引领未来的颠覆性能源技术

    【颠覆性技术】

    开栏的话

    上期科学周刊，我们刊登了颠覆性技术相关内容，引起了读者的广泛兴趣。本月，我们开设“颠覆性技术”专栏，继续介绍其他领域颠覆性技术的预测和展望。

    新一轮能源技术革命正在孕育兴起，以非常规油气勘探开采技术、可再生能源、先进核能为代表的颠覆性能源技术，正在并将持续改变世界能源格局，对人类社会带来巨大影响。

    非常规油气勘探开发技术在北美率先取得突破，水平井钻井和水力压裂技术的进步引发页岩气革命，为美国从世界最大能源进口国转变为世界主要能源出口国做出重要贡献，改变了世界能源格局；同时大幅降低了美国化工业的生产成本，为其赢得竞争优势。页岩气革命深刻影响了美国内政外交政策。

    可再生能源正逐步成为新增电力重要来源。2015年全球可再生能源发电新增装机容量首次超过常规能源发电装机新增容量，2030年可再生能源有望成为全球最大的电力来源。可再生能源的快速发展不仅将给电网结构和运行模式带来重大变化，而且将使依赖化石能源出口的国家面临经济下滑的风险。在这一背景下，沙特阿拉伯于2016年发布“2030愿景”和“国家转型计划”，未雨绸缪推动能源转型。

    核裂变能具有高效、低碳排放等优点，三代核电技术已逐渐成为新建机组主流技术，四代核电技术、小型模块式反应堆、先进核燃料及循环技术研发不断取得突破。可控核聚变俗称“人造太阳”，可为人类提供清洁、安全而且原料取之不尽的能源，是人类最终解决能源问题的希望。为验证和平利用核聚变的科学和技术可行性，欧盟、美国、中国、日本、韩国、俄罗斯和印度正在联合建设国际热核聚变实验堆，可能在未来十年建成，核聚变商业化利用可能在本世纪中叶实现。

    近年来，主要能源大国均出台了一系列政策措施，采取行动加快颠覆性能源技术创新。例如，美国在奥巴马执政时期发布了《全面能源战略》等战略计划，将“科学与能源”确立为第一战略主题，设立了先进能源研究计划署和能源创新中心等新型能源研发创新平台。特朗普上台后，发布《美国优先能源计划》，明确提出拥抱页岩气革命。美国陆续出台了一系列研究计划，推进非常规油气资源开发，发展可再生能源、四代和小型模块化先进核能以及氢能。特别是，美国提前3年实现“太阳能计划”2020年目标，即太阳能光伏发电成本降至6美分/千瓦时，并进一步制定了成本再降低一半的2030年目标。

    再比如，欧盟在2011年发布了《2050能源技术路线图》，将加快发展可再生能源和在安全可靠基础上继续发展核能列入能源政策重点，突出可再生能源在能源供应中的主体地位，启动了欧洲核聚变联合研究计划。日本在2016年连续发布了面向2030年的《能源革新战略》和面向2050年的《能源环境技术创新战略》。《能源革新战略》确定了节能挖潜、扩大可再生能源和构建新型能源供给系统这三大改革主题，以实现能源结构优化升级，构建可再生能源与节能融合型新能源产业。

    2014年6月，习近平总书记在中央财经领导小组第六次会议上指出，面对能源供需格局新变化、国际能源发展新趋势，为保障国家能源安全，必须推动能源生产和消费革命。2016年3月，国家发改委与国家能源局联合发布了能源技术革命创新行动计划（2016–2030年），非常规油气和深层深海油气开发、先进核能技术，可再生能源技术、氢能与燃料电池技术等被列入重点创新任务。

    在党中央坚强领导下，经过全国科技界和社会各界多年共同努力，我国已初步掌握了页岩气勘探开发关键装备技术，成为继美国和加拿大之后第三个具备商业化开发页岩气能力的国家。我国在天然气水合物试开采方面取得重大突破，同时达到了日均产气一万方以上以及连续一周不间断的国际公认指标，不仅表明我国天然气水合物勘查和开发的核心技术得到验证，也标志着中国在这一领域的综合实力达到世界顶尖水平。我国商品化可再生能源利用量占一次能源消费总量的10.1%，全部可再生能源发电量约占全社会用电量的25%（2015年）。我国已具备成熟的大型水电设计、施工和管理运行能力；风电技术水平明显提升，关键零部件基本国产化；光伏电池技术创新能力大幅提升，建立了具有国际竞争力的光伏发电全产业链，光伏组件产量达到全球总产量的70%左右。第三代核电“华龙一号”跻身世界前列，已成为国产装备“走出去”的又一张名片。大型先进压水堆和高温气冷堆核电正在进入世界先进行列。铅基反应堆、钍基熔盐堆、超高温气冷堆等未来先进核裂变能系统取得重大进展。我国建造了全超导托卡马克实验装置，成功实现了电子温度超过5千万度、持续时间达102秒的超高温长脉冲等离子体放电，这是国际托卡马克实验装置上电子温度达到5000万度持续时间最长的等离子体放电，标志着我国在稳态磁约束聚变研究方面继续走在国际前列。

    （作者：边文越，系中科院科技战略咨询研究院助理研究员）