2022年上半年能源领域世界科技发展趋势

氢能部署加速，低碳制氢技术涌现。英国发布《英国能源安全战略》，氢能方面，计划到2030年将其氢气产量翻一番，达到10吉瓦，其中至少一半来自电解制氢；到2050年低碳氢供应量达到240至500太瓦时。德国和澳大利亚在“德澳氢能创新和技术孵化器”框架下，推动新技术研发，包括可降低电解槽成本或提高电解槽效率的技术、降低氢气转化或再转化设施成本的技术，以及太阳能或风能发电站内集成大型电解槽的技术等。西班牙通过“可再生能源、可再生氢能及储能的经济复苏和转型”战略项目计划，将投资15.5亿欧元用于推进可再生氢产业，并吸引28亿欧元的私人投资。欧盟委员会清洁氢能联盟发布《2021-2027年氢能战略研究与创新议程》，明确氢能研发重点领域和优先事项，包括可再生能源制氢、氢能存储和分配、氢能终端应用以及氢谷示范项目等。新技术方面，美国国家可再生能源实验室开发“太阳能热化学制氢”技术，将金属氧化物暴露在超过1400℃的温度下，再在更低的温度下与蒸汽再氧化，产生氢气，此方法比常规电解水制氢具有更高的效率。英国结合氢燃料锅炉、电空气源热泵和智能控制技术，开发出全球首个智能氢混合供热系统，提供了一种安全、廉价的供热方案。韩国科学和技术研究所开发出一种廉价、高效、长寿命的阴离子交换膜（AEMs），实现了7.68安培每平方厘米的新电池性能记录，约是现有AEMs性能的6倍、寿命的10倍左右。日本千代田株式会社完成全球首次甲基环己烷（MCH）运输，证明了以MCH的形式长期储存和运输氢的可行性；川崎重工的全球第一艘液化氢运输船Suiso Frontier成功将澳大利亚的氢气运抵日本。加拿大PyroGenesis公司推出将甲烷和其他轻烃转化为零碳排放氢气的制氢技术，该技术通过热等离子热解从碳氢化合物中生产氢，该公司称其理论电力成本比水电解法低3倍。澳大利亚建设全球首个“抽水蓄能+制氢”综合项目，其包括600兆瓦抽水蓄能、300兆瓦制氢、50兆瓦液化氢、50兆瓦氢燃料电池和1.8吉瓦风力发电设备。

先进储能技术受到重塑，应用场景更加多元。美国能源部开发“太阳能+储能”一体化技术，提高应对极端天气事件的抵御能力；美国能源部和西北太平洋国家实验室启动国家电网储能研发平台，开发下一代储能材料、器件和原型系统，并计划在电网运行环境下进行独立测试和验证；美国能源部先进能源研究计划署开发新型的筒管式架构锂电池，该设计将增加电极材料的厚度，从而存储超过目前研究的同等尺寸下储存的能量，以降低每千瓦时能源存储的总成本；美国Form Energy公司利用可逆生锈原理制造铁空气电池，其充电时电流将铁锈转化为金属铁，电池释放氧气，放电时电池从空气中吸收氧气并将铁金属转化为铁锈，储电成本将不到锂离子电池的十分之一，同时电池原料丰富且易回收利用；美国Green Hydrogen International公司在得克萨斯州南部建造盐穴储能设施，可储存大量压缩氢气并在需要时通过管道运输。英国商业、能源和工业战略部在“长时储能示范计划”框架下开发一系列先进储能技术，包括热电池技术、36兆瓦时超高温储能系统、电力转化为多种载体储能技术、40兆瓦时钒液流电池长时储能、海上长时储能技术和基于混凝土3D打印的船用抽水蓄能技术等。英国研究与创新署开发基于粒子稳定乳液和氢载体的新型混合氧化还原液流电池，这种电池不需要使用有毒或昂贵组件；开发用于储能的等离子体电催化技术，并将建造原型设备。波兰铁路供电公司PKP Energetyka开发一种基于绿氢的能源存储系统，系统单次存储氢可达23千克，电解槽的功率输出为36千瓦，燃料电池的功率输出为20千瓦，将用于为铁路车辆提供动力。日本新能源产业技术综合开发机构启动“下一代蓄电池和电机开发”项目，将开发高容量电池（如全固态电池）及其材料，这种电池的能量密度超过每升700-800瓦时，是当前水平2倍以上；日本开发替代钴、石墨等的材料和低碳制造工艺，降低电池成本。

先进核技术不断突破，核能应用不断扩大。在先进核技术方面，美国X-energy公司将建设美国首座商业化高丰度低浓铀燃料制造厂，该厂使用高丰度低浓铀来生产三元结构各向同性（TRISO）燃料，预计到2025年每年将生产8吨燃料；美国BWX技术公司也计划制造TRISO燃料，将用于BANR移动式微型高温气冷堆。英国First Light fusion公司利用弹丸聚变技术首次成功实现核聚变，公司还计划在2030年代建设一座功率15万千瓦的试点聚变电厂。加拿大政府为西屋电气公司投资，支持其开发下一代eVinci热管反应堆。在核能应用方面，美国DARPA推动敏捷核动力运行示范火箭项目，开发核热火箭发动机，计划于2026年进行核热推进的太空飞行演示；五角大厦战略能力办公室推动微型核反应堆开发计划《Pele Project》，将设计发电量为1-5兆瓦、总重量在40吨内的微型核反应堆。日本三菱重工开发可用卡车运输的超小型核电站，用于灾害地区能源供应。丹麦Seaborg公司为韩国三星重工的浮动核电厂开发装机容量200兆瓦的模块化紧凑型熔盐堆，后续该核电厂将用于制氢和制氨。