胡道成，張 帥，韓 濤，鄭旭帆，顧永正，徐 冬

(1.國家能源投資集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100011；2.國家能源集團(tuán) 新能源技術(shù)研究院有限公司，北京 102209；3.國電電力發(fā)展股份有限公司，北京 100101)

0 引 言

當(dāng)前，世界能源發(fā)展呈化石能源清潔化、清潔能源規(guī)?；?、多種能源綜合化的發(fā)展趨勢。根據(jù)BP《世界能源展望2020》[1]預(yù)測，2050年全球化石能源消費占比將降至20%，非水可再生能源占比上升至60%，電力在終端能源消費中占比增至50%以上。

在世界能源電力發(fā)展的宏觀形勢下，包括我國在內(nèi)的主要國家、地區(qū)的能源電力戰(zhàn)略均在調(diào)整。美國能源轉(zhuǎn)型方向以“能源獨立”為前提，推動能源系統(tǒng)清潔化[2]，拜登政府上臺后重返《巴黎協(xié)定》，推進(jìn)實施《清潔能源革命和環(huán)境正義計劃》，計劃到2035年電力部門實現(xiàn)碳中和，2050年前達(dá)到“凈零排放”；歐洲倡導(dǎo)大力發(fā)展低碳經(jīng)濟，提出2050年實現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，先后有15個國家宣布退煤計劃，預(yù)計到2050年，太陽能發(fā)電及風(fēng)電將占?xì)W盟終端能源需求的50%[3-4]；日本公布了綠色成長戰(zhàn)略，提出2050年實現(xiàn)碳中和，其中50%～60%發(fā)電量預(yù)計來自可再生能源[5]。2020年9月22日，國家主席習(xí)近平在第75屆聯(lián)合國大會講話中提出了“我國CO2排放力爭在2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”的雙碳目標(biāo)[6]，為我國電力行業(yè)的發(fā)展指明了方向。

當(dāng)前，我國電力行業(yè)已建成全球最大的清潔高效煤電供應(yīng)體系，技術(shù)水平全球領(lǐng)先，為經(jīng)濟社會快速發(fā)展提供了安全環(huán)保經(jīng)濟可靠的電力，然而煤電占據(jù)主導(dǎo)地位、環(huán)境污染碳排放高、用電效率較低、新能源技術(shù)創(chuàng)新能力不足等仍是發(fā)電領(lǐng)域存在的突出問題。目前發(fā)電領(lǐng)域的綠色低碳科技創(chuàng)新顯然無法支撐以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)構(gòu)建和“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)，亟需加強發(fā)電領(lǐng)域綠色低碳轉(zhuǎn)型技術(shù)布局和攻關(guān)，以實現(xiàn)發(fā)電領(lǐng)域的清潔低碳、安全高效。

筆者梳理了我國發(fā)電領(lǐng)域煤炭清潔高效發(fā)電、可再生能源發(fā)電、核能、先進(jìn)儲能、氫能等方向的綠色低碳轉(zhuǎn)型現(xiàn)狀和存在的問題，分析了各方向綠色低碳技術(shù)的未來發(fā)展趨勢和低碳轉(zhuǎn)型路徑。

1 煤炭清潔高效發(fā)電

近年來我國在清潔高效燃煤發(fā)電技術(shù)方面取得了巨大進(jìn)步，在“碳達(dá)峰、碳中和”背景下，未來需要在靈活智能發(fā)電、超高參數(shù)超超臨界燃煤發(fā)電、新型高效燃煤發(fā)電系統(tǒng)、CCUS方面進(jìn)行低碳技術(shù)的重點布局[7]。

在靈活發(fā)電方面，國外起步更早，應(yīng)用也更加成熟，而我國大部分燃煤機組按照基本負(fù)荷設(shè)計，最小技術(shù)出力和變負(fù)荷速率均與國外存在一定差距，且現(xiàn)有機組低負(fù)荷工況安全性、經(jīng)濟性和環(huán)保性差，未來還需開發(fā)鍋爐與汽輪機快速響應(yīng)、鍋爐承壓部件壽命監(jiān)測、鍋爐輔助設(shè)備靈活性改造等技術(shù)，實現(xiàn)變負(fù)荷速率達(dá)5%/min，負(fù)荷變化在20%～100%；在智能發(fā)電方面，我國智能發(fā)電起步較晚，尚處于起步階段，雖具備進(jìn)一步提升智能化應(yīng)用水平的基礎(chǔ)，但與美國等發(fā)達(dá)國家相比，在工業(yè)芯片性能與接口、智能傳感、服務(wù)器性能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)平臺等領(lǐng)域還有一定差距，未來還需開發(fā)具備“自診斷、自感知、自決策、自執(zhí)行”特征顯著的智能發(fā)電技術(shù)及控制系統(tǒng)，實現(xiàn)燃煤電廠無人值守；在煤與生物質(zhì)耦合發(fā)電方面，國外在燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電領(lǐng)域已實現(xiàn)5%～100%的生物質(zhì)摻燒比例，我國生物質(zhì)摻燒比例較低，普遍在5%左右，原因在于我國大規(guī)模燃煤與可再生能源耦合發(fā)電技術(shù)尚不成熟，同時燃料市場政策不健全，缺乏激勵措施、技術(shù)認(rèn)證與檢測標(biāo)準(zhǔn)等，產(chǎn)業(yè)化規(guī)模與國外先進(jìn)水平相比仍有一定差距，未來還需要開發(fā)大比例生物質(zhì)摻燒技術(shù)及設(shè)備，推動循環(huán)流化床協(xié)同處理生物質(zhì)與固廢等物料技術(shù)示范，助力實現(xiàn)減排降耗目標(biāo)[8]；在煤與太陽能耦合發(fā)電方面，國外早在20世紀(jì)70年代便提出了將太陽能熱引入燃煤發(fā)電機組的多能互補發(fā)電構(gòu)想，隨后在光煤互補系統(tǒng)的設(shè)計集成方式、系統(tǒng)性能評價、運行控制模式、經(jīng)濟性分析等方面開展了大量研究，并建成多個工程示范項目，我國仍處于中試驗證階段，與國外差距較大，未來需要開發(fā)系統(tǒng)耦合方式、運行控制策略、耦合評價方法等，推動技術(shù)工程示范。

在超高參數(shù)超超臨界燃煤發(fā)電方面，我國研究主要集中在高參數(shù)超超臨界技術(shù)(A-USC)和超臨界循環(huán)流化床技術(shù)(USC-CFB)2個方向。在A-USC技術(shù)方面，2015年東方電氣設(shè)計的1 050 MW超超臨界機組投運，實現(xiàn)了該技術(shù)的巨大突破，機組主蒸氣溫度達(dá)到605 ℃、再熱蒸氣溫度達(dá)到623 ℃、主蒸氣壓力達(dá)到29.4 MPa，但A-USC技術(shù)的進(jìn)步仍受制于高溫材料的研發(fā)，目前正處于試驗研發(fā)階段，與歐、美、日基本處于并跑階段，工業(yè)應(yīng)用尚不成熟[9]，未來還需要加大高溫部件的產(chǎn)業(yè)化和工程化應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，建設(shè)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的650～700 ℃等級超超臨界燃煤發(fā)電機組，實現(xiàn)機組凈效率不低于50%。在USC-CFB技術(shù)方面，我國2013年在國家能源集團(tuán)四川白馬電廠投產(chǎn)運行了超臨界600 MW循環(huán)流化床機組，標(biāo)志著我國在該項技術(shù)領(lǐng)域處于國際先進(jìn)水平，近年來正開展超超臨界循環(huán)流化床鍋爐研發(fā)攻關(guān)，相關(guān)設(shè)備、系統(tǒng)安全性等問題也在研究中，機組參數(shù)主蒸氣溫度、再熱蒸氣溫度、主蒸氣壓力分別達(dá)到605、603 ℃和26.25 MPa，目前貴州威赫和陜西彬長正在建設(shè)2臺超超臨界660 MW循環(huán)流化床機組，將作為USC-CFB低碳發(fā)電示范項目之一[10]。

在新型高效燃煤發(fā)電系統(tǒng)方面，國內(nèi)超臨界CO2(sCO2)發(fā)電技術(shù)整體研究水平與國外同步，部分成果達(dá)到國際領(lǐng)先水平，開展了大量傳熱流動機理研究工作，建成了世界上容量最大、參數(shù)最高的5 MWe sCO2燃煤發(fā)電試驗系統(tǒng)，但在換熱器和壓縮機的設(shè)計、制造方面起步較晚、研發(fā)基礎(chǔ)薄弱，與國外存在一定差距，未來需通過技術(shù)研發(fā)實現(xiàn)機組負(fù)荷變化速率6%/min以上，負(fù)荷變化在0～100%，并實現(xiàn)多種形式應(yīng)用。整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電技術(shù)方面，國內(nèi)正處于工程示范階段，華能天津IGCC示范項目是我國首座IGCC示范項目，電站規(guī)模與運行可靠性基本與世界同步，目前IGCC發(fā)電技術(shù)前期投資成本仍較高，國內(nèi)外正針對煤氣化、空氣分離、燃?xì)廨啓C、系統(tǒng)集控和凈化技術(shù)開展技術(shù)攻關(guān)[10]。整體煤氣化燃料電池(IGFC)發(fā)電技術(shù)方面，國內(nèi)在燃料電池關(guān)鍵材料、部件性能及裝配技術(shù)方面取得了顯著進(jìn)步，2020年10月國家能源集團(tuán)北京低碳清潔能源研究院獨立研發(fā)了國內(nèi)首套20 kW固體燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，并在寧夏煤業(yè)試驗基地試驗成功，但我國總體還處于基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)階段，與國外相比仍有較大差距。未來IGCC和IGFC發(fā)電技術(shù)還需在提升效率、降低能耗方面加大技術(shù)攻關(guān)，實現(xiàn)系統(tǒng)凈效率不低于50%。

CCUS方面，我國具備一定的研發(fā)基礎(chǔ)，已投運或建設(shè)中的CCUS示范項目共49個[11]，但當(dāng)前CCUS項目多以石油、煤化工、電力行業(yè)小規(guī)模的捕集和驅(qū)油封存示范為主。CO2捕集方面，2021年6月，國能錦界電廠建成并投運了國內(nèi)最大的15萬t/a碳捕集—驅(qū)油—化工利用全流程示范工程[12]，應(yīng)用了新型復(fù)合胺吸收劑、增強型塑料填料、降膜汽提式再沸器、超重力再生反應(yīng)器、級間冷卻、分流解吸、機械式蒸汽再壓縮(MVR)等新技術(shù)、新工藝和新設(shè)備，能耗達(dá)到世界先進(jìn)水平；2022年1月，中石化建成我國首個百萬噸級CCUS項目(齊魯石化-勝利油田CCUS項目)。CO2利用和封存方面，2020年8月，浙江大學(xué)聯(lián)合河南強耐新材股份有限公司研發(fā)的CO2深度礦化養(yǎng)護(hù)制建材技術(shù)建成全球首個萬噸級礦化利用工業(yè)示范線，并通過72 h運行；2020年10月，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所負(fù)責(zé)的“液態(tài)陽光”項目建成了全球首個千噸級液態(tài)太陽燃料合成示范工程，并通過72 h運行；2011年國家能源集團(tuán)在鄂爾多斯建成世界首個10萬t/a煤制油高濃度CO2陸相咸水層封存的CCS示范工程，形成了全流程CCS成套技術(shù)和系統(tǒng)的監(jiān)測評價體系[13]。當(dāng)前我國CCUS各環(huán)節(jié)技術(shù)發(fā)展還不平衡，仍存在碳捕集成本高、能耗高、吸收劑腐蝕逃逸等問題；CO2礦化利用正處于工業(yè)示范階段，后期需提高技術(shù)經(jīng)濟性和CO2吸收轉(zhuǎn)化率，開發(fā)多種工業(yè)固廢礦化利用技術(shù)路線[14-15]；CO2化工利用和生物利用還處于小試研發(fā)階段，且需要拓展CO2消納途徑，實現(xiàn)CO2作為資源的循環(huán)利用；CO2封存技術(shù)還需加大驅(qū)油、封存、監(jiān)測及運輸?shù)认盗邪踩煽颗涮准夹g(shù)，掌握陸上/海上咸水層、枯竭油氣田封存CO2關(guān)鍵技術(shù)[16-17]。

總體來說，我國煤電機組目前仍面臨靈活性和智能化較差、難以滿足可再生能源的大規(guī)模消納，且舊機組效率低、碳排放高等問題，同時為進(jìn)一步提高發(fā)電機組效率，還面臨新循環(huán)、新工質(zhì)、新材料及工藝開發(fā)方面的挑戰(zhàn)。未來還需找準(zhǔn)方向，加大技術(shù)攻關(guān)。煤炭清潔高效發(fā)電領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展路線見表1。

表1 煤炭清潔高效發(fā)電領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展路線

續(xù)表

2 可再生能源發(fā)電

水電領(lǐng)域，西方發(fā)達(dá)國家在20世紀(jì)80年代基本完成水能資源開發(fā)任務(wù)，水電開發(fā)程度總體較高，瑞士、法國、意大利水電開發(fā)程度已超過80%，德國、日本、美國水電開發(fā)程度也在67%以上，水力發(fā)電技術(shù)也較成熟。我國水電技術(shù)已實現(xiàn)了全產(chǎn)業(yè)鏈的全面提升，水電工程勘察設(shè)計和施工技術(shù)、大型水輪發(fā)電機組制造、遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)等處于世界領(lǐng)先水平，水電設(shè)備產(chǎn)業(yè)形成了設(shè)計、制造、安裝、運行維護(hù)等全產(chǎn)業(yè)鏈整合能力，在水輪機、水輪發(fā)電機設(shè)計和制造方面整體達(dá)到國際先進(jìn)水平，部分機型達(dá)到國際領(lǐng)先水平，但對于沖擊式水輪機技術(shù)，國內(nèi)還缺乏經(jīng)驗，在設(shè)計、流動機理、結(jié)構(gòu)、材料、控制等方面與國外技術(shù)相比還有較大差距。未來水電開發(fā)需減輕對社會及生態(tài)環(huán)境的影響。在常規(guī)水電技術(shù)方面，需加大在高水頭大容量沖擊式機組和超低水頭水力發(fā)電技術(shù)的技術(shù)攻關(guān)；水電站安全運行技術(shù)方面，還需開展長江上中游特大水利樞紐調(diào)控與安全運行技術(shù)、高壩通航建筑物運行維護(hù)和安全監(jiān)測技術(shù)、水庫地震關(guān)鍵技術(shù)研究等；智能水電技術(shù)與設(shè)備方面，需開發(fā)信息共享技術(shù)、設(shè)備數(shù)字化技術(shù)、智能一體化平臺、數(shù)據(jù)應(yīng)用智能化技術(shù)等，實現(xiàn)水電領(lǐng)域清潔高效發(fā)展；另外，還需突破針對微小水電、魚類友好型水電系統(tǒng)的設(shè)計制造和運行相關(guān)技術(shù)。水電領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展路線見表2。

表2 水電領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展路線

風(fēng)電領(lǐng)域，我國風(fēng)能技術(shù)從陸上到海上、集中式到分布式，關(guān)鍵部件到整機設(shè)計制造，風(fēng)電場開發(fā)運維，標(biāo)準(zhǔn)、檢測和認(rèn)證體系等方面進(jìn)行了全面研究部署和突破，建立了大功率機組及部件全產(chǎn)業(yè)鏈設(shè)計制造技術(shù)體系，在低風(fēng)速及復(fù)雜地形下風(fēng)電機組開發(fā)方面優(yōu)于國外水平，但在基礎(chǔ)和共性關(guān)鍵技術(shù)方面與國外存在差距，主要體現(xiàn)在以下5方面：① 風(fēng)電場的規(guī)劃需更具科學(xué)性，如何在低風(fēng)速區(qū)域?qū)崿F(xiàn)風(fēng)能利用是未來研究的關(guān)鍵方向；② 風(fēng)電機組核心部件要逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化，加強自動控制、新材料、模型設(shè)計等方面的科研力度投入；③ 提升單機容量，推進(jìn)配套技術(shù)如結(jié)構(gòu)力學(xué)仿真、工藝制造等研發(fā)，降低運維成本；④ 更新風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)，目前我國風(fēng)電并網(wǎng)代表性技術(shù)為串補技術(shù)，處于世界前列，但仍需解決同步諧振及其他電力傳輸問題[18-20]；⑤ 廢棄風(fēng)電機組回收再利用技術(shù)尚不成熟。未來需要推廣風(fēng)電大規(guī)模高比例先進(jìn)并網(wǎng)技術(shù)，推動風(fēng)機機組大型化技術(shù)、漂浮式海上風(fēng)電技術(shù)、超導(dǎo)風(fēng)力和高空風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、廢棄風(fēng)電機組材料的無害化處理與循環(huán)利用技術(shù)等研發(fā)，以及人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)在風(fēng)電領(lǐng)域的應(yīng)用，并提高風(fēng)機關(guān)鍵部件的國產(chǎn)化率，開發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的風(fēng)電核心設(shè)計軟件[21]。風(fēng)電領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展路線見表3。

表3 風(fēng)電領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展路線

太陽能發(fā)電領(lǐng)域，我國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)規(guī)模和制造能力處于世界先進(jìn)水平，光伏電池及組件、逆變器等產(chǎn)品技術(shù)水平與世界同步，晶體硅電池的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)保持國際先進(jìn)水平，薄膜太陽能電池技術(shù)保持全球領(lǐng)先，具有成本低廉、無環(huán)境污染等特點的無鉛酸電池廣泛應(yīng)用于我國光伏發(fā)電領(lǐng)域，可用于大規(guī)模無人太陽能光伏電站，同時逆變器的先進(jìn)非線性控制技術(shù)如模糊控制、復(fù)合控制等技術(shù)也已得到廣泛應(yīng)用，這對于提升光伏電站的穩(wěn)定性和可靠性具有重大意義[22-24]，未來還需開發(fā)高效率低成本，與互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等深度融合的光伏產(chǎn)業(yè)，推廣先進(jìn)的大規(guī)模高比例光伏并網(wǎng)技術(shù)，探索和示范光伏與其他領(lǐng)域的多元化協(xié)同應(yīng)用。在光熱發(fā)電方面，采用的技術(shù)路線主要為槽式、塔式和線性菲涅爾式，我國經(jīng)過10余年技術(shù)研發(fā)已掌握了光熱發(fā)電的核心技術(shù)，研發(fā)了系列具有自主知識產(chǎn)權(quán)的專用設(shè)備，商業(yè)化應(yīng)用也較成熟，但在電站系統(tǒng)設(shè)計、集成運行等方面與國外差距明顯，未來還需開展大容量、高參數(shù)、長時間儲熱、低成本的光熱發(fā)電技術(shù)攻關(guān)和示范應(yīng)用。太陽能發(fā)電領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展路線見表4。

表4 太陽能發(fā)電領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展路線

地?zé)岚l(fā)電方面，分為水熱型和干熱巖型。其中，水熱型地?zé)岚l(fā)電資源豐富，我國目前已有地?zé)嵴魵鈹U容發(fā)電技術(shù)、有機工質(zhì)朗肯循環(huán)地?zé)岚l(fā)電技術(shù)和地?zé)崛靼l(fā)電技術(shù)3種方式的工程應(yīng)用，西藏的羊八井電站已穩(wěn)定運行26.18 MW蒸氣擴容發(fā)電和全流發(fā)電機組超過30 a；2020年在山西大同發(fā)現(xiàn)了160 ℃地?zé)崽?，并?021年投產(chǎn)建成300和280 kW兩臺雙工質(zhì)地?zé)岚l(fā)電機組[25]，未來地?zé)岚l(fā)電還需加大關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和體系建設(shè)，實現(xiàn)地?zé)嵴羝啓C發(fā)電機組關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備自主化，建設(shè)規(guī)?；盟疅嵝偷?zé)崾痉豆こ獭８蔁釒r型地?zé)岚l(fā)電方面，目前技術(shù)研發(fā)仍停留在實驗室階段，未來還需攻克資源靶區(qū)定位、超高溫鉆井及測井等技術(shù)以及干熱巖儲層激發(fā)技術(shù)、地?zé)岣咝菁壘C合利用技術(shù)等[26-27]，實現(xiàn)地?zé)崮艿木C合梯級利用。地?zé)岚l(fā)電領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展路線見表5。

表5 地?zé)岚l(fā)電領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展路線

海洋能發(fā)電方面，目前我國研究水平與國外相當(dāng)，處于并跑階段，部分技術(shù)世界領(lǐng)先，但工程示范規(guī)?？傮w偏小、技術(shù)成熟度也不高。浙江大學(xué)在浙江舟山建立了60 kW微網(wǎng)潮流能發(fā)電試驗機組，并實現(xiàn)了120 kW機組并網(wǎng)投運，是目前國內(nèi)實際發(fā)電時間最長、發(fā)電量最大的機組，有望在東海海域推廣應(yīng)用；中國科學(xué)院廣州能源研究所在珠海市萬山海域投產(chǎn)建成100 kW波浪能發(fā)電機組，并成功發(fā)電15 000 kWh，可用于南海等海域推廣應(yīng)用[28]。未來還需完善潮流能、波浪能裝置設(shè)計體系，突破關(guān)鍵基礎(chǔ)元器件和功能部件設(shè)計制造技術(shù)，推動波浪能、潮流能技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，建立完整的海洋能產(chǎn)業(yè)鏈。

海洋能發(fā)電領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展路線見表6。

表6 海洋能發(fā)電領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展路線

3 核 能

國外如美國西屋公司AP1000技術(shù)、俄羅斯國家原子能公司AES-2006和VVER1200技術(shù)、法國阿?，m公司的EPR技術(shù)、韓國原子能公司的APR1400技術(shù)等在全球核電領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先地位。我國是世界上少數(shù)幾個擁有完整核燃料循環(huán)和核工業(yè)體系的國家之一，目前第3代壓水堆技術(shù)已居世界第一陣營，自主研發(fā)的“華龍一號”于2020年10月示范運行達(dá)到臨界狀態(tài)，正式開始帶功率運行，“國和一號”于2020年9月正式開建；在核電工程技術(shù)應(yīng)用方面，我國也位居世界前列，三門核電廠2018年9月建成全球首臺商業(yè)運營的AP1000機組，田灣核電廠引進(jìn)俄羅斯VVER-1200技術(shù)的7號機組已于2021年9月開始建設(shè)；在第4代反應(yīng)堆研發(fā)方面，我國同樣走在世界前列，我國加入的“第4代核能系統(tǒng)國際論壇(GIF)”提出的6種技術(shù)路線目前正處于示范工程驗證和研發(fā)階段；但在當(dāng)今備受關(guān)注的小型模塊化核反應(yīng)堆(SMR)方面，我國處于起步階段，部署中的小堆型號有中核“玲瓏一號”(ACP100)、中廣核ACPR50S和“燕龍”池式低溫供熱堆技術(shù)等，而美國、俄羅斯等國正加快推進(jìn)其研發(fā)設(shè)計，最早有望在2023年建成投產(chǎn)[29]?？傮w來講，我國在核能基礎(chǔ)技術(shù)、工藝、材料、軟件等方面卡脖子問題仍然存在，部分核心技術(shù)受制于人。未來還需開展先進(jìn)核能系統(tǒng)技術(shù)的研發(fā)，突破超高溫氣冷堆技術(shù)以及核能制氫、綠色冶金技術(shù)；堅持走閉式核燃料循環(huán)技術(shù)路線，實現(xiàn)核能可持續(xù)發(fā)展；另外，通過技術(shù)攻關(guān)，持續(xù)改進(jìn)核能利用的安全性[30]。核能領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展路線見表7。

表7 核能領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展路線

4 先進(jìn)儲能

全球已投運儲能項目中，抽水蓄能累計裝機占比最大，其次為電化學(xué)儲能；在各類電化學(xué)儲能中，鋰離子電池的累計裝機規(guī)模最大。目前投入商業(yè)化運行的規(guī)模儲能技術(shù)主要有抽水蓄能、鋰離子電池、鉛酸電池、鈉硫電池技術(shù)，液流電池、壓縮空氣和飛輪儲能處于小規(guī)模示范階段。抽水蓄能的發(fā)展受制于地理環(huán)境，無法滿足多種應(yīng)用場景需求。鉛酸電池性價比不高，無法代表先進(jìn)的儲能技術(shù)，鋰離子電池安全事故頻發(fā)，鈉硫電池全球范圍內(nèi)只有日本NGK生產(chǎn)，缺少產(chǎn)業(yè)鏈和規(guī)模化效應(yīng)，且同樣存在安全性問題。當(dāng)前我國儲能正在向規(guī)?；l(fā)展方向邁進(jìn)，但儲能產(chǎn)業(yè)距離整體健康發(fā)展仍有距離。抽水蓄能仍具有規(guī)模優(yōu)勢，但進(jìn)展緩慢，近年來發(fā)展起來的地下抽水蓄能可以有效利用礦井等洞穴，改造成地下水庫，但礙于成本高昂目前仍未實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用[31]。電化學(xué)儲能技術(shù)占比不斷提高，其中鋰離子電池占據(jù)市場主導(dǎo)，超級電容正處于技術(shù)研發(fā)階段，提高其能量密度和降低材料成本將是研發(fā)重點方向，低溫活室溫鈉硫電池的理論能量密度很高，成本也較低廉，該技術(shù)也是目前研究的熱點。未來需要針對現(xiàn)有儲能技術(shù)在安全性、適應(yīng)性、規(guī)模化以及成本等方面存在的問題，加大不同時長儲能技術(shù)(短時高頻儲能技術(shù)、中長時間尺度儲能技術(shù)和超長時間尺度儲能技術(shù))的科技攻關(guān)和工程應(yīng)用。

儲能領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展路線見表8。

表8 先進(jìn)儲能領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展路線

5 氫 能

氫能廣泛應(yīng)用于電力、鋼鐵、有色金屬、煤化工、石油化工等領(lǐng)域，是重要的原料和燃料。氫能方面，我國制氫規(guī)模位居世界首位，已形成氫能“制—儲—運—加—用”完整產(chǎn)業(yè)鏈，但產(chǎn)業(yè)布局趨同、技術(shù)成本高、應(yīng)用場景單一，制約了產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，氫能技術(shù)與國際先進(jìn)水平也有差距。我國90%以上氫氣來自于煤制氫，屬于灰氫，制氫過程會造成大量碳排放，采用可再生能源綠色電力制氫是支撐我國可再生能源和氫燃料電池產(chǎn)業(yè)協(xié)同健康發(fā)展的關(guān)鍵，近年來我國在新一代質(zhì)子交換膜(PEM)水電解制氫技術(shù)的研發(fā)水平不斷提升，但在產(chǎn)能規(guī)模、設(shè)備制造與控制水平上與國外相比仍有差距，尤其是電解槽裝置制造所需的質(zhì)子交換膜仍依賴進(jìn)口；運氫和儲氫配套核心材料部件也依賴進(jìn)口，溫和條件液態(tài)化規(guī)模儲備、高密度存儲、長距離大規(guī)模運輸、低成本快速加注等關(guān)鍵技術(shù)仍需突破；氫能利用方面如燃料電池技術(shù)大多還處于技術(shù)驗證階段[32-33]。未來，應(yīng)以發(fā)展綠氫為方向，加強應(yīng)用場景和高效低成本技術(shù)的融合創(chuàng)新。

氫能領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展路線見表9。

表9 氫能領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展路線

6 技術(shù)發(fā)展?jié)摿Ψ治?/h2>

我國“富煤貧油少氣”的資源稟賦決定了煤炭在未來一段時間內(nèi)仍將占據(jù)我國能源結(jié)構(gòu)的主體地位。在我國能源安全新戰(zhàn)略及“雙碳”目標(biāo)背景下，從實際國情出發(fā)，仍需大力推進(jìn)煤炭清潔高效利用，發(fā)揮煤炭的兜底保障作用。2030年前，我國能源消費總量及碳排放達(dá)峰，煤炭處于消費峰值平臺期，支撐非化石能源提供能源消費增量；2031—2060年，我國能源結(jié)構(gòu)快速轉(zhuǎn)型，煤炭消費逐年降低，非化石能源逐步成為主體能源，碳排放快速下降。

在我國能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的趨勢下，煤電發(fā)揮其在電力系統(tǒng)的支撐性和調(diào)節(jié)性作用的同時與清潔能源相互融合、共同發(fā)展，以支撐新能源為主體的新型電力系統(tǒng)發(fā)展，保障我國能源電力安全。全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織對我國能源轉(zhuǎn)型及近中長期電力發(fā)展進(jìn)行研究，預(yù)測并分析了各技術(shù)的發(fā)展?jié)摿?未來裝機容量)[34]，具體見表10?？芍诤椭衅?，煤電仍是保障我國電力供需總體平衡的主力電源，2025年和2030年分別占裝機總?cè)萘康?7.3%和27.6%，2030年前新增電力需求由清潔能源提供；遠(yuǎn)期煤電裝機快速下降，清潔能源電力加速發(fā)展，形成多元清潔能源的電力供應(yīng)體系。

表10 2025—2060年我國電源裝機構(gòu)成[34]

7 結(jié) 語

實現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)，科技創(chuàng)新是關(guān)鍵。雖然近年來發(fā)電領(lǐng)域的科技創(chuàng)新水平得到實質(zhì)性提升，一些關(guān)鍵技術(shù)快速發(fā)展，但不足以支撐我國如期實現(xiàn)碳中和目標(biāo)，各發(fā)電領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)供給不足，在基礎(chǔ)技術(shù)、工藝、材料、軟件等方面仍存在“卡脖子”問題，部分核心技術(shù)受制于人。在構(gòu)建“清潔低碳、安全高效”能源體系和“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的要求下，發(fā)電領(lǐng)域還需深入實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，針對發(fā)電領(lǐng)域當(dāng)前的低碳轉(zhuǎn)型科技創(chuàng)新現(xiàn)狀和存在的問題，按照“低碳技術(shù)為基礎(chǔ)、零碳技術(shù)為重點、負(fù)碳技術(shù)為保障”的原則部署各發(fā)電領(lǐng)域，支撐“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的科技創(chuàng)新路徑，瞄準(zhǔn)世界先進(jìn)水平，加大低碳轉(zhuǎn)型技術(shù)的科技攻關(guān)，加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)綠色低碳轉(zhuǎn)型，全面推進(jìn)能源綠色低碳發(fā)展和生產(chǎn)方式的革命性變化，加快形成節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式，為構(gòu)建以新能源為主的新型電力系統(tǒng)和全社會實現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)發(fā)揮引領(lǐng)示范作用。