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摘要：能源资源的开发利用是关系到我国经济社会有序发展的基础。通过国内外能源消费结构分析发现，煤炭在我国一次能源消费结构中仍占很大比重，2030年能源消费预测煤炭的降低幅度有限，核能、水电，以及其他新能源上升幅度也有限。本文从我国能源消费结构出发，分析我国能源资源现状与发展前景，总结能源科技前沿领域，提出能源资源各领域重大科技问题，以加快我国能源资源开发利用步伐。
关键词：能源；科技；可持续发展
前言
要发展资源勘探开发和高效利用技术，积极发展大陆架和地球深部能源资源勘查和开发，积极发展可再生能源和新型、安全、清洁替代能源，形成可持续的能源资源体系，切实保障我国能源资源有效供给和高效利用，使我国能源资源产业具有国际竞争力。要发展节能建筑、轨道交通、电动汽车技术，加强煤的清洁高效综合利用、煤转天然气、煤制重要化学品技术研发，构建覆盖城乡的智能、高效、可靠的电网体系。第一次把能源资源的开发利用放到第一位，充分显示了能源资源的重要性与重要地位。
1能源革命的大趋势
1.1能源安全的新观念
1.1.1能源供给安全观念的革新
应由供给侧单向提供保障，转向由供给侧和需求侧双向协同提供保障的观念，即转向“以科学供给满足合理需求”，把抑制不合理需求提升到保障我国能源安全的战略高度，通过能源需求的合理化，供应的科学化、洁净化、低碳化，实现我国可持续的能源安全保障。
1.1.2能源的环境安全观
由单纯的“保障供给”理念，转向“保障供给和保护环境并重”的理念，把解决能源利用造成的生态环境问题提升到国家安全的战略高度。
1.1.3国际竞争环境中的能源安全观
人类文明形态的进步将伴随着能源革命，国际能源结构的优化、能源效率的提高、能源科技的进步、能源价格的优势等对我国能源的核心竞争力构成挑战也提供机遇。我国长远能源安全观应基于新能源科技和产业的振兴，占领未来能源新科技的战略制高点，确立国际视野和长远战略眼光的能源安全观。中国能源结构变革的三个历史阶段，化石能源为主（化石能源>90%）阶段（过去）；多元结构（非化石能源>10%）阶段（目前）；非化石能源为主（非化石能源>50%）阶段（几十年后）。可以肯定，低碳能源将逐步成为中国和全球的“常规能源”。
1.1.4未来社会的形态与能源转型
把握能源科技发展前沿，促进能源资源有效开发利用，是解决我国能源消费问题、提高能源利用效率、节能减排的关键。应站在中国低碳发展的战略高度，在项目实践中进一步科学深入地剖析、认识和创新，指引中国能源利用研发走上快速发展之路。未来将是更加个性化的以消费者为中心的社会，需要更多的分布式能源供给，智能化网络化的管理使能效提升；基础设施的投资将加大对分布式电器、分布式发电设施以及智能化的投资，把智能技术与绿色、低碳能源相结合；人类将拥有更高的资源循环利用能力。
1.2 智能微电网相关技术
智能微电网（Micro Smart Grid）是将可再生能源发电技术（风力发电、光伏发电、生物质能、潮汐能等）、能源管理系统（EMS）和输配电基础设施高度集成的新型电网，它具有提高能源效率、提高供电的安全性和可靠性、减少电网的电能损耗、减少对环境的影响。强化科研技术，深入开发建设微电网有利于扩大分布式电源与可再生能源的大规模接入，为负荷地区提供可靠的供给，实现有效的主动式配电网方式，促进智能微电网变革。
2能源科技可持续发展
2.1储能技术可能具有颠覆性
高能量密度储能技术可能是一个颠覆性的技术领域，它将与间歇性可再生能源配合，使其高效规模化发展；它将使电动汽车轻量、小型；并将使智能电力系统节能提效，也可用于智能小区的管理。所以，储能技术是各国着力创新的领域。
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由光伏发电系统、蓄电池储能系统、电动汽车充换电装置及分布式微网控制系统组成，将优先利用清洁的光伏发电为电动汽车提供电力供给。该充换电站可协调光伏自发电力和电网供电，应对高强度充电负荷，缓冲集中快速充电所引起的负荷剧烈波动。动力电池是电动汽车的动力来源，与电网系统的互联互通十分紧密，车载电池也可成为一种有效的储能单元。未来的电动汽车不仅是一种交通工具，更是一种有效的储能装置和电力调节工具。
2.1.1化学储能
以色列研制的空气锂电池，比锂-镁电池的储电量提高8倍，而西班牙的石墨烯电池的储电量又比空气锂电池高出5倍；操控和设计纳米材料的能力推动了储能的创新，美国斯坦福大学研究的覆盖有石墨烯的镍纳米粒子锂离子电池，被称为“不会起火的纳米粒子电池”；液体电池、铅炭电池、纳米储能、智能储能（由电池组和功率检测器及电脑组成）、纤维状超级电容器等呈百花竞开之势，无线的电磁充电技术也在发展中。
2.1.2物理储能
除抽水蓄能外，压缩空气储能、飞轮储能、相变储能、制氢储能等也有新进展。材料科学与能源技术创新不断涌现，佛罗里达州立大学开发了一种单层水钠锰（birnessite）材料，可在阳光照射下把雨水变成能源。可穿戴摩擦纳米发电机，已成为一个研究热点。斯坦福大学设计了一种微生物电池，在分解污水中的动植物废物时，可提取约30%的能源（产电菌），可部分弥补污水处理的电耗。染料涂层塑料既轻又薄，可使砷化镓太阳能电池能效加倍。强磁热效应的新材料会引起制冷技术革命，等等。
2.2可再生能源是未来低碳能源的主力
2.2.1水电
属于较成熟的技术，目前是可再生能源的主力，且仍有开发前景，并可做到水电与生态保护的双赢。
2.2.2太阳能电池
硅基的柔性薄膜太阳能电池、CIGS薄膜太阳能电池、非硅（聚合物的）超轻超薄的柔性太阳能电池以高的功率/重量比为特征；硅与半导体联姻的太阳能电池转换效率可达40%~50%；全天候太阳能电池等也竞相发展，以材料和工艺的创新为基础。在应用形式上，可做成适合与建筑物结合的PowerWall，屋顶太阳能等，进而建成能够生产能源的智能楼宇。若4000万个屋顶装太阳能，容量可达400GW。太阳能热发电有多种形式，关键在于提高光热转化效率，降低热损失。此外太阳能直接热利用也有新的发展空间。
2.2.3风能技术
有多方面的创新势头，风机形状和排布的新形式；风机组成控制系统；变速恒频风力发电系统，使用智能逆变器让光伏和风电实现无缝并网（德国）；高空风的利用与低速风的利用；风机叶片的复合材料与新工艺，包括轻型、柔性叶片和气动控制装置、传动系统的创新、新型传感器和智能控制系统；海上风电机组抗台风和腐蚀技术；间歇性的风能（及太阳能）峰值的利用技术：如电解水制氢、海水淡化等，以减少弃风、弃光。
2.2.4生物质能的多种应用技术
生物纤维素乙醇（如秸秆乙醇）需进一步提高生物酶的活性、降低成本；生物沼气，已可推广应用；秸秆破碎压缩固体成型，可用于供热等；生物质及垃圾的热解法生产油、气，垃圾发电技术等在农村能源形态变革中可发挥重要作用。
2.3先进安全的核能技术
核能是一个科技含量高的领域。目前在全球实际应用的核裂变发电方面，需要关注：核废物的减量技术、嬗变技术及最终安全、环境友好的处置技术；更先进的堆型（含第四代堆、小型模块式堆）的研究；非常规铀资源勘探开发技术，从海（湖）水中提取铀的技术等。为了实现受控核聚变，国际上正在合作进行磁约束核聚变（ITER实验堆），几个大国在研究不同概念的惯性约束聚变（如激光核聚变、Z-Pinch聚变）以及聚变—裂变混合堆等，特别要鼓励核聚变新概念的研究。
结语：能源是一个多学科交叉的应用领域，其创新发展与材料科学、生物技术、信息技术的发展关系密切，故需加强基础研究。同时，新能源科技的突破也有难度和不确定性。重要的是认准战略方向，坚持努力并发展国际合作。中国能源的安全和可持续与全球能源的安全、可持续，本质上是一致的。创造一个绿色、低碳、高效、安全的新型能源体系，将为国家和人类的永续发展作出贡献。
参考文献：
[1]未来五年我国拟批准多项能源科技重大示范工程[J].水泵技术.2012（03）：123-123.
[2]能源局正式发布能源科技“十二五”规划[J].移动电源与车辆.2012（01）：90-90.
论文作者:崔明,隋建波
论文发表刊物:《电力设备》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/29
标签：能源论文; 技术论文; 储能论文; 电网论文; 太阳能电池论文; 资源论文; 我国论文; 《电力设备》2017年第25期论文;