未来5年能源低碳转型10大关键技术

为确保未来全球能源结构符合《巴黎协定》设定的1.5℃温升目标，能源系统将全面进入加速转型和深度脱碳（即每年减少约8%的排放量）时期。近日，挪威船级社（DNV）发布《能源转型展望2021—技术进步报告》，给出了未来5年决定能源转型成效的10大关键技术，涉及能源生产、运输和储存以及使用转换环节，可在能源脱碳链条进行前沿技术协同。

一、海上浮式风电技术

海上浮式风力涡轮机可获得海洋深水区上方的风力资源，比底部固定型风力涡轮机，海面风力空间延伸了至少4倍。DNV项目报告认为到2050年海上浮式风力发电将占世界电力的2%。葡萄牙和苏格兰两家漂浮式风电场均已投产运行。由于用材和供应链还不成熟，海上浮式风电能源成本为150美元/兆瓦时,而底部固定风力发电成本仅为85美元/兆瓦时。但是通过政府的政策激励以及技术规模效应等因素推动，到2030年两者成本差距预计能缩小到15美元/兆瓦时，海上浮式风电的潜力仍然巨大。

二、太阳能光伏（PV）技术发展

太阳能光伏是世界上发展最快的可再生电力能源，DNV报告预计光伏发电会从2019年的8亿兆瓦时扩大30倍至2050年的220亿兆瓦时。PV晶体硅模块技术、薄膜PV技术和PV系统新逆变器等技术将不断提高光伏材料和元件质量，降低成本。新光伏技术的推动将使太阳能光伏发电成为未来十年最低成本电源。

三、废弃物转化为原料和燃料技术

全球每年超过20亿吨城市固体废弃物（MSW）产生。通过收集垃圾填埋气（LFG）可用于发电或进一步精制成生物甲烷。生物材料占城市固体废弃物的70%，这部分可采用沼气技术，印度在这方面推出了生物消化器技术。塑料回收方面开始发展通过热解或者溶剂催化剂将废塑料进行降解。

四、低碳气体运输管道

随着全球向低碳能源过渡，工业和私人消费能源从甲烷向氢气转移，并需要管道系统来运输低碳气体和二氧化碳。报告认为，在天然气管道基础设施基础上，通过修复而不是构建新管道可以减少项目风险和商业成本。二氧化碳管道需要确保管道处于最佳压力/温度范围内。氢气管道设计要求不锈钢结构、内涂层，需要耐腐蚀以及安装过滤器。

五、网状化高压直流输电网（HVDC）技术

由于可再生能源分散分布的特性，需要链接和整合可再生能源电力系统，用到网状化高压直流输电网技术（HVDC），这项技术的输电网络具有传输距离长、低损耗和高度控制的优势。HVDC系统有点对点、多终端、多终端网格保护三类集成系统，目前构建这些系统的标准和指南仍然缺乏，真正操作经验很少。

六、新型锂电池技术

作为可再生能源终端设施的重要组成部分新型锂电池技术将重新进入便携式电子设备和电动汽车（EVs）的应用领域。新型电池技术增加了电池能量密度，电子设备和电动车的电池使用持久性得到极大提升。锂电池技术改进一种方法是将固态材料更换为液态电解质，使用硅更换石墨电极；另一种方法是利用锂金属原子板本身直接形成电极。

七、新型船运技术——燃料电池与核电技术

过去十年中，海上运输中使用燃料电池还处于起步阶段。DNV报告认为固体氧化物燃料电池SOFC，质子交换膜燃料电池 PEMFC和高温PEMFC（HT-PEMFC）是在海洋运输上最有前景的海上燃料电池技术，这些燃料电池类型的测试和评估已经在海洋运输项目中应用。新的核动力船舶应用了小模块反应器（SMRs）,熔盐反应器（MSRs）技术。

八、电动汽车和电网集成技术

到2050年道路上运行的车辆将增加60%，电动汽车革命是运输业脱碳的主要驱动力。DNV报告认为未来5年内新能源乘用车电池的成本将低于80美元/千瓦时，平均车辆行驶里程高于600公里。未来5年内，充电器技术改进直流电源充电器的作用显著增加，预计车辆电网集成（V2G）服务将走出试验阶段。

九、绿氢生产技术

绿氢主要通过电解产生，主要包括四种技术:碱性电解（AE），阴离子交换膜（AEM），固体氧化物电解（SOE）和质子交换膜（PEM）。SOE技术已达到商业化开发程度，但是成熟度不及AE和PEM,成本也较高。AEM技术处于研发阶段。AE和PEM是发展最为成熟的绿氢技术。

十、新一代碳捕捉和储存技术

近年来碳捕获和封存（CCS）技术从集中于化石燃料发电领域逐步覆盖到水泥、钢铁、冶炼、氢气和氨等产业领域。目前二氧化碳捕获成本在15至125美元/吨二氧化碳。直接空气捕获（DAC）技术是直接从大气中捕捉CO2，但通过DAC技术捕获CO2花费多达600美元/吨二氧化碳，成本过高。

资料来源：DNV 《Energy Transition Outlook 2021 — TECHNOLOGY PROGRESS REPORT》

【作者：相超  中国石油集团经济技术研究院（ETRI）】