電解海水制氫裝置。美國地質(zhì)調(diào)查局最新模型預(yù)測發(fā)現(xiàn)全球天然氫資源量高達(dá)5.6萬億噸。Science報道在阿爾巴尼亞發(fā)現(xiàn)迄今記錄最大氫氣產(chǎn)率，計算年均氫氣排放量高達(dá)200噸以上。
（2）大型低溫液態(tài)儲氫取得進(jìn)展，地質(zhì)儲氫實現(xiàn)示范驗證，基于新材料的中低溫儲氫技術(shù)多路徑突破。韓國建成全球最大（3萬噸/年）液氫工廠。日本三菱重工完成90兆帕超高壓液氫增壓泵1200小時耐久性測試。日本能源企業(yè)ENEOS利用甲基環(huán)己烷脫氫工藝開發(fā)世界首個商業(yè)規(guī)模液態(tài)有機(jī)氫載體項目。香港大學(xué)和美國西北大學(xué)合作開發(fā)超分子晶體儲氫材料，性能達(dá)到美國能源部商用車載儲氫系統(tǒng)目標(biāo)。日本德山化工實現(xiàn)下一代氫載體氫化鎂大規(guī)模量產(chǎn)，華鎂時代全球首條百噸級鎂基固態(tài)儲氫材料生產(chǎn)線試車成功。
（3）材料改進(jìn)助力質(zhì)子交換膜燃料電池性能提升，中低溫質(zhì)子陶瓷燃料電池、陰離子交換膜燃料電池等下一代技術(shù)研發(fā)持續(xù)突破。韓國科學(xué)技術(shù)研究院開發(fā)新型膜材料將質(zhì)子交換膜燃料電池運行溫度提升至250 ℃。韓國大邱慶北科學(xué)技術(shù)院鉑鈷合金催化劑耐久性超過美國能源部目標(biāo)。韓國科學(xué)技術(shù)研究院通過電解質(zhì)低溫?zé)Y(jié)工藝使質(zhì)子陶瓷燃料電池在600 ℃運行時功率密度比現(xiàn)有技術(shù)翻一番。
（4）氫能應(yīng)用正從交通向工業(yè)、發(fā)電及綜合系統(tǒng)等多場景拓展。美國康明斯重型燃料電池卡車創(chuàng)造續(xù)航里程超過2900公里的世界記錄，浙江省天目山實驗室全球首款百公里級氫動力長航程無人機(jī)成功首飛。歐盟批準(zhǔn)瑞典國家援助措施，公私部門共同投入60億歐元支持瑞典綠色鋼鐵公司（H2GS）建設(shè)大型綠氫煉鋼工廠。美國布魯姆能源公司推出效率高達(dá)90%的燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)。韓國韓華公司實現(xiàn)80兆瓦中大型燃?xì)廨啓C(jī)純氫運行。日本三菱動力全球首個燃?xì)浒l(fā)電全價值鏈?zhǔn)痉秷@區(qū)開始測試制氫模塊。
6、新型電力系統(tǒng)建設(shè)加速推進(jìn)，能源系統(tǒng)數(shù)智化成為關(guān)注焦點
（1）柔性直流輸電進(jìn)入規(guī)?；瘧?yīng)用階段，超導(dǎo)輸電再獲突破，構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)應(yīng)用不斷拓展，交直流混聯(lián)電網(wǎng)逐漸深化應(yīng)用。國家電網(wǎng)開工建設(shè)世界首條柔性特高壓直流工程。美國初創(chuàng)公司VEIR新型超導(dǎo)輸電線路輸送功率是傳統(tǒng)線路10倍。我國投運首條高溫超導(dǎo)低壓直流電纜，開建首個高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)示范工程。中國電建設(shè)計的世界最先進(jìn)、海拔最高電網(wǎng)側(cè)帶超容構(gòu)網(wǎng)型靜止同步調(diào)相機(jī)（SVG）并網(wǎng)投運。
（2）分布式能源成為新型能源體系的重要組成，電力多元轉(zhuǎn)換（Power-to-X）是多能融合的關(guān)鍵技術(shù)。谷歌、微軟等公司正尋求利用分布式可再生能源、氫能、小型模塊化反應(yīng)堆為大型數(shù)據(jù)中心供電。日本開發(fā)出全球效率最高的離網(wǎng)余熱發(fā)電系統(tǒng)。我國投運首個近零碳港口微電網(wǎng)。意大利正建設(shè)集成海上風(fēng)電、光伏、儲能和制氫的Power-to-X系統(tǒng)。
（3）虛擬電廠走向市場增長拐點，車聯(lián)網(wǎng)（V2G）應(yīng)用逐漸落地。谷歌公司與初創(chuàng)科技公司OhmConnect合作推出住宅虛擬電廠服務(wù)，Sunrun公司建成美國最大虛擬電廠CalRead。美國馬里蘭州已通過V2G立法，特斯拉、寶馬、大眾、雷諾、豐田和比亞迪等國內(nèi)外車企均在開發(fā)電動汽車V2G技術(shù)。國家電網(wǎng)啟用全國首個電動重卡型虛擬電廠，調(diào)動超10萬輛次電動重卡參與電網(wǎng)峰谷調(diào)節(jié)。
（4）數(shù)智化助力可靠供能和清潔能源消納，“透明電網(wǎng)”成為新型電力系統(tǒng)建設(shè)的有力支撐。德國西門子公司為荷蘭電網(wǎng)開發(fā)數(shù)字孿生，將電網(wǎng)利用率提升10%~30%。我國南方電網(wǎng)開發(fā)出國內(nèi)首個自主可控的電力大模型“大瓦特”，實現(xiàn)人工替代率80%。國家電網(wǎng)發(fā)布國內(nèi)首個千億級多模態(tài)電力大模型——光明電力大模型。中國電力科學(xué)研究院應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)將在線分析與決策時間從分鐘級縮短至秒級。
