，英國商業(yè)
、能源和產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略部（BEIS）宣布出資3300萬英鎊支持低碳制氫供應(yīng)鏈技術(shù)開發(fā)，旨在研發(fā)高性能低成本的低碳制氫技術(shù)并開展相關(guān)示范
，以降低制氫成本，加速英國低碳制氫技術(shù)的部署和應(yīng)用
。本次資助聚焦五大主題領(lǐng)域
，具體內(nèi)容如下：（1）海上風(fēng)電制氫
。在深海區(qū)域建造一個風(fēng)電制氫設(shè)施原型
，該設(shè)施原型由大型浮動式風(fēng)力渦輪機（10兆瓦）、水處理單元和產(chǎn)氫電解槽組成
，能夠以海水為原料利用風(fēng)電進行電解制氫，并通過管道輸運到陸地
。（2）低碳產(chǎn)氫示范工廠
。通過采用集成Johnson Matthey公司低碳制氫技術(shù)的碳捕集設(shè)施
，ProgressiveEnergy
、Essar、Johnson Matthey和SNC-Lavalin四家公司聯(lián)合建造一座低碳制氫示范工廠
，每小時產(chǎn)氫量達到10萬標(biāo)準(zhǔn)立方米，以驗證技術(shù)規(guī)�
；瘧�(yīng)用潛力
。（3）基于聚合物電解質(zhì)膜電解槽綠色產(chǎn)氫裝置
�
；贗TM Power公司吉瓦級別的聚合物電解質(zhì)膜電解槽，開發(fā)一個低成本
、零排放的風(fēng)電制氫示范裝置，為煉油廠提供清潔的氫氣資源。（4）開發(fā)和評估先進的天然氣重整制氫新系統(tǒng)
。開發(fā)和評估先進的天然氣重整制氫新系統(tǒng)
，為利用英國北海天然氣生產(chǎn)氫氣提供一種節(jié)能且具有成本效益的新方法
，同時新系統(tǒng)能夠有效地捕集并封存制備過程產(chǎn)生的二氧化碳氣體以防止氣候變化
。（5）開發(fā)吸附強化蒸汽重整（SESR）制氫裝置。依托天然氣技術(shù)研究所（GTI）發(fā)明的基于新技術(shù)的SESR工藝
，設(shè)計開發(fā)中試規(guī)模低碳氫氣制備的示范裝置并進行示范生產(chǎn)
，評估新工藝的技術(shù)經(jīng)濟性
。
（四）日本
持續(xù)推進氫能與燃料電池技術(shù)
在經(jīng)歷福島核事故之后，日本在能源科技發(fā)展重點上有較大調(diào)整
。日本將氫能作為應(yīng)對氣候變化和保障能源安全的一張王牌，為此制定了建設(shè)“氫能社會”的氫能基本戰(zhàn)略目標(biāo)
，提出要構(gòu)建制備
、儲存
、運輸和利用的國際產(chǎn)業(yè)鏈
，積極推進氫燃料發(fā)電，擴大燃料電池及其汽車市場
。2017年12月，日本政府制定《氫能基本戰(zhàn)略》
，從戰(zhàn)略層面設(shè)定氫能的中長期發(fā)展目標(biāo)
。2018年7月，日本政府發(fā)布《第五次能源基本計劃》
，定調(diào)未來發(fā)展方向是壓縮核電發(fā)展，降低化石能源依賴度
，加快發(fā)展可再生能源
，以氫能作為二次能源結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)
，同時充分融合數(shù)字技術(shù)
，構(gòu)建多維、多元
、柔性能源供需體系
，實現(xiàn)2050年能源全面脫碳化目標(biāo)。2019年3月
，日本更新《氫能與燃料電池戰(zhàn)略路線圖》
，提出到2030年的技術(shù)性能
、成本目標(biāo)
。同年9月，日本政府出臺《氫能與燃料電池技術(shù)開發(fā)戰(zhàn)略》
，確定燃料電池、氫能供應(yīng)鏈
、電解水產(chǎn)氫3大技術(shù)領(lǐng)域10個重點研發(fā)項目的優(yōu)先研發(fā)事項
。從最初的發(fā)展氫能的基本戰(zhàn)略，一直到最近的技術(shù)開發(fā)戰(zhàn)略
，日本從戰(zhàn)略到戰(zhàn)術(shù)再到具體項目執(zhí)行層面，穩(wěn)步推進氫能和燃料電池的技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用
。
日本的燃料電池產(chǎn)業(yè)堅持面向家庭
，且在技術(shù)上持續(xù)推進。在國家層面
，政府以向新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)（NEDO）投入專項科研經(jīng)費為主，設(shè)定核心技術(shù)應(yīng)達到的相應(yīng)指標(biāo)
，并將指標(biāo)進行分解
，對承擔(dān)課題研究的單位定期進行評估
，以實現(xiàn)氫能發(fā)展目標(biāo)
。研究機構(gòu)在氫燃料電池領(lǐng)域建立了持續(xù)的研發(fā)體系，很多大學(xué)持續(xù)參與氫能研究已達50年
，在關(guān)鍵技術(shù)包括極板、膜電極
、電子材料等方面都有龐大的研發(fā)團隊
。在企業(yè)層面
，根據(jù)氫燃料電池技術(shù)狀況
、氫來源的便利性以及成本、市場需求等
，不斷完善氫燃料電池家庭應(yīng)用產(chǎn)品
，松下、東芝
、日立等機電一體化企業(yè)在十年前已開始了應(yīng)用端的實證研究
，積極占領(lǐng)研發(fā)成果制高點。降低制氫成本方面
，2019年
，日本物質(zhì)材料研究機構(gòu)（NIMS）與東京大學(xué)和廣島大學(xué)合作
，通過開發(fā)2030年前后完全可能研制出實用化的
、放電較慢但成本低廉的蓄電池，日本有望實現(xiàn)每立方米為17～27日元（約1.04～1.64元人民幣）的制氫成本
。
三、前沿技術(shù)最新動態(tài)與重要成果
（一）油氣勘探開發(fā)與利用技術(shù)
1.地下原位改質(zhì)技術(shù)
地下原位改質(zhì)是通過對地下儲層進行高溫加熱
，將固體干酪根轉(zhuǎn)換為輕質(zhì)液態(tài)烴，再通過傳統(tǒng)工藝將液態(tài)烴從地下開采出來的方法
。該技術(shù)具有不受地質(zhì)條件限制
、地下轉(zhuǎn)化輕質(zhì)油
、高采出程度
、低污染等優(yōu)點，一旦規(guī)�
；瘧�(yīng)用，將對重質(zhì)油
、頁巖油和油頁巖開采具有革命性意義
。殼牌公司地下原位改質(zhì)技術(shù)采用小間距井下電加熱器，循序均勻地將地層加熱到轉(zhuǎn)化溫度
。該技術(shù)通過緩慢加熱提升產(chǎn)出油氣的質(zhì)量，相對于其他工藝可以回收埋藏極深的巖層中的頁巖油
，同時省去地下燃燒過程
，減少地表污染，降低對環(huán)境的危害
。為了避免地下水污染，殼牌公司開發(fā)了獨有的冷凍墻技術(shù)
，可有效避免生產(chǎn)區(qū)域在頁巖加熱
、油氣采出和后期清理過程中地下水的侵入
。
2.廢棄油田再利用技術(shù)
俄羅斯秋明國立大學(xué)將物理化學(xué)開采方法與微乳液驅(qū)油技術(shù)相結(jié)合
，開發(fā)出一種從廢棄的油田中開采石油的方法
。微乳液驅(qū)油依靠的是重量和粘度，是當(dāng)今最有效的驅(qū)油技術(shù)
。微乳液比石油重，不與之混合
，驅(qū)油時會把石油推到表面
。但其對侵蝕性的現(xiàn)實條件（沉積物的溫度和硬度）非常敏感，會失去實驗中的理想特性
。
3.高精準(zhǔn)智能壓裂技術(shù)
近年來，水平井分段壓裂呈現(xiàn)壓裂段數(shù)越來越多
、支撐劑和壓裂液用量越來越大的趨勢
。從長遠看，實現(xiàn)壓裂段數(shù)少
、精、準(zhǔn)
，才是水力壓裂技術(shù)的理想目標(biāo)
。目前業(yè)界正在探索大數(shù)據(jù)、人工智能指導(dǎo)下的高精準(zhǔn)壓裂技術(shù)和布縫優(yōu)化技術(shù)
，但是真正能夠“聞著氣味”走的壓裂技術(shù)還有待研究和突破。美國Quantico能源公司利用人工智能技術(shù)
，將靜態(tài)模型與地球物理解釋緊密耦合
，對不良數(shù)據(jù)進行質(zhì)量控制
，形成高精度預(yù)測模型
，用于壓裂設(shè)計，在二疊盆地和巴肯油田的100多口油井中使用后
，與鄰井對比結(jié)果表明
，優(yōu)化后的完井方案不僅可以使產(chǎn)量提高10%～40%
，還能有效降低整體壓裂作業(yè)成本
。隨著“甜點”識別、壓裂監(jiān)測技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展
，未來高精準(zhǔn)智能壓裂技術(shù)有望實現(xiàn)每一級壓裂都壓在油氣“甜點”上
，可有效提高儲層鉆遇率和油氣產(chǎn)量，降低開發(fā)成本
，降本增效意義重大
。
4.遠程單趟式深水完井
高昂的鉆機費用迫使開發(fā)商想方設(shè)法減少井筒起下鉆次數(shù)
，特別是在深水作業(yè)中
。油服企業(yè)威德福于2019年3月推出TR1P系統(tǒng)，這是全球首個也是唯一一個能夠遠程激活的單趟下鉆式深水完井系統(tǒng)
，可為開發(fā)商帶來更高的效率
、靈活性以及收益
。該系統(tǒng)無需控制管線
、沖管、電纜
、連續(xù)油管以及修井設(shè)備，完全實現(xiàn)了100%的無干涉作業(yè)
。開發(fā)商能夠在生產(chǎn)井與注入井中執(zhí)行儲層所需的作業(yè)
，可在更短的時間內(nèi)完成更多的作業(yè)，從而降低作業(yè)風(fēng)險
、降低成本
。與傳統(tǒng)的機械或液壓式完井設(shè)備相比
，TR1P系統(tǒng)在整體作業(yè)與鉆機攤鋪成本方面節(jié)省了開支
。
（二）太陽能技術(shù)加快應(yīng)用
1.新型六結(jié)疊層太陽能電池效率已接近50%
由于半導(dǎo)體固有的帶隙特點
，單結(jié)半導(dǎo)體太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率存在理論極限
，即肖克利—奎伊瑟效率極限
。而將不同帶隙（光譜響應(yīng)范圍不同）的電池進行串聯(lián)構(gòu)建疊層太陽能電池被認為是電池效率突破S-Q效率極限值強有力的技術(shù)路徑
。圍繞上述問題，美國國家可再生能源實驗室（NREL）研究團隊設(shè)計制備了基于III–V族異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體的六結(jié)疊層太陽能電池
，通過對制備工藝和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，有效克服了不同晶體晶格錯配問題
，減少了內(nèi)阻
，抑制了相分離，使得電池器件性能顯著提升
，在聚光條件下器件獲得了高達47.1%的認證效率（之前效率紀(jì)錄是46.4%）
，創(chuàng)造了有史以來太陽能電池器件光電轉(zhuǎn)換效率最高值，即使在無聚光條件下整個器件依舊可以獲得近40%的轉(zhuǎn)換效率
，也是目前無聚光太陽能電池器件的最高記錄
。電池的六個結(jié)（光敏層）中的每個結(jié)點都經(jīng)過專門設(shè)計
，可以捕獲來自太陽光譜特定部分的光
。該設(shè)備總共包含約140種III-V材料層，以支持這些連接點的性能
，但其寬度卻比人的頭發(fā)窄三倍
。由于III-V太陽能電池的高效率特性和制造成本
，因此最常用于為衛(wèi)星供電
。
2.太陽能制氫技術(shù)取得積極進展
澳大利亞國立大學(xué)（ANU）的科學(xué)家利用串聯(lián)鈣鈦礦硅電池實現(xiàn)了17.6%的太陽能直接制氫效率。這種電池是將低成本的過氧化物材料層疊在傳統(tǒng)的硅太陽能電池上
。目前的共識是，利用低成本的半導(dǎo)體來實現(xiàn)光電電化學(xué)（PEC）水分解過程
，太陽能制氫的效率要達到20%
，才能在成本上具有競爭力。ANU團隊表示
，串聯(lián)鈣鈦礦硅電池，結(jié)合便宜的半導(dǎo)體
，可以在合理的成本下帶來高效率
。PEC過程允許僅使用陽光和光電化學(xué)材料從水中生產(chǎn)氫。這一操作跳過了電力生產(chǎn)和轉(zhuǎn)換步驟
，不需要電解槽。這種直接產(chǎn)生綠色氫的過程與光合作用的過程類似
。
美國科學(xué)家首次研發(fā)了一種能夠有效吸收陽光的單分子
，而且該分子還可以作為一種催化劑，將太陽能轉(zhuǎn)化為氫氣
。這種新型分子可以從太陽光的整個可見光光譜（包括低能量紅外光譜，也是太陽光光譜的一部分
，以前很難收集該光譜的能量）中收集能量
，并迅速有效地將其轉(zhuǎn)化成氫氣。與目前的太陽能電池相比
，這種單分子可以多利用50%的太陽能
，從而減少對化石燃料的依賴。
（三）新型核電技術(shù)取得重大進展
1.全球首座浮動核電站投入使用
2019年9月
，由俄羅斯設(shè)計建造的全球首座浮動核電站“羅蒙諾索夫院士”號
，從俄北極摩爾曼斯克港啟航，穿越北極海域行駛近4989千米之后抵達目的地佩韋克港
。“羅蒙諾索夫院士”號于2020年5月投入商業(yè)運營
，其動力采用“泰米爾”號破冰船動力堆的升級版
。俄羅斯已為“羅蒙諾索夫院士”號投入約4.8億美元，該船長144米
，寬30米，高10米
，排水量2.15萬噸
，能配備70名左右船員，船上搭載兩座35兆瓦核反應(yīng)堆
，主要功能是為俄極其偏遠地區(qū)的工廠
、城市及海上天然氣
、石油鉆井平臺提供電能
。
在發(fā)電方面，該核電站采用了小型模塊化核反應(yīng)堆
，擁有兩套改進的KLT-40反應(yīng)堆
，每座發(fā)電量達35兆瓦
，可提供高達70兆瓦的電力或300兆瓦的熱量
，供20萬人使用
。除了核電設(shè)施
，這個巨型浮式核電站上的海水淡化設(shè)備還可每天提供24萬立方米的淡水。現(xiàn)在
，俄國家原子能公司正在研制第二代浮動式核電站，將之作為解決北極等特殊地域能源供應(yīng)的重要選擇
。
2.受控核聚變實驗持續(xù)創(chuàng)造紀(jì)錄
受控的核聚變反應(yīng)所產(chǎn)生的凈能量在沒有危險輻射量的情況下產(chǎn)生
，實現(xiàn)能量持續(xù)、平穩(wěn)輸出
，其優(yōu)勢明顯大于核裂變發(fā)電
。作為應(yīng)對氣候變化的一個潛在解決方案，核聚變能源將替代對化石燃料的需求
，解決可再生能源固有的間歇性和可靠性問題
。美國、中國和歐洲國家核聚變實驗裝置持續(xù)創(chuàng)造紀(jì)錄
，穩(wěn)步推進受控核聚變的實現(xiàn)
。
美國國家點火裝置（NIF）在幾年前就已經(jīng)實現(xiàn)了1億度目標(biāo)，其采用慣性約束核聚變方式
，以192條激光束集中在一個花生米大小的
、裝有重氫燃料的目標(biāo)反應(yīng)室上
。每束激光發(fā)射出持續(xù)大約十億分之三秒
、蘊涵180萬焦耳能量的脈沖紫外光，脈沖撞擊到目標(biāo)反應(yīng)室上
，將產(chǎn)生X光
。利用X光將把燃料加熱到1億度
，并施加足夠的壓力使重氫核生聚變反應(yīng)
。
中國自行研制的超導(dǎo)托卡馬克受控核聚變裝置（EAST）與美國NIF實現(xiàn)聚變的方式不同。目前托卡馬克實現(xiàn)了磁束縛等離子體和中心溫度1億度
，下一個目標(biāo)是維持束縛
，且達到1億度維持1000秒
。
位于法國南部的跨國項目國際熱核聚變實驗堆（ITER）是目前全球規(guī)模最大
、影響最深遠的國際科研合作項目之一。2019年7月
，這一全球最大的核聚變反應(yīng)堆項目實現(xiàn)低溫恒溫器成功交付
，進入安裝狀態(tài)
。目前
，35個國家正在通力合作ITER。ITER裝置主機最重要部分之一的PF6線圈
，由中科院合肥研究院等離子體所承擔(dān)研制并于近日正式交付
，為ITER計劃2025年第一次等離子體放電的重大工程節(jié)點奠定了重要基礎(chǔ)。
（四）高性能儲能電池獲得重大突破
1.電池儲能系統(tǒng)提供無功功率服務(wù)
隨著越來越多的間歇性可再生能源并入電網(wǎng)
，對電壓精確平衡的需求促使英國電力系統(tǒng)運營商National Grid不斷探索各種無功功率解決方案。英國儲能開發(fā)商Zenobe Energy部署的電池儲能系統(tǒng)通過National Grid為英國配電網(wǎng)絡(luò)運營商（DNO）和英國電力網(wǎng)絡(luò)（UKPN）提供這些服務(wù)。Zenobe Energy公司在英格蘭蘇塞克斯郡King Barn部署了一個裝機容量為10兆瓦的電池儲能系統(tǒng)
。該儲能項目由National Grid運營
，主要為電網(wǎng)提供無功功率服務(wù)
，以緩解容量挑戰(zhàn)
。預(yù)計到2050年可以為消費者節(jié)省4億英鎊以上的電力費用，同時增加4吉瓦的裝機容量
。
2.有機空氣電池提高可再生能源供應(yīng)穩(wěn)定性
金屬（如鉀
、鈉
、鋰等）空氣電池是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ母弑热萘侩姵丶夹g(shù)
，其理論能量密度上限可達11000瓦時/千克，遠遠高于傳統(tǒng)的鋰離子電池
，因此得到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界廣泛關(guān)注
。然而，由于存在金屬枝晶
、空氣電極孔道堵塞等問題，導(dǎo)致該類電池安全性和循環(huán)壽命不佳
，限制了該類電池的實際應(yīng)用
。香港中文大學(xué)研究團隊設(shè)計制備了鉀聯(lián)苯（Potassium Biphenyl）復(fù)合有機物，并將其作為負極取代傳統(tǒng)的金屬負極
，與空氣電極組成新型的有機空氣電池
，有效地解決了金屬—空氣電池由來已久的金屬電極枝晶生長和循環(huán)壽命短的問題
，從而獲得了高安全
、高倍率和長壽命的空氣電池，在4毫安/平方厘米高放電電流密度下實現(xiàn)長達3000余次的穩(wěn)定循環(huán)
，平均庫倫效率高達99.84%
，為空氣電池開辟全新技術(shù)發(fā)展路徑。有機空氣電池最適合應(yīng)用于大型電廠能源儲存
，如風(fēng)電或太陽能，亦可用于火力發(fā)電廠調(diào)頻