中國儲能網(wǎng)訊：縱觀全球，能源技術(shù)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(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。本報以歐盟推出的《歐洲戰(zhàn)略能源技術(shù)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(guān)技術(shù)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(shù)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(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，增強國家實力和地位。
在碳限制排放時代,技術(shù)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(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，歐盟委員會推出《歐洲戰(zhàn)略能源技術(shù)計劃》（SET-Plan)，希望可以加快低碳技術(shù)的發(fā)展和部署。
該計劃的目標是創(chuàng)新技術(shù)，通過統(tǒng)籌研究、為項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，幫助成員國順利轉(zhuǎn)向低碳能源系統(tǒng)，同時促進各國政府、企業(yè)、研究機構(gòu)和歐盟之間的合作。SET-Plan包括計劃指導(dǎo)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(shù)
為加快歐洲能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，2015年2月25日，歐盟委員會公布了能源聯(lián)盟的戰(zhàn)略綱領(lǐng)，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(yīng)安全；建立完全一體化、具有競爭力的內(nèi)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(shù)。
可以看出，技術(shù)創(chuàng)新是這五原則之一，可見歐盟對能源技術(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、加強利用可再生能源等原則也離不開對技術(shù)的依賴。對此，歐盟能源和氣候行動專員MiguelAriasCanete說：“我們鼓勵技術(shù)創(chuàng)新。我們需要一個技術(shù)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(shù)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(shù)方面的領(lǐng)頭羊。歐盟對節(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(shù)，同時帶動就業(yè)，創(chuàng)造更多的工作崗位。多種舉措下，預(yù)計到2030年，歐盟能源效率至少提高27%。
多機構(gòu)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(shù)發(fā)展提供良好的環(huán)境，歐盟在SET-Plan下設(shè)立了多個機構(gòu)，以求全方位、立體化為能源技術(shù)研發(fā)保駕護航。其中戰(zhàn)略能源技術(shù)督導(dǎo)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(dǎo)小組協(xié)調(diào)制定相關(guān)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(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的歐盟成員國、產(chǎn)業(yè)及研究人員，通過集中資金、技術(shù)和研究設(shè)施促進能源技術(shù)市場的發(fā)展。歐洲產(chǎn)業(yè)計劃下設(shè)風能、太陽能、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領(lǐng)域，每個領(lǐng)域都設(shè)有專門網(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)。前者負責聯(lián)合科研院所和高校制定新能源技術(shù)發(fā)展計劃，并協(xié)調(diào)研究工作、共享信息；后者負責評估能源技術(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(gòu)等至關(guān)重要。
歐洲風能技術(shù)平臺（TPWind）
TPWind是歐洲風力能源領(lǐng)域政策、技術(shù)研究、發(fā)展途徑不可或缺的平臺，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(shù)之一，需要給予其正確的支持。根據(jù)歐洲風能協(xié)會的預(yù)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(shù)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(gòu)建有效的市場，實現(xiàn)戰(zhàn)略協(xié)作，最終促進技術(shù)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(shù)展示
風機中的“變形金剛”
一種可折疊模塊化的風機葉片設(shè)計被聯(lián)合科研團隊公布，應(yīng)用這種設(shè)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(yīng)用于海上的大型風機。
該團隊的設(shè)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(yīng)用這種設(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計下，超長葉片也可以達到超輕的結(jié)構(gòu)質(zhì)量。此外，新設(shè)計擁有應(yīng)對惡劣天氣的適應(yīng)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(shù)計劃指導(dǎo)下設(shè)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(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)實工作條件下，整合新技術(shù)的挑戰(zhàn)并對結(jié)果進行驗證。
EEGI希望在路線圖和實施計劃的基礎(chǔ)上，與歐盟委員會、歐洲電力與燃氣監(jiān)管機構(gòu)及其他利益相關(guān)者密切合作，共同推進示范項目的建設(shè)。
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(chǔ)的大電網(wǎng)；為客戶提供高水平的電力供應(yīng)；對新發(fā)展作出合理預(yù)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(lǐng)域，為新的投資者開放市場并提供商業(yè)機會。
技術(shù)趨勢分析
儲能技術(shù)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(jié)構(gòu)下，促進了儲能和電能質(zhì)量控制技術(shù)的發(fā)展，因此歐洲未來供電結(jié)構(gòu)是分布式發(fā)電和交互式供電。
要想大規(guī)模實現(xiàn)可再生能源供電，儲能技術(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題的有效方案?，F(xiàn)在主要的儲能技術(shù)包括抽水蓄能、壓縮空氣蓄能、電池儲能、超導(dǎo)磁儲能等。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(shè)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(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(shù)的發(fā)展提出了更高要求。
燃料電池和氫能源聯(lián)合機構(gòu)（FCH-JU）
該機構(gòu)是一個獨特的公私合作伙伴關(guān)系，在歐洲范圍內(nèi)，支持對燃料電池和氫能源的科學研究、技術(shù)開發(fā)和示范項目。目標是加速市場引進這些先進技術(shù)，發(fā)揮作用，把相關(guān)技術(shù)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(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(shù)應(yīng)用于電力運輸、促進分布式發(fā)電，幫助歐洲應(yīng)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(shù)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(zhuǎn)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(guān)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(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(shù)的發(fā)展，最初應(yīng)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(zhì)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(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（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(gòu)共同努力做到：維持現(xiàn)今安全的、富有競爭力的核技術(shù)；開發(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是一個國際性非盈利協(xié)會，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(shù)基礎(chǔ)。該協(xié)會聯(lián)合來自工業(yè)、研究機構(gòu)、安全組織和學術(shù)界的利益相關(guān)者，共同開發(fā)核電領(lǐng)域技術(shù)。
ESNII則主要針對當前對第四代快中子反應(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)施展開研發(fā)工作。該機構(gòu)的主要目標是在2025年之前，設(shè)計、許可、建設(shè)鈉冷快堆（SFR），該項目稱為ASTRID，同時建設(shè)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(shù)，ALLEGRO示范項目為氣冷快堆（GFR）技術(shù)，二者均為核電技術(shù)路線圖的一部分。
NC2I的目標是利用核能技術(shù)，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(shù)。目前，進展較好的項目將在10年內(nèi)，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(shù)趨勢分析
三代技術(shù)將成主流
目前，核電的技術(shù)進化趨勢十分明顯。1970~1990年，國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)過更新改進，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。在國際能源署發(fā)布的《2015核電技術(shù)路線圖》中，認為小型模塊化反應(yīng)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(shè)大型核電站的地方。模塊化的設(shè)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(yīng)堆，裝機約為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）在加拿大和印度運營，約3%的氣冷式核反應(yīng)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(yīng)堆的俄語縮寫為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營，在下一個十年結(jié)束前很可能就退役。438個反應(yīng)堆里還有一個是鈉冷式快反應(yīng)堆（FBR），這是四代核電技術(shù)實例之一。
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)形腔磁場等技術(shù)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(yīng)堆），是一個由30個國家聯(lián)合建立的巨大核聚變反應(yīng)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。
