深度 | 世界能源领域前沿技术发展综述

●以色列StoreDot公司研发闪充电池，充电只需几分钟

以色列StoreDot公司研发“闪充电池(flash batteries)”，一种可在数分钟内将电动车充满的锂离子电池，将纳米材料与新型有机化合物相结合，利用纳米材料保护合成有机材料不膨胀和不分解，从而也消除了传统充电电池存在的安全隐患，以这种独特方法研发开创性的充电电池材料。除了汽车用电池外，StoreDot为手机充电研发类似的电池技术，该公司希望2019年前对该产品进行商业化。StoreDot称其电池产品环保，而且在充满电后，电动车可行驶300英里(约483公里)。

2018年英国石油公司对以色列初创公司StoreDot投资了2,000万美元，希望在运营中减少温室气体的排放。除了此次投资的BP之外，德国汽车制造商戴姆勒还是该初创公司的投资者，2017年9月向StoreDot投资了6,000万美元。

●韩国开发出常温液体金属-空气电池

韩国科学技术研究院(KIST)能源储存研究团队在全球最早采用常温液态的Ga/In共融化合物，成功开发出金属-空气电池(air-cell)的全新阴极材料，有望替代现有的二次电池。此项研究成果实现了电极的高稳定性和长寿命，在确保高性能的同时，还通过空间设计实现了自由变形，与复杂的纳米工艺技术相比，通过简单的混合工艺就可以制造复杂金属的电极，只需较低成本就可以完成高伸缩性和可变性的电极工艺，为了实现这一技术的后期推广，目前正在进行商用化技术的评价工作。此次研究开发的电池技术有望成为第四次工业革命能量储存系统的全新解决方案。

●研究人员打造新生物太阳能电池技术阴雨天也可用

哥伦比亚大学的研究人员已经发现了一种新的廉价方式，借助细菌打造的太阳能电池将阳光转变成能量。他们打造的这种太阳能电池产生的电流比之前记录的任何类似装置都要强，而且无论在强光和弱光环境下都同样有效。项目负责人称，这项研究的重点在于我们发现了一个不会杀死细菌的过程，因此它们能够无限期的制造生物染料。这种生物太阳能电池技术也拥有着其它的潜在应用，比如说在采矿业、深海探索和其它低光照环境中等。

据加拿大不列颠哥伦比亚大学近日发布的一份新闻公报，该校研究人员选择让天然色素保留在细菌内，他们通过基因工程技术改造大肠杆菌，使其大量产生番茄红素。番茄红素是一种赋予番茄橙红色的色素，能特别有效地吸收光线并转化为能量。据加拿大不列颠哥伦比亚大学近日发布的一份新闻公报，该校研究人员选择让天然色素保留在细菌内，他们通过基因工程技术改造大肠杆菌，使其大量产生番茄红素。番茄红素是一种赋予番茄橙红色的色素，能特别有效地吸收光线并转化为能量。

3.其他技术

●瑞士生物沼气直接甲烷化技术进入实用阶段

据瑞士保罗谢尔研究所(PSI)介绍，该所开发出一项独有的生物沼气直接甲烷化技术，将氢气直接加入生物沼气中进行甲烷化反应，使生物沼气中的二氧化碳直接转化为甲烷。经过直接甲烷化处理的生物沼气甲烷含量大大提高，质量可满足直接输入天然气管网的要求，不再需要经过提纯净化处理环节。

为在实际应用条件下验证该项技术，瑞士保罗谢尔研究所与瑞士一家能源企业合作开展验证和示范研究。将该项技术集成在一个集装箱大小的代号为Cosma的示范装置内，接入实际运行的生物沼气站进行1000小时验证试验，经过甲烷化后的沼气直接进入天然气管道，可满足一个独立家庭住宅的取暖和热水供应。试验取得成功，显示了该项技术已经具备进入实际应用的条件。该项成果日前获得瑞士能源技术奖。

●英国科学家发现新方法用太阳能杀死水污染物质

最近，英国斯旺西大学的研究人员开发出了一种新型的无毒物质，可以利用太阳能将排放到水中的有害污染物无害化。据了解，目前每年大约有30万吨污染物被排放到水体中，而科学家开发的这种新型物质，可以从水中去除燃料污染物，并且吸附率达到90%以上，比现有的吸附技术效果整整提高了10倍。这种混合物平时被保存在高压密封的容器中，通过在微型氮化钽颗粒表面生产的超级“纳米氧化物”进行合成。然后这种材料利用太阳能提供的能力将污染物分解成更小、更无害的分子，而这一过程被称为“光催化降解”。在去除有害的燃料之后，催化剂可以通过简单的方法从水中过滤出来，然后重复使用。虽然通过光降解的方式已经研究了几十年，但是知道最近一段时间，研究人员才开发出能够真正吸收污染物的材料。之前虽然像二氧化钛也能利用太阳能分解染料，但是效率非常有限，因为与普通的太阳光谱相比，它们紫外线这种能量更高的光线吸收率更好。如果未来这种材料能够被大范围的使用，那么新型材料将会大幅提升水体中污染物过滤的速度。

四、全球能源技术的发展趋势分析

1.绿色、低碳能源技术必然是未来发展主要方向

2018年，能源将继续向着低碳化、绿色、高效方向发展。欧盟科研创新资助计划“地平线2020”2018-2020年度支出方案中，“低碳和适应气候变化的未来”领域将获33亿欧元预算，按年度工作计划，可再生能源、能效建筑、电动运输和储存方案4个清洁能源领域的项目将获22亿欧元拨款。俄能源部宣布支持设立远东联邦区可再生能源发展基金，并将制订具体建议。英国将投入2800万英镑资助可再生能源创新、智慧能源系统创新、低碳工业创新、核能创新等能源创新项目，作为能源创新计划(2016~2021年)的一部分。特朗普政府宣布退出巴黎协定，全球应对气候变化形势变得扑朔迷离，但全球能源领域转型已是大势所趋，绿色能源技术、低碳能源技术必然是未来发展主要方向。

2.小型模块化反应堆开启核能新时代

小型模块化反应堆(SMR)因其较高的安全性能、操作灵活性、电网适应性等优点，受到越来越多的关注。全球多个核电大国推进SMR技术开发部署。美国 Nuscale Power公司提交首个SMR商业电厂设计认证审查申请。加拿大监管机构收到4种小堆设计，并启动了首个SMR示范堆的一般选址和取证程序。俄罗斯将协助菲律宾开展关于在陆上或近海建造SMR的可行性研究。俄罗斯原子能集团所属“光线”科学生产联合公司研发出基于热电子发射效应原理的小型核电站，具有安全可靠、不需维护、可长期运行等特点，可作为独立电源为偏远地区重要设施供电。英国政府承诺通过竞争探索SMR的潜力，评估开发、商业化和资助SMR技术的市场利益。2018年7月3日，日本政府公布了最新制定的“第5次能源基本计划”，提出今后将开发具有安全性、经济性和机动性优势的堆型，小型模块化堆将是日本未来开发的重要选项。

3.能源区块链领域前景广阔

区块链技术具有去中心化存储、信息高度透明等优势，能实现能源的数字化、分布式精准管理，将对未来能源市场产生巨大影响。美国能源部提出“基于区块链技术的能源系统新概念”，探索区块链技术在管理电网方面的应用。英国石油公司和荷兰壳牌领衔的财团将开发一个针对能源大宗商品交易的区块链数字平台，预计在2018年底投入运营。澳大利亚政府将提供257万澳元以支持一个应用区块链技术的光伏和用水两年试点项目。麦肯锡公司在一份报告中指出，区块链是继蒸汽机、电力、信息和互联网科技之后目前最有潜力触发第5轮颠覆性革命浪潮的核心技术，对于石油和天然气这样一个分布广泛、复杂庞大的行业，区块链技术的黄金期正在到来。

4.电池储能将发挥重要作用

储能产业作为能源结构调整的支撑产业和关键推手，在传统发电、输配电、电力需求侧、辅助服务、新能源接入等不同领域有着广阔的应用前景。国际可再生能源署(IRENA)2017年发布的《电力存储和可再生能源：成本和市场研究报告(2030)》称，到2030年，如果能源系统的可再生能源份额翻番，全球储能容量将增加三倍。报告在基本预测情景中提出，到2030年，全球储能装机将在2017年基础上增长42%～68%，如果可再生能源增长强劲，那么储能装机增长幅度将达到155%～227%。电池储能将在改变储能装机结构中发挥重要作用。此外，电池生产技术的发展还直接决定了电动汽车的发展前景，可以在尖峰负荷时段的电力能源系统中起到电源的作用。储能技术的快速发展将给能源系统带来显著变化，同时，在化石燃料需求上会造成一定的影响，毕竟，储能将越来越多地取代火电，在电力能源系统中发挥强大的电源调节能力。

5.未来5G与能源的深度融合

近年来，能源行业积极实施“互联网+”战略，全面提升行业信息化、智能化水平，充分利用现代信息通信技术、控制技术，实现智能设备状态监测和信息收集，激发新型作业方式和用能服务模式。随着各类能源业务的快速增长，电网设备、电力终端、用电客户迫切需要通过最新的通信技术及系统支撑，满足爆发式增长的通信需求。5G技术将支持能源领域基础设施的智能化，并支持双向能源分配和新的商业模式，以提高生产、交付、使用和协调有限的能源资源的效率。可再生能源、电动汽车、电网通信、智能电网等领域将成为5G在全球能源行业的重点应用场景。欧盟特别注重5G与行业的充分融合，在《关于5G架构的观点》白皮书中提出5G网络架构应具备为汽车、能源、食品、农业、医疗、教育等垂直行业提供定制化专网组网服务的能力，5G技术与商业生态系统的对接，有利于5G网络能够高效率、低成本地提供各类新兴业态服务。

6.3D打印技术应用于太阳能电池的制造工艺

3D打印技术除了用在晶体硅太阳电池以外，也可以应用在薄膜电池上。如美国俄勒冈州立大学的研究者们使用3D打印技术成功地制造出了铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳电池，节约了90%的原材料。麻省理工学院(MIT)则通过一台特制3D打印机将薄膜太阳电池印刷到纸张上，这种电池目前可提供1.5%～2%的电池效率。3D打印技术不仅能打印出分辨力高、导电性好的栅线，而且能够降低生产成本，可以和高方阻发射极完美结合并应用于各类太阳电池新技术。国内外都在积极研究及应用推广该技术的发展，因此，3D打印技术应用于太阳能电池的制造工艺将是大势所趋，这一技术也会带来太阳能电池质量和效率的大幅提高。