中國儲能網(wǎng)訊：2024年，全球地緣政治動蕩加劇、世界經濟艱難復蘇、氣候變化影響擴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整與變革。本文分析了當前國際能源形勢，梳理了主要國家在能源領域的戰(zhàn)略布局和政策動態(tài)，并圍繞關鍵能源技術分析總結了年度重要進展和發(fā)展趨勢。
一、國際能源形勢和戰(zhàn)略布局
1、清潔能源轉型加速推進，大國競爭向清潔技術和關鍵礦產市場蔓延
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《兩黨基礎設施法案》將帶來2300億美元的清潔技術投資。一些國家實施保護主義措施，沖突、制裁和供應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的貿易措施，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，“斷鏈脫鉤”持續(xù)升級并趨向長期化。美國政府在原有301關稅基礎上對我國180億美元產品加征關稅，涵蓋眾多新能源技術。歐盟加強對中國供應鏈的圍追堵截，對風力渦輪機、電動汽車征收反補貼稅。銅、鎳、鋰、鈷和稀土元素等關鍵礦產成為新的競爭焦點，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中斷風險的戰(zhàn)略性原材料清單，實施預警管控、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將面臨嚴重沖擊。
2、主要國家加快構建未來新型能源體系，有組織推進科技制高點攻關
美國著力構建國家清潔能源創(chuàng)新生態(tài)體系，組建跨機構凈零變革者倡議工作組評估指導顛覆性、變革性技術投資，并繼續(xù)推出“商業(yè)擴張之路”系列報告，明確下一代地熱能、創(chuàng)新電網(wǎng)、海上風能、電氣化等領域的商業(yè)化發(fā)展路徑，部署項目以加速關鍵清潔能源技術的大規(guī)模低成本制造。歐盟在“創(chuàng)新基金”框架下投入46億歐元，大力推進可再生能源、儲能和能源密集型行業(yè)脫碳等技術創(chuàng)新和應用，加強在凈零技術的領導地位和制造能力。德國目標構建以可再生能源、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、能源基礎設施、能源利用與能效、系統(tǒng)耦合等25個領域。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“最大限度地加以利用”，到2040財年，核電占比應達到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、氫冶金、浮動式海上風電、電力系統(tǒng)靈活性、下一代太陽電池等多項清潔技術。
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研究認為，AI在加速能源創(chuàng)新方面具有巨大潛力，能深刻改變全球經濟和能源系統(tǒng)。AI已在能源新材料發(fā)現(xiàn)、燃料合成等方面取得突破，并推動了機器人和自動化工藝的進步，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在能源科學創(chuàng)新和應用中的前景、挑戰(zhàn)和機遇，并規(guī)劃了構建基于AI的能源創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的目標和路徑，提出構建高質量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)人工智能多元應用等四項關鍵行動。AI快速發(fā)展為解決能源領域復雜系統(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數(shù)據(jù)和報告為相關地區(qū)的清潔能源轉型快速提供解決方案。
二、關鍵能源技術發(fā)展趨勢
1、煤炭加速向清潔高效利用轉型，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)等技術推進清潔高效燃煤發(fā)電發(fā)展，集成儲能、熱電聯(lián)產等技術助力深度調峰。大唐鄆城煤電世界首臺630 ℃超超臨界二次再熱燃煤發(fā)電機組進入設備安裝階段。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)電機組。日本完成碧南電廠大型商業(yè)燃煤發(fā)電機組20%混氨示范試驗；并啟動了全球首個混合生物質的整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電示范項目。國家能源集團實施全球最大（600兆瓦）摻氨燃燒燃煤機組混燃試驗。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。國家能源集團全球最大煤電機組耦合熔鹽儲能項目即將進入分系統(tǒng)調試階段。華能集團投運我國首個熔鹽儲熱耦合百萬千瓦機組示范項目。
（2）煤基高值材料成為研究焦點，煤制油/氣/化學品新工藝及規(guī)模不斷突破。美國國家能源技術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)出煤轉化為石墨的電化學新工藝。國家能源集團煤基鋰離子電池石墨負極材料成套技術達到國際先進水平。山東能源集團和華東理工大學開發(fā)世界首臺套3000噸級多噴嘴對置式粉煤加壓氣化爐，填補我國劣質原料煤氣化領域技術空白。新奧集團世界首創(chuàng)煤加氫氣化聯(lián)產芳烴和甲烷技術完成一體化氣化爐試車。國家能源集團高效高活性純相碳化鐵催化劑將合成氣直接制線性α-烯烴產率提升至現(xiàn)有技術100倍以上。中國化學工程集團投產全球最大煤制乙醇項目。
2、新一代可再生能源技術逐步實現(xiàn)高效低成本轉化利用，退役裝備器件高質循環(huán)利用受到關注
（1）新型高效太陽電池轉換效率不斷突破、產業(yè)化進程加速，材料回收利用成為可持續(xù)發(fā)展的關鍵。中國隆基綠能、美國西北大學、新加坡國立大學、日本東京大學分別創(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太陽電池（27.62%）、可拉伸有機太陽電池（14.2%）效率紀錄。武漢大學開發(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）風電聚焦低成本、高性能、大容量機組開發(fā)，攻克新型葉片材料及全生命周期回收利用等關鍵問題。洛陽軸研科技世界首臺25兆瓦風電主軸軸承及齒輪箱軸承、東方電氣集團全球最大26兆瓦級海上風力發(fā)電機組、三一重能全球最長陸上風電葉片成功下線。東方電氣全球首臺18兆瓦半直驅海上風電機組吊裝成功。明陽集團全球單體容量最大（16.6兆瓦）漂浮式風電平臺投運。上海電氣推出全球最大（16兆瓦）柔性低頻海上風電機組。美國國家可再生能源實驗室利用生物基纖維增強復合材料制造可回收葉片。
（3）生物基功能材料及高值化學品成為重點前沿方向。加拿大哥倫比亞大學新型“液下生物制造”工藝實現(xiàn)多種納米纖維素結構的一步合成。荷蘭格羅寧根大學和奧地利格拉茨大學制備出可重復使用的玻璃纖維和植物纖維復合材料。上海交通大學和加拿大麥吉爾大學合作開發(fā)鐵-錳非雙重助催化劑，實現(xiàn)木質素高效制備合成氣。
3、第四代先進核能系統(tǒng)和可控核聚變研究迎來新一輪加速發(fā)展期
（1）核能強國加速開發(fā)下一代新型反應堆，新型核燃料及循環(huán)技術取得突破進展，小型模塊堆商業(yè)化進程加速。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鏈。英國投入1.96億英鎊建造高豐度低濃鈾生產設施。美國西屋電氣生產出首批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）主要國家積極推進聚變技術突破以加速商業(yè)化進程。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)應用。德國計劃設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現(xiàn)正增益慣性約束聚變點火，并產生創(chuàng)紀錄的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)了一種特殊的先進磁場結構，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開展產業(yè)化示范，新型高效電化學儲能技術取得重要進展
（1）先進高效率、大規(guī)模長時儲能技術突破推進產業(yè)示范。中國科學院工程熱物理所國際首臺300兆瓦/1800兆瓦時先進壓縮空氣儲能國家示范電站實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。清華大學技術支撐的的350兆瓦非補燃式壓縮空氣儲能電站開工建設。中國科學院大連化物所技術支撐的全球首套百兆瓦級液流電池儲能調峰電站開展了首次新型儲能啟動城市電網(wǎng)大容量火電機組試驗；技術支持的我國嚴寒地區(qū)首套百兆瓦級全釩液流電池共享儲能電站正式投產。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。中國科學院物理研究所技術支撐的全球首套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儲能技術不斷突破。中國科學院大連化物所開發(fā)基于脫嵌-轉化耦合反應機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電子轉移反應，能量密度高達912瓦時/千克。美國加利福尼亞大學圣地亞哥分校開發(fā)出全球首款無負極全固態(tài)鈉電池，容量高達7毫安時/平方厘米，400次循環(huán)后平均庫倫效率為99.6%。中國科學院大連化物所開發(fā)出基于碘元素的多電子轉移高能量密度水系液流電池，在全電池測試中正極側能量密度超過1200瓦時/升。美國哈佛大學提出了一種溫和的pH解偶水性氧化還原液流電池設計方法，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、綠氫技術突破并擴大應用，推進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研究所等機構首次在工業(yè)條件下實現(xiàn)質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。美國地質調查局最新模型預測發(fā)現(xiàn)全球天然氫資源量高達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率，計算年均氫氣排放量高達200噸以上。
（2）大型低溫液態(tài)儲氫取得進展，地質儲氫實現(xiàn)示范驗證，基于新材料的中低溫儲氫技術多路徑突破。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)有機氫載體項目。香港大學和美國西北大學合作開發(fā)超分子晶體儲氫材料，性能達到美國能源部商用車載儲氫系統(tǒng)目標。日本德山化工實現(xiàn)下一代氫載體氫化鎂大規(guī)模量產，華鎂時代全球首條百噸級鎂基固態(tài)儲氫材料生產線試車成功。
（3）材料改進助力質子交換膜燃料電池性能提升，中低溫質子陶瓷燃料電池、陰離子交換膜燃料電池等下一代技術研發(fā)持續(xù)突破。韓國科學技術研究院開發(fā)新型膜材料將質子交換膜燃料電池運行溫度提升至250 ℃。韓國大邱慶北科學技術院鉑鈷合金催化劑耐久性超過美國能源部目標。韓國科學技術研究院通過電解質低溫燒結工藝使質子陶瓷燃料電池在600 ℃運行時功率密度比現(xiàn)有技術翻一番。
（4）氫能應用正從交通向工業(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成功首飛。歐盟批準瑞典國家援助措施，公私部門共同投入60億歐元支持瑞典綠色鋼鐵公司（H2GS）建設大型綠氫煉鋼工廠。美國布魯姆能源公司推出效率高達90%的燃料電池熱電聯(lián)產系統(tǒng)。韓國韓華公司實現(xiàn)80兆瓦中大型燃氣輪機純氫運行。日本三菱動力全球首個燃氫發(fā)電全價值鏈示范園區(qū)開始測試制氫模塊。
6、新型電力系統(tǒng)建設加速推進，能源系統(tǒng)數(shù)智化成為關注焦點
（1）柔性直流輸電進入規(guī)?；瘧秒A段，超導輸電再獲突破，構網(wǎng)型技術應用不斷拓展，交直流混聯(lián)電網(wǎng)逐漸深化應用。國家電網(wǎng)開工建設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。中國電建設計的世界最先進、海拔最高電網(wǎng)側帶超容構網(wǎng)型靜止同步調相機（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，電力多元轉換（Power-to-X）是多能融合的關鍵技術。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)。意大利正建設集成海上風電、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，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外車企均在開發(fā)電動汽車V2G技術。國家電網(wǎng)啟用全國首個電動重卡型虛擬電廠，調動超10萬輛次電動重卡參與電網(wǎng)峰谷調節(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。中國電力科學研究院應用大數(shù)據(jù)技術將在線分析與決策時間從分鐘級縮短至秒級。
