北极星氢能网讯:能源科技是当今科技创新最主要和最活跃的领域 之一★ღღ。在油气★ღღ、氢能★ღღ、储能★ღღ、核聚变能等方面都有可能出现颠覆性新技术★ღღ，不论哪一种颠覆性技术出现★ღღ， 都会极大地改变世界能源供需格局★ღღ。

　　摘要★ღღ：能源科技的发展将深刻地影响着未来能源格局★ღღ，因此能源发展前景预测对国家政策制定和企业战略谋 划都意义重大★ღღ。文章在对能源现状与发展趋势分析的基础上★ღღ，总结了能源转型多元化★ღღ、低碳化★ღღ、分散化★ღღ、数 字化和全球化的“五化”特征★ღღ，指出了 2016 年以来出现的中美经贸摩擦★ღღ、低油价和人工智能技术应用等方 面的新变化特征★ღღ，并就能源领域未来科技发展趋势提出了低成本技术★ღღ、信息技术和颠覆性技术 3 个方面的思 考★ღღ，以期为我国积极应对能源转型★ღღ，布局未来能源科技提供点滴参考★ღღ。

　　现代社会★ღღ，能源★ღღ、粮食和水是人类赖以生存的三 大必需品★ღღ。能源关乎人类社会的全面发展★ღღ，与国内生产总值（GDP）息息相关[1]（图 1）★ღღ。

　　能源发展前景预测对国家政策制定和企业战略谋 划都意义重大★ღღ。能源科技的发展将深刻地影响未来能 源格局★ღღ，“科技决定能源的未来★ღღ，科技创造未来的能 源”[2]★ღღ。为此★ღღ，各国十分重视能源科技的发展★ღღ，并制 定能源战略计划★ღღ，如美国的《全面能源战略》★ღღ、欧盟 的《2050 能源技术路线 年能源环境创新战略》等★ღღ。

　　我国《能源技术革命创新行动计划（2016—2030 年）》提出★ღღ，到2030年★ღღ，建成与国情相适应的完善 的能源技术创新体系★ღღ，能源技术水平整体达到国际先 进水平★ღღ，以支撑我国能源产业与生态环境协调可持续 发展★ღღ，以及进入世界能源技术强国行列的奋斗目标★ღღ。 该计划部署了 15 个重点领域★ღღ，分别是★ღღ：煤炭无害化 开采技术★ღღ，非常规油气和深层★ღღ、深海油气开发技术★ღღ， 煤炭清洁高效利用技术★ღღ，二氧化碳捕集★ღღ、利用与封存技术★ღღ，先进核能技术★ღღ，乏燃料后处理与高放废物安全 处理处置技术★ღღ，高效太阳能利用技术★ღღ，大型风电技 术★ღღ，氢能与燃料电池技术★ღღ，生物质★ღღ、海洋★ღღ、地热能利 用技术★ღღ，高效燃气轮机技术★ღღ，先进储能技术★ღღ，现代电 网关键技术★ღღ、能源互联网技术★ღღ，以及节能与能效提升 技术★ღღ，从而对我国能源技术体系未来发展做了全面论述★ღღ。

　　中国工程院于2015 年启动了“我国能源技术革命体系战略研究”重大咨询项目[3]★ღღ，从核能龙8国际★ღღ、风能★ღღ、太 阳能★ღღ、储能★ღღ、油气★ღღ、煤炭★ღღ、水能★ღღ、生物质能★ღღ、智能电 网与能源网融合等九大能源技术领域开展研究★ღღ，制定 了前瞻性技术（2020 年）★ღღ、创新性技术（2030 年）和 颠覆性技术（2050 年）三阶段发展的能源技术路线★ღღ。

　　近年来★ღღ，随着资源与环境的双重约束★ღღ，以及能源 科技进步★ღღ，新能源成本快速降低★ღღ，能源清洁低碳加速 转型已成为全球发展趋势★ღღ。能源转型不仅伴随着产业 结构调整★ღღ，同时也是能源科技进步的重要驱动力★ღღ，科 技进步与能源转型相互促进★ღღ，正在深刻改变能源发展的前景★ღღ。

　　本文是笔者在近 2 年参加科学技术部★ღღ、国家能源局★ღღ、国家自然科学基金委员会“十四五”规划及面 向 2035 年的战略研究过程中★ღღ，基于对当前能源现状与发展趋势的分析★ღღ，对能源领域未来科技发展趋势所做 的 3 个方面思考与判断★ღღ，以期为我国积极应对能源转 型★ღღ，布局未来能源科技提供点滴参考★ღღ。

　　2019 年★ღღ，全球能源消费总量达到了 138.62 亿吨油 当量★ღღ；其中★ღღ，石油 44.7 亿吨油当量★ღღ，煤炭 38.3 亿吨 油当量★ღღ，天然气 34.3 亿吨油当量★ღღ，化石能源总的占比 为 84.62%[4]★ღღ，比 2010 年降低了 2 个百分点★ღღ。同时★ღღ，天 然气长足发展★ღღ，2019 年消费量是 1965 年的 6.35 倍★ღღ，占 比从 15% 增长到 24.7%★ღღ。更加清洁的天然气替代了大 量石油和煤炭★ღღ。

　　对于未来能源发展趋势★ღღ，我们重点分析了 自 2016 年以来的“变”与“不变”★ღღ，在“不变”中坚 守★ღღ，在“变”中调整★ღღ。

　　① 对于未来能源需求增长龙8国际★ღღ，世界上很多知名研究机构 都进行过预测（图 2）★ღღ：可再生能源和天然气将成为 满足未来全球能源需求增长的主要来源★ღღ，“低碳化” 和“多元化”是未来能源发展的重要趋势与特征★ღღ。随 着太阳能★ღღ、风能★ღღ、地热能★ღღ、海洋能及储能等新能源快 速发展★ღღ，能源正从过去以煤炭★ღღ、油气★ღღ、电力集中式资 源供给★ღღ，向集中式与“分散式”并重发展★ღღ。

　　② 随着 各种信息化技术在能源领域中的应用★ღღ，特别是“数字 化”技术逐步打破了不同能源品种间的壁垒★ღღ，也成为 未来的一大发展趋势龙8国际★ღღ！★ღღ。在能源界★ღღ，“没有哪个国家能 够在能源问题上独善其身”“技术没有国界”已经成 为大家的共识★ღღ。

　　③ 全球能源互联网概念的提出与全球 能源互联网发展合作组织的成立是能源“国际化”的 一个重要标志★ღღ。美国著名学者杰里米·里夫金在其著作 《第三次工业革命》[5]中★ღღ，首先提出了能源互联网的 愿景★ღღ，引发了国内外的广泛关注★ღღ。2015 年 9 月 26 日★ღღ，国家主席习近平在联合国发展峰会上发表重要讲话★ღღ， 倡议探讨构建全球能源互联网★ღღ，推动以清洁和绿色的 方式满足全球电力需求★ღღ，这是对传统能源发展观的历 史超越和重大创新★ღღ。能源科技国际合作越来越广泛★ღღ， 强度越来越大★ღღ，投资 100 亿美元的国际热核聚变实验 堆合作项目（ITER）★ღღ，就是一个典型案例★ღღ。低碳化艳修少爷★ღღ、 多元化★ღღ、分散化★ღღ、数字化和全球化将是未来能源发展 的主要方向★ღღ。

　　① 自 2018 年以 来★ღღ，美国把中国确定为竞争对手★ღღ，特朗普政府挑起了中美经贸摩擦★ღღ。继后★ღღ，美国国内要求与中国科技脱钩 甚至是全面脱钩的呼声甚嚣尘上★ღღ，这是包括能源科技 领域在内的中国科技面临的重大挑战★ღღ。我们要去掉幻 想★ღღ，早做准备★ღღ，坚持以我为主和开放合作的方针★ღღ，加 大自主研发力度★ღღ。

　　② 新冠肺炎疫情和石油价格战的影响叠加★ღღ，极大地打压了石油价格★ღღ。2020 年 3—4 月国 际油价一路下跌★ღღ，4 月 20 日★ღღ，美国西德克萨斯轻质中 间基原油（WTI）期货价格更是跌至 37.3 美元/桶★ღღ， 开历史先河★ღღ！今后一个时期★ღღ，油价低于 60 美元/桶是 大概率事件★ღღ。

　　③ 人工智能★ღღ、区块链等技术突飞猛进★ღღ， 将深刻地影响未来能源的发展★ღღ，在某种程度上将改变能源格局与业态★ღღ。颠覆性技术始终伴随着人类科技进 步史★ღღ，具有不可预见属性★ღღ。只有准确把握这些发展趋 势★ღღ，才有可能对未来能源科技发展趋势做出较为准确 判断★ღღ。

　　1967 年★ღღ，美国石油地质学家 Hubbert[6]建立了用于 预测油田累计产量和最终可采储量的“钟形”模型★ღღ。 此后★ღღ，石油峰值论一度盛行★ღღ，石油资源稀缺性被过度 强调★ღღ。在这样的背景下★ღღ，获取更多油气储量成为绝大 多数石油公司尤其是国际大石油公司的重要战略目标 之一★ღღ，那是一个“资源为王”的时代★ღღ。

　　美国“页岩革命”的成功★ღღ，消除了人们对油气资 源稀缺性的担心★ღღ。据美国能源信息署（EIA）的评价 结果★ღღ，全球石油和天然气技术可采资源总量分别多达 33 570 亿桶和 648 万亿立方米[7]★ღღ，油气资源不再稀缺能源产业★ღღ。 此外★ღღ，由于太阳能★ღღ、风能的利用★ღღ，能源变得可再生★ღღ， 取之不尽★ღღ，用之不竭★ღღ。谁拥有技术★ღღ，谁就拥有能源资 源★ღღ，这是一个“技术为王”的时代艳修少爷★ღღ。

　　在“技术为王”的时代★ღღ，获取能源资源的成本或 效率是决定成败之关键所在★ღღ，因此发展低成本技术是 未来重要趋势★ღღ。近年来龙8国际Pt老虎机★ღღ，★ღღ，可再生能源的快速发展就得益于其成本的大幅降低★ღღ。2018 年公用事业规模光伏发 电的加权平均平准化电力成本（LCOE）相较 2010 年 降低了 77%艳修少爷★ღღ，陆上风电的降幅也有 35%[8]★ღღ。美国能源信 息署预测★ღღ，美国 2022 年后投产的风电和太阳能发电项 目的 LCOE 都将低于燃气发电[9]★ღღ。在集中式可再生能源 发电大幅降低成本和快速发展的同时★ღღ，分散式发电的 发展也在加速★ღღ。据光伏协会公布的数据★ღღ，2018 年中国 新增分布式光伏装机 2 320 万千瓦★ღღ，占比为 52.7%★ღღ，第 一次超过了集中式光伏★ღღ；2019 年这种势头继续维持★ღღ， 而且小规模的户用分布式光伏占了将近一半★ღღ。

　　低成本可再生能源技术是能源科技发展的重点领 域★ღღ。太阳能和风能是未来可再生能源的主体★ღღ，而降低 成本★ღღ、提高技术成熟度和构建合适的商业模式是可再 生能源未来的发展方向★ღღ。在风能领域★ღღ，未来技术发展 方向主要有大功率风电机组整机设计★ღღ、风机运维与故 障诊断★ღღ、大功率无线输电的高空风力发电技术等★ღღ。在 太阳能领域★ღღ，需要重点发展太阳能光热发电★ღღ、薄膜电 池技术★ღღ、太阳能制氢技术★ღღ、可穿戴柔性轻便太阳电池 技术等[3]★ღღ。

　　油气领域的低成本技术也是能源科技发展关注的 焦点★ღღ。到 2050 年★ღღ，油气在一次能源消费结构中占比仍 将保持在 50% 左右★ღღ，这已成为业界共识★ღღ。在近期储量 增长最快的深水油气领域★ღღ，浮式天然气生产★ღღ、处理★ღღ、 液化★ღღ、储存和卸载一体化平台（FLNG）及海底生产 设备的应用★ღღ，再加上结构的不断优化★ღღ，生产成本可降 至每桶 50 美元以下★ღღ。页岩油气是今后增储上产的另一 重要领域★ღღ，2012—2016 年美国页岩油开发的平衡油价 总体上降低了 50%★ღღ，技术进步贡献了 1/3 的降幅[10]★ღღ。

　　低成本油气技术发展方向很多★ღღ。① 在地球物理勘 探方面★ღღ，主要包括智能高效采集技术★ღღ、基于深度学习 的地球物理资料自动处理和解释技术★ღღ，以及物探全过 程智能管理技术等★ღღ。② 在钻完井工程方面★ღღ，主要包括 精确导向的智能自动钻完井技术★ღღ、钻完井工程地质一 体化及井筒完整性技术★ღღ、智能化压裂装备与技术★ღღ，以及智能化机器人压裂施工技术等★ღღ。③ 在油气田生产经 营方面★ღღ，主要包括基于大数据和深度学习的新一代人 工智能油田技术★ღღ、石油工业智能云网平台技术★ღღ，以及 人工智能机器人技术等★ღღ。

　　当前★ღღ，世界正在经历第四次工业革命★ღღ，信息技术 日新月异★ღღ，大数据★ღღ、人工智能★ღღ、区块链等技术快速发 展★ღღ。这些新兴科学技术为能源行业的发展创造了机 遇★ღღ，它们与能源行业的深度融合是获取低成本技术的 重要途径★ღღ。低成本技术将改变世界能源的发展格局★ღღ， 进而重塑未来的能源行业[11]★ღღ。

　　能源行业是最早得益于数字化的行业★ღღ。电厂★ღღ、煤 矿和油气田很早就已开始应用计算机等信息技术来提 高自动化和管理的水平★ღღ，现在更提出了数字电厂龙八国际娱乐官网app★ღღ，★ღღ、数 字矿山★ღღ、数字油田★ღღ、数字炼厂等概念★ღღ，这些极大地提 高了劳动生产率★ღღ，降低了人工成本★ღღ。当前及今后一个 时期★ღღ，是从数字化到智能化的时代★ღღ。智能电厂★ღღ、矿 山★ღღ、油田和炼厂★ღღ，将进一步优化生产流程★ღღ，精简机构 和人员——工厂“无人化管理”是基本模式★ღღ，这将极 大地改变行业生态★ღღ。

　　信息技术正在从更广和更深的层次对能源体系进 行重构★ღღ。从生产端到消费端★ღღ，数字化将系统地改变 能源的整个产业链和生态体系★ღღ，使整个产业链的每 个环节都有机地结合起来★ღღ，从而极大地提高能源利用 效率★ღღ。华为★ღღ、阿里巴巴★ღღ、腾讯★ღღ、谷歌★ღღ、特斯拉等新兴 的技术公司都纷纷在能源领域开展业务——通过大数 据★ღღ、人工智能等手段★ღღ，提高整个系统的灵活性★ღღ，从而 极大地提高能效★ღღ，进而改变整个行业的产业链结构和 商业模式[12]★ღღ。

　　区块链技术将为能源行业注入新动力艳修少爷★ღღ。区块链技 术在能源领域已经被愈加广泛地应用★ღღ，在以原油为代 表的能源交易平台★ღღ、可再生电力的点对点交易★ღღ、电动 汽车充电★ღღ、电网资产管理★ღღ、绿证追踪管理甚至虚拟能源货币等领域都已崭露头角★ღღ，这将会给能源领域带来 更深刻的变化★ღღ。

　　数字化转型将重塑油气行业★ღღ。新一代人工智能技 术在石油工业上游的全面集成创新应用★ღღ，将产生新一 代人工智能油田技术龙8游戏官方进入★ღღ！★ღღ，实现对油气行业传统流程的升 级优化和组织再造★ღღ，大幅度降低油气行业成本龙8国际★ღღ，增强 企业竞争力和油气行业持续生存的能力★ღღ。

　　能源科技是当今科技创新最主要和最活跃的领域 之一★ღღ。在油气★ღღ、氢能★ღღ、储能★ღღ、核聚变能等方面都有可能出现颠覆性新技术艳修少爷★ღღ，不论哪一种颠覆性技术出现★ღღ， 都会极大地改变世界能源供需格局★ღღ。

　　水平井多段清水压裂技术将使页岩油气实现经济 有效的开采艳修少爷★ღღ。这一颠覆性技术会极大地改变全球能源 格局★ღღ。应用物理与化学相结合的方法★ღღ，对低成熟度页 岩油★ღღ、稠油进行原位改质★ღღ，这有可能是继“页岩革 命”之后的另一次革命★ღღ。一旦这一颠覆性技术取得成 功★ღღ，又一巨大油气资源将得以经济★ღღ、有效的开发和利 用★ღღ。纳米技术和新材料也有可能催生出颠覆性的油气 提高采收率技术龙8国际★ღღ，如地下纳米机器人驱油和地下油水 分离技术等★ღღ。多用途激光工具与钻井技术结合★ღღ，或许 可以颠覆传统的钻井方式★ღღ，即由激光熔融替代机械破 岩★ღღ，提高钻井效率★ღღ。

　　氢能源技术在能源领域产生颠覆性影响的关键在 于低成本★ღღ、高性能的氢燃料电池技术和低成本★ღღ、高效 率的工业化制氢技术★ღღ。近年来★ღღ，世界各国都已认识到 氢能作为二次能源在能源转型中的重要性★ღღ，很多国家 都高度重视氢能源产业的发展★ღღ，把氢能源产业提升到 国家能源战略的高度★ღღ，制定氢能发展战略★ღღ，并出台促 进其发展的扶持政策[13]★ღღ。一旦借助石墨烯★ღღ、纳米超材 料等新材料的电解制氢技术取得重大突破★ღღ，氢燃料大规模甚至完全替代化石燃料将是有可能的★ღღ。随着新材 料聚合物电解质膜燃料电池技术的成熟和相关基础设 施的完善★ღღ，以氢能为动力的汽车★ღღ、火车和轮船等将替 代燃油机动车成为主要的交通工具★ღღ。欧洲已经开展不 少天然气管道掺输氢气的试验项目★ღღ，以期为氢产业大 规模发展做好准备[14]★ღღ。

　　① 对于电力系统而 言★ღღ，储能可为电网提供调峰调频★ღღ、削峰填谷★ღღ、黑启 动★ღღ、需求响应支撑等多种服务★ღღ，提升传统电力系统的 灵活性★ღღ、经济性和安全性★ღღ。

　　② 在可再生能源开发方 面★ღღ，储能可显著提高风电和太阳能发电的消纳水平★ღღ， 支撑分布式电力及微网★ღღ。随着分布式光伏★ღღ、小型生物 质能源★ღღ、天然气冷-热-电三联供★ღღ、燃料电池等分布式 能源技术的日益成熟★ღღ，以及相关的储能★ღღ、数字化等技 术的进展★ღღ，分布式能源未来还将获得更加迅猛的发 展★ღღ。

　　③ 在交通方面★ღღ，储能将在能源互联互通★ღღ、融合新 能源汽车在内的智慧交通网络方面起到关键作用★ღღ。有 可能为能源行业带来颠覆性影响的是基于新材料的新 型电池储能技术★ღღ，如石墨烯超级电容器★ღღ、碳纳米材料 自储能器件★ღღ、超导电磁储能技术等★ღღ。如果低成本高效 率的储能技术出现并投入大规模商业化应用★ღღ，将极大 地促进可再生能源的发展★ღღ，使新能源交通工具大规模 甚至完全替代燃油交通工具★ღღ。

　　核聚变能是人类理想中的终极能源★ღღ，具有诸多 优势★ღღ。可控核聚变的主流技术方案主要有 2 种★ღღ，即 磁约束核聚变（MFC）和惯性约束核聚变（IFC）★ღღ。 目前★ღღ，世界上的核聚变相关研究计划比较多★ღღ，如国 际热核聚变实验堆（ITER）计划★ღღ、美国国家点火装 置（NIF）★ღღ、美国悬浮偶极子试验装置（LDX）★ღღ、美 国 Z-IFE 装置★ღღ、美国 Lawrenceville Plasma Physics 研 究项目龙8国际★ღღ、美国 FRX-L 研究项目★ღღ、加拿大通用聚变★ღღ、欧洲高功率激光能源研究（HiPER）计划和 德国 Wendelstein 7-X 等★ღღ。中国于 2007 年正式加 入 ITER 计划★ღღ，同时也在大力推动国内的核聚变科 学技术研究★ღღ。我国已圆满完成了聚变工程实验堆 （CFETR）概念设计★ღღ，目前正在开展工程设计★ღღ。中 国环流器二号 A装置（HL-2A）和全超导托卡马克核 聚变实验装置（EAST）等大科学装置也先后建成★ღღ， 多项物理实验研究成果居于世界前列★ღღ。HL-2A 在国 内首次实现了偏滤器位形放电★ღღ、高约束模式运行★ღღ。 2017 年 7 月★ღღ，EAST 在世界上首次实现了 5 000 万度等 离子体持续放电 101.2 秒的高约束运行★ღღ，再次创造了 磁约束核聚变研究新的世界纪录[15]★ღღ。

　　随着减排和环境保护形势的日益严峻★ღღ，在新能源和 智能化等技术进步和成本快速下降的推动下★ღღ，全球能源 沿着多元化★ღღ、低碳化★ღღ、分散化★ღღ、数字化和全球化的方 向加速转型★ღღ，正在进入一个能源转型发展的时代★ღღ。同 时★ღღ，中美经贸摩擦★ღღ、沙俄油价战★ღღ、新冠肺炎疫情等使能 源未来发展充满不确定性★ღღ。新的能源技术和新的商业模 式将改变传统的能源供应模式★ღღ，综合能源服务会逐步成 为主流★ღღ。新能源和天然气等清洁能源将满足未来大部分 新增的能源需求★ღღ，能源体系也将发生结构性的变化龙8国际★ღღ。 低成本技术将成为未来能源科技发展的主流★ღღ，人工智能 等信息技术将重塑能源未来★ღღ。未来在油气★ღღ、氢能★ღღ、储 能★ღღ、核聚变能等领域都有可能出现颠覆性新技术★ღღ，从而 根本性地改变未来能源的图景★ღღ。准确把握能源技术发展 趋势★ღღ，对于指导科技创新的方向★ღღ，以及国家制定能源政 策和企业战略转型都具有重要意义★ღღ。

　　4 中国石油经济技术研究院. 2019中石油经研院能源数据统 计. 北京: 中国石油经济技术研究院, 2020.

　　15 中国国际核聚变能源计划执行中心. “人造太阳”计划★ღღ： 和平利用聚变能. 国际人才交流, 2019, (9): 8-10.