中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：縱觀全球，能源技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)入高度活躍期，以綠色低碳為主要方向，主要能源大國(guó)不斷推出能源科技創(chuàng)新的舉措。新一輪能源技術(shù)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(bào)以歐盟推出的《歐洲戰(zhàn)略能源技術(shù)計(jì)劃》為例，闡述該計(jì)劃發(fā)布的背景、目的和意義，同時(shí)從風(fēng)能、核能、電網(wǎng)等四個(gè)方面展現(xiàn)該計(jì)劃在歐盟的實(shí)施模式，以及相關(guān)技術(shù)趨勢(shì)。
圖1美國(guó)能源部Brookhaven國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)家們?cè)陂_(kāi)發(fā)燃料電池催化劑。圖片來(lái)源：Brookhaven
圖2欣克利角核電項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)。圖片來(lái)源：EDF
圖3為配合先進(jìn)電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，2020年，英國(guó)將實(shí)現(xiàn)智能電表全覆蓋，老舊電表全面退出歷史舞臺(tái)。圖為詩(shī)人Carol Ann Duffy以即將消失的老電表為主題進(jìn)行詩(shī)歌創(chuàng)作。Mikael Buck攝
圖4丹麥DongEnergy能源集團(tuán)的莫西海上風(fēng)電場(chǎng)，裝機(jī)達(dá)90兆瓦。Christopher Furlong攝
當(dāng)前，世界主要國(guó)家均把能源技術(shù)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(diǎn)，增強(qiáng)國(guó)家實(shí)力和地位。
在碳限制排放時(shí)代,技術(shù)的掌握將越來(lái)越?jīng)Q定減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),也決定一個(gè)地區(qū)未來(lái)的經(jīng)濟(jì)繁榮和競(jìng)爭(zhēng)力。一直以來(lái)，歐盟致力于引領(lǐng)世界低碳能源技術(shù)的發(fā)展，其綠色技術(shù)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先全球，也是主要先進(jìn)能源技術(shù)輸出地區(qū)之一。為保持歐盟地區(qū)的能源技術(shù)地位，激發(fā)更大潛力，歐盟委員會(huì)推出《歐洲戰(zhàn)略能源技術(shù)計(jì)劃》（SET-Plan)，希望可以加快低碳技術(shù)的發(fā)展和部署。
該計(jì)劃的目標(biāo)是創(chuàng)新技術(shù)，通過(guò)統(tǒng)籌研究、為項(xiàng)目提供資金從而降低技術(shù)成本。在歐洲境內(nèi)，SET-Plan致力于科研和創(chuàng)新，幫助成員國(guó)順利轉(zhuǎn)向低碳能源系統(tǒng)，同時(shí)促進(jìn)各國(guó)政府、企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)和歐盟之間的合作。SET-Plan包括計(jì)劃指導(dǎo)小組、歐洲工業(yè)計(jì)劃、歐洲能源研究聯(lián)盟以及SET-Plan信息系統(tǒng)。
市場(chǎng)需要能源創(chuàng)新技術(shù)
為加快歐洲能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，2015年2月25日，歐盟委員會(huì)公布了能源聯(lián)盟的戰(zhàn)略綱領(lǐng)，旨在降低歐盟對(duì)進(jìn)口石油和天然氣的依賴，幫助成員國(guó)實(shí)現(xiàn)能源多樣化。能源聯(lián)盟將遵循五個(gè)原則：確保能源供應(yīng)安全；建立完全一體化、具有競(jìng)爭(zhēng)力的內(nèi)部能源市場(chǎng)；降低能源需求，提高能源效率；加強(qiáng)利用可再生資源；加強(qiáng)研究、創(chuàng)新，以發(fā)展綠色技術(shù)。
可以看出，技術(shù)創(chuàng)新是這五原則之一，可見(jiàn)歐盟對(duì)能源技術(shù)創(chuàng)新的重視程度。此外，確保能源供應(yīng)安全、提高能源效率、加強(qiáng)利用可再生能源等原則也離不開(kāi)對(duì)技術(shù)的依賴。對(duì)此，歐盟能源和氣候行動(dòng)專員MiguelAriasCanete說(shuō)：“我們鼓勵(lì)技術(shù)創(chuàng)新。我們需要一個(gè)技術(shù)創(chuàng)新的、高效的可再生能源市場(chǎng)。”
歐盟認(rèn)為，目前在潔凈低碳技術(shù)方面歐盟并不占優(yōu)勢(shì)。在建立能源聯(lián)盟后，通過(guò)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(huì)讓歐盟的公司成為可再生能源、低碳技術(shù)方面的領(lǐng)頭羊。歐盟對(duì)節(jié)能產(chǎn)品、技術(shù)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(duì)此，歐盟已經(jīng)出臺(tái)了大量激勵(lì)措施，希望各成員國(guó)中實(shí)力雄厚、有競(jìng)爭(zhēng)力的企業(yè)能夠提供更多的高效節(jié)能產(chǎn)品和技術(shù)，同時(shí)帶動(dòng)就業(yè)，創(chuàng)造更多的工作崗位。多種舉措下，預(yù)計(jì)到2030年，歐盟能源效率至少提高27%。
多機(jī)構(gòu)聯(lián)手打造好環(huán)境
為了實(shí)現(xiàn)能源聯(lián)盟目標(biāo)，為創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展提供良好的環(huán)境，歐盟在SET-Plan下設(shè)立了多個(gè)機(jī)構(gòu)，以求全方位、立體化為能源技術(shù)研發(fā)保駕護(hù)航。其中戰(zhàn)略能源技術(shù)督導(dǎo)小組由歐盟成員國(guó)的高級(jí)代表組成，還包括來(lái)自冰島、挪威、瑞士和土耳其的代表。督導(dǎo)小組協(xié)調(diào)制定相關(guān)計(jì)劃并對(duì)實(shí)施情況進(jìn)行監(jiān)督，促進(jìn)國(guó)家之間的聯(lián)合行動(dòng)。
歐洲產(chǎn)業(yè)計(jì)劃（EIIs）則負(fù)責(zé)召集在關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的歐盟成員國(guó)、產(chǎn)業(yè)及研究人員，通過(guò)集中資金、技術(shù)和研究設(shè)施促進(jìn)能源技術(shù)市場(chǎng)的發(fā)展。歐洲產(chǎn)業(yè)計(jì)劃下設(shè)風(fēng)能、太陽(yáng)能、電網(wǎng)、碳捕捉與封存、核電、生物質(zhì)能、智慧城市和社區(qū)、燃料電池和氫能源等八個(gè)領(lǐng)域，每個(gè)領(lǐng)域都設(shè)有專門(mén)網(wǎng)站和領(lǐng)導(dǎo)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(fù)責(zé)聯(lián)合科研院所和高校制定新能源技術(shù)發(fā)展計(jì)劃，并協(xié)調(diào)研究工作、共享信息；后者負(fù)責(zé)評(píng)估能源技術(shù)政策的影響，審查各種技術(shù)方案的成本和效益并評(píng)估實(shí)施成本，這些信息對(duì)歐洲私人企業(yè)、貿(mào)易協(xié)會(huì)、金融機(jī)構(gòu)等至關(guān)重要。
歐洲風(fēng)能技術(shù)平臺(tái)（TPWind）
TPWind是歐洲風(fēng)力能源領(lǐng)域政策、技術(shù)研究、發(fā)展途徑不可或缺的平臺(tái)，也為成員國(guó)（包括風(fēng)能方面欠發(fā)達(dá)的國(guó)家）之間的非正式合作提供機(jī)會(huì)。風(fēng)能是歐盟主要的可再生能源技術(shù)之一，需要給予其正確的支持。根據(jù)歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)的預(yù)測(cè)，如果政策足夠到位，到2030年，風(fēng)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(gè)目標(biāo)可能不會(huì)實(shí)現(xiàn)。長(zhǎng)期以來(lái)，技術(shù)方面的戰(zhàn)略行動(dòng)都是促進(jìn)風(fēng)能發(fā)展的根本。TPWind將國(guó)家與歐盟政策互補(bǔ)，構(gòu)建有效的市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略協(xié)作，最終促進(jìn)技術(shù)發(fā)展。該組織的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)成本削減，確保風(fēng)力發(fā)電（無(wú)論是陸上風(fēng)電還是海上風(fēng)電）的競(jìng)爭(zhēng)力。
新技術(shù)展示
風(fēng)機(jī)中的“變形金剛”
一種可折疊模塊化的風(fēng)機(jī)葉片設(shè)計(jì)被聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)公布，應(yīng)用這種設(shè)計(jì)的風(fēng)電機(jī)組能夠被用于惡劣天氣條件下實(shí)現(xiàn)自我保護(hù)功能，可以應(yīng)用于海上的大型風(fēng)機(jī)。
該團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)被稱為“分段超輕變形風(fēng)輪”，這種葉片按照風(fēng)向進(jìn)行安裝，在危險(xiǎn)的天氣條件下可以像棕櫚樹(shù)葉一樣折疊起來(lái)，應(yīng)用這種設(shè)計(jì)的葉片能夠在實(shí)現(xiàn)最大葉片長(zhǎng)度的同時(shí)保持輕量化，分段設(shè)計(jì)可讓葉片在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝。
當(dāng)折疊式葉片達(dá)到最大長(zhǎng)度時(shí)，在海面的強(qiáng)大風(fēng)力吹動(dòng)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(zhǎng)葉片將會(huì)出乎意料的沉重，但在全新的分段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)下，超長(zhǎng)葉片也可以達(dá)到超輕的結(jié)構(gòu)質(zhì)量。此外，新設(shè)計(jì)擁有應(yīng)對(duì)惡劣天氣的適應(yīng)性，在遭受大風(fēng)時(shí)能夠順風(fēng)變形彎曲，在颶風(fēng)中可以完全收起，將影響因素降至最低。
歐洲電網(wǎng)計(jì)劃（EEGI）
EEGI是在戰(zhàn)略能源技術(shù)計(jì)劃指導(dǎo)下設(shè)立的歐洲工業(yè)計(jì)劃之一。該計(jì)劃提出了為期9年的示范項(xiàng)目，以加速歐洲未來(lái)電網(wǎng)的創(chuàng)新發(fā)展。方案更側(cè)重于電網(wǎng)系統(tǒng)的創(chuàng)新，而不僅僅是單純的技術(shù)創(chuàng)新，解決了在現(xiàn)實(shí)工作條件下，整合新技術(shù)的挑戰(zhàn)并對(duì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。
EEGI希望在路線圖和實(shí)施計(jì)劃的基礎(chǔ)上，與歐盟委員會(huì)、歐洲電力與燃?xì)獗O(jiān)管機(jī)構(gòu)及其他利益相關(guān)者密切合作，共同推進(jìn)示范項(xiàng)目的建設(shè)。
EEGI的目標(biāo)是：增加可再生能源和分布式電源的承載能力；將各國(guó)電網(wǎng)整合成為聯(lián)通整個(gè)歐洲的、以市場(chǎng)為基礎(chǔ)的大電網(wǎng)；為客戶提供高水平的電力供應(yīng)；對(duì)新發(fā)展作出合理預(yù)期，如逐步實(shí)現(xiàn)電氣化運(yùn)輸；讓電網(wǎng)在未來(lái)變得更加經(jīng)濟(jì)有效，使客戶受益；鼓勵(lì)客戶廣泛參與到市場(chǎng)和提高能源效率的活動(dòng)中來(lái)；在智能電網(wǎng)領(lǐng)域，為新的投資者開(kāi)放市場(chǎng)并提供商業(yè)機(jī)會(huì)。
技術(shù)趨勢(shì)分析
儲(chǔ)能技術(shù)和智能電網(wǎng)是核心
在歐洲未來(lái)電網(wǎng)中，不僅有裝機(jī)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(huì)有大量分散的、家庭用太陽(yáng)能或熱電聯(lián)產(chǎn)裝置。例如，在英國(guó)，很多家庭有自己的小鍋爐。在這種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，促進(jìn)了儲(chǔ)能和電能質(zhì)量控制技術(shù)的發(fā)展，因此歐洲未來(lái)供電結(jié)構(gòu)是分布式發(fā)電和交互式供電。
要想大規(guī)模實(shí)現(xiàn)可再生能源供電，儲(chǔ)能技術(shù)是電網(wǎng)技術(shù)的核心，是解決可再生能源間歇性供電問(wèn)題的有效方案。現(xiàn)在主要的儲(chǔ)能技術(shù)包括抽水蓄能、壓縮空氣蓄能、電池儲(chǔ)能、超導(dǎo)磁儲(chǔ)能等。全球范圍內(nèi)，該技術(shù)發(fā)展很快，特斯拉主打的家庭用鋰電池Powerwall鉛酸蓄電池點(diǎn)燃了電池儲(chǔ)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(yáng)能裝備相配套，還可有效緩解電網(wǎng)設(shè)施投資矛盾。液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)研究也獲得突破，可不受地域限制，獨(dú)立靈活地實(shí)現(xiàn)電力存儲(chǔ)與釋放。
在智能電網(wǎng)方面，為滿足歐洲未來(lái)供電需求要進(jìn)行大膽嘗試，具有柔性、易接入、可靠、經(jīng)濟(jì)4個(gè)方面的特性。對(duì)提高電能傳輸能力和減少損耗的需要導(dǎo)致新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起，如氣體絕緣輸電技術(shù)，超導(dǎo)性、高溫運(yùn)行技術(shù)、柔性交流輸電技術(shù)等。
歐盟能源聯(lián)盟提出，到2020年，所有成員國(guó)均實(shí)現(xiàn)裝機(jī)發(fā)電互換率（即電網(wǎng)互聯(lián)水平）至少達(dá)到10%，這僅僅是最低目標(biāo)，因此對(duì)電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展提出了更高要求。
燃料電池和氫能源聯(lián)合機(jī)構(gòu)（FCH-JU）
該機(jī)構(gòu)是一個(gè)獨(dú)特的公私合作伙伴關(guān)系，在歐洲范圍內(nèi)，支持對(duì)燃料電池和氫能源的科學(xué)研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)和示范項(xiàng)目。目標(biāo)是加速市場(chǎng)引進(jìn)這些先進(jìn)技術(shù)，發(fā)揮作用，把相關(guān)技術(shù)作為實(shí)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(zhuǎn)化技術(shù)，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(duì)抗二氧化碳的排放，解決歐洲面臨的能源挑戰(zhàn)，減少對(duì)碳?xì)浠衔锏囊蕾嚥⒋龠M(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)及就業(yè)。FCHJU通過(guò)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(shù)應(yīng)用于電力運(yùn)輸、促進(jìn)分布式發(fā)電，幫助歐洲應(yīng)對(duì)風(fēng)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(huì)、HydrogenEurope燃料電池和氫工業(yè)的代表、N.ENERGY研究小組代表。
技術(shù)趨勢(shì)分析
種類繁多，市場(chǎng)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(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，涉及化學(xué)熱力學(xué)、電化學(xué)、電催化、材料科學(xué)、電力系統(tǒng)及自動(dòng)控制等學(xué)科的有關(guān)理論，具有發(fā)電效率高、環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)。
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(xué)燃料電池等。按照電解質(zhì)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(zhì)型燃料電池。
目前，歐洲燃料電池市場(chǎng)蓬勃發(fā)展，德國(guó)是歐洲主要堿性燃料電池進(jìn)出口貿(mào)易國(guó),2014年德國(guó)進(jìn)口堿性電池金額為2.25億美元,法國(guó)進(jìn)口金額為1.57億美元,英國(guó)為1.77億美元。
走在燃料電池研發(fā)前沿的國(guó)家是美國(guó)。堿性燃料電池（AFC）是第一個(gè)燃料電池技術(shù)的發(fā)展，最初應(yīng)用于美國(guó)航空航天局的太空計(jì)劃，在航天器上生產(chǎn)水和電力。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)報(bào)道，美國(guó)科學(xué)家開(kāi)發(fā)出一種直接以生物質(zhì)為原料的低溫燃料電池。這種燃料電池只需借助太陽(yáng)能或廢熱就能將稻草、鋸末、藻類甚至有機(jī)肥料轉(zhuǎn)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(shù)平臺(tái)（SNETP）
SNETP主要分為三部分：核電二代&三代協(xié)會(huì)（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(gè)機(jī)構(gòu)共同努力做到：維持現(xiàn)今安全的、富有競(jìng)爭(zhēng)力的核技術(shù)；開(kāi)發(fā)新一代更加可持續(xù)的反應(yīng)堆技術(shù)；發(fā)展新的核電應(yīng)用設(shè)施。
NUGENIA是一個(gè)國(guó)際性非盈利協(xié)會(huì)，致力于研究和發(fā)展核裂變技術(shù)，主要關(guān)注二代、三代核電站。通過(guò)發(fā)起和支持國(guó)際研發(fā)項(xiàng)目方案，為社會(huì)公眾提供科學(xué)和技術(shù)基礎(chǔ)。該協(xié)會(huì)聯(lián)合來(lái)自工業(yè)、研究機(jī)構(gòu)、安全組織和學(xué)術(shù)界的利益相關(guān)者，共同開(kāi)發(fā)核電領(lǐng)域技術(shù)。
ESNII則主要針對(duì)當(dāng)前對(duì)第四代快中子反應(yīng)堆示范技術(shù)的需要，結(jié)合配套的科研基礎(chǔ)設(shè)施、燃料設(shè)施展開(kāi)研發(fā)工作。該機(jī)構(gòu)的主要目標(biāo)是在2025年之前，設(shè)計(jì)、許可、建設(shè)鈉冷快堆（SFR），該項(xiàng)目稱為ASTRID，同時(shí)建設(shè)柔性快速譜鐳射裝置，稱為MYRRHA。此外，ALFRED示范項(xiàng)目采用鉛冷快堆（LFR）技術(shù)，ALLEGRO示范項(xiàng)目為氣冷快堆（GFR）技術(shù)，二者均為核電技術(shù)路線圖的一部分。
NC2I的目標(biāo)是利用核能技術(shù)，為節(jié)能低碳社會(huì)打造創(chuàng)新的、富有競(jìng)爭(zhēng)力的熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)。目前，進(jìn)展較好的項(xiàng)目將在10年內(nèi)，為數(shù)個(gè)能源密集型產(chǎn)業(yè)提供熱電聯(lián)產(chǎn)示范系統(tǒng)。
技術(shù)趨勢(shì)分析
三代技術(shù)將成主流
目前，核電的技術(shù)進(jìn)化趨勢(shì)十分明顯。1970~1990年，國(guó)際普遍采用二代核電技術(shù)，即壓水反應(yīng)堆和沸水反應(yīng)堆；經(jīng)過(guò)更新改進(jìn)，三代及三代+技術(shù)將持續(xù)應(yīng)用到2050年，主要為加壓重水反應(yīng)堆；2070~2090年，氣冷式快堆、鉛冷式快堆、熔鹽反應(yīng)堆等將成為主流。在國(guó)際能源署發(fā)布的《2015核電技術(shù)路線圖》中，認(rèn)為小型模塊化反應(yīng)堆（SMR）通過(guò)微電網(wǎng)或孤立市場(chǎng)有效拓展了能源市場(chǎng)，尤其在部分不適合建設(shè)大型核電站的地方。模塊化的設(shè)計(jì)也有助于解決融資障礙。
截至2014年12月，世界上共有438個(gè)可運(yùn)行的反應(yīng)堆，裝機(jī)約為396吉瓦。大約82%的反應(yīng)堆是輕水反應(yīng)堆（LWR），其中又有63%為壓水反應(yīng)堆（PWR），19%為沸水反應(yīng)堆（BWR）。世界上11%的加壓重水反應(yīng)堆（PHWR）在加拿大和印度運(yùn)營(yíng)，約3%的氣冷式核反應(yīng)堆（GCR）全部在英國(guó)運(yùn)營(yíng)，大部分將在未來(lái)十年退休。另外3%的反應(yīng)堆的俄語(yǔ)縮寫(xiě)為RBMK，也就是石墨慢化輕水冷卻反應(yīng)堆（LWGR）；這些反應(yīng)堆目前只有俄羅斯在運(yùn)營(yíng)，在下一個(gè)十年結(jié)束前很可能就退役。438個(gè)反應(yīng)堆里還有一個(gè)是鈉冷式快反應(yīng)堆（FBR），這是四代核電技術(shù)實(shí)例之一。
此外，核聚變反應(yīng)堆技術(shù)也在加緊研發(fā)之中，主要應(yīng)用高溫超導(dǎo)體、環(huán)形腔磁場(chǎng)等技術(shù)控制聚變等離子體。目前世界上最大的核聚變項(xiàng)目是ITER（國(guó)際高熱原子能反應(yīng)堆），是一個(gè)由30個(gè)國(guó)家聯(lián)合建立的巨大核聚變反應(yīng)堆，位于法國(guó)南部，僅磁體重量就與一架波音747飛機(jī)相當(dāng)。同時(shí)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(wèn)世。
