2020年前沿科技发展趋势及2021年趋势展望-能源
2020年世界能源领域发展趋势
疫情对全球能源需求造成了沉重打击。2020年，新冠肺炎疫情继续在全球蔓延，对全球经济造成严重冲击，全球能源需求大幅萎缩。国际能源署预测，2020年全球能源需求将减少5%，能源投资将减少18%，与能源相关的二氧化碳排放量将减少7%。其中，石油需求受影响最为严重，减少8%；煤炭需求紧随其后，降幅在7%左右；天然气需求下降3%；全球电力需求将下降2%。
石油方面，第二季度全球石油需求日均下降超过2300万桶，达到全球石油需求历史最高降幅，全球在岸原油库存一度达到31.5亿桶的历史最高水平。需求锐减导致国际油价遭受重创，导致恐慌性下跌，全球石油公司陷入困境，尤其是美国页岩油公司。《华尔街日报》的数据显示，自3月份原油价格暴跌以来，美国的会计机构Haynes and Boone已经记录了436起美国能源公司的破产申请。
煤炭方面，受疫情影响，一、二季度制造业用电需求和工业产出下降，煤炭需求有所下降。此外，由于气候问题，一些国家采取了清洁行动，做出了减少煤炭使用和增加清洁能源使用的承诺，这也减少了对煤炭的需求。根据IEA发布的《煤炭2020:至2025年的分析与预测》报告，2020年，全球煤炭需求将出现二战以来的最大降幅，较2019年水平下降5%。
天然气方面，受新冠肺炎疫情和北半球暖冬影响，一季度末和二季度末天然气消费量大幅下降。国际能源署发布的《2020年全球能源展望——新冠肺炎危机对全球能源需求和二氧化碳排放的影响》报告显示，第一季度，欧洲天然气需求同比下降2.6%，美国同比下降4.5%，日本下降3%，韩国下降2.5%。IEA预测，2020年全球天然气需求可能减少约1500亿立方米，这是自20世纪下半叶天然气市场大规模发展以来的最大年度消费降幅。
疫情之下，世界主要经济体纷纷出台绿色能源政策，氢能技术备受关注。在疫情的严重冲击下，全球主要经济体紧急应对，推出前所未有的刺激措施，将绿色复苏作为未来经济社会可持续发展的重大战略举措。美国能源部发布了一项氢能计划，为其氢能研究、开发和示范活动提出了一个战略框架。俄罗斯公布氢能战略发展路线图，计划到2024年在俄罗斯建立氢能产业链。欧盟委员会发布了《欧洲氢能战略》，未来十年将向氢能产业投资5750亿欧元。这一战略被视为欧洲未来能源产业的重要蓝图之一。法国推出1000亿欧元的“法国复苏计划”，其中110亿欧元用于交通脱碳，92亿欧元用于支持可再生能源研究，重点是制氢技术。英国推出120亿英镑的“绿色工业革命十点计划”，推动海上发电、氢能产能、先进核能、电动汽车、零排放飞机和船舶的发展。西班牙启动了“氢能路线图:致力于可再生氢”计划，旨在实现气候中立，帮助西班牙在全球可再生能源发电领域占据领先地位。韩国政府推出了“绿色新政”，计划在妥善应对气候和环境挑战的同时，提高韩国产业的环保达标竞争力，发展绿色经济。
许多国家增加了对可再生能源的投资，技术不断取得突破。在投资方面，美国DOE在“太阳能技术办公室2020财年资助计划”框架下，提供1.3亿美元资助先进太阳能技术的研发，旨在提高太阳能发电的经济性、可靠性和安全性；在“碳利用计划”下投资1700万美元，支持11个RD项目，开发和测试将电力或其他行业排放的二氧化碳转化为高价值产品的技术。日本新能源产业技术综合开发机构开展了“超越传统技术的高效氢发电技术RD”项目，旨在开发发电效率高达68%的1400℃级氢气涡轮发电系统。澳大利亚可再生能源署已投入1514万澳元支持16个太阳能电池研究项目，以提高电池板效率、降低成本和解决回收问题。
在技术方面，美国阿贡国家实验室开发了一种快速高效的热能储存系统，可以快速储存热量并在需要时释放，转化为电能。美国马萨诸塞大学阿默斯特分校的科学家发明了一种名为“空气体发生器”的装置，可以利用天然蛋白质全天从空气体中的水发电。丰田和京都大学开发了一种新型氟离子电池，其阳极由氟、铜和钴组成，阴极主要由镧组成。实验证实，原型电池具有更高的理论能量密度，约为传统锂离子电池的7至8倍，一次充电可使电动车行驶1000公里。
先进核技术备受瞩目，发展势头良好。至于第四代核电技术，美国凯洛斯能源公司和加拿大核实验室公司签署协议，共同开发氟冷反应堆技术。双方将研究如何分离、分析和储存反应堆运行过程中产生的氚。俄罗斯增殖快堆技术取得新进展。在封闭燃料循环运行后，放射性废物的数量已经减少到“几乎为零”。英国商业、能源和工业战略部宣布投资4000万英镑，支持三个先进的模块化反应堆项目和几个核能相关的研究、设计和制造项目。
在小型反应堆方面，美国能源部已批准向NuScale SMR项目拨款13.55亿美元，支持NuScale设计和建造12个反应堆模块，装机容量为60MWe美国纽斯凯尔电力公司的SMR已经完成了美国核管理委员会的设计认证审查，该反应堆成为美国首个通过认证的四代SMR设计。芬兰国家技术研究中心宣布启动区域供热SMR项目，并在芬兰围绕SMR技术建立新的产业链。
聚变能源方面，2020年7月国际热核聚变实验堆重大工程安装完毕，在法国南部正式开始为期5年的组装工作。ITER项目成员包括35个国家，包括欧盟、美国、俄国、英国、中国、日本、南韩和印度。它是世界上规模最大、影响最深远的国际科学项目，旨在模拟太阳辐射和热量的核聚变过程，探索可控核聚变技术的商业可行性。ITER有望在2025年获得第一台等离子体。美国DOE先进能源研究计划宣布投资3200万美元，在“推动热核聚变突破性研究”的主题下，开展15个具有商业应用潜力的聚变能源研究项目。英国Mega-An球形托卡马克升级版首次成功进行等离子体放电，后续将进行一系列测试，探索将其作为聚变堆的可行性。如果MAST-U表现出强劲的效率提升，英国政府将根据MAST-U的经验，再投资2.2亿英镑建设示范聚变发电站。
2021年世界能源部门的趋势
能源需求将会反弹。IEA基于“2021年疫苗和治疗方法问世，全球经济开始复苏，电力需求和工业产出增加”的假设，认为能源需求将大幅反弹。石油需求方面，IEA认为2021年底前原油供应过剩将逐步消除，原油供需将重新平衡。IEA预测，2021年，日均石油消费量将达到9690万桶/日，对汽油和柴油的需求将非常强劲，并将恢复到疫情前的99%左右。在煤炭需求方面，根据IEA发布的《煤炭2020:至2025年的分析与预测》，预计2021年全球煤炭消费量将出现反弹，同比增长2.6%，主要受中国、印度和东南亚国家需求增长的推动。此外，由于电力需求和天然气价格的预期增加，2021年欧洲和美国的煤炭消费量也可能增加，或将是最近十年来欧洲和美国煤炭消费量的首次增加。
可再生能源将引领全球电力工业的发展。IEA表示，在大多数国家，太阳能光伏和陆上风力发电已经是最便宜的电力来源。IEA预测，2021年，以太阳能和风能为主的可再生能源装机容量将增长近10%，可再生能源发电量将增长6%以上，这将进一步压缩传统能源，使可再生能源在电力结构中的比重从2020年的28%扩大到29%。太阳能和风能的累计装机容量将在2023年超过天然气，2024年超过煤炭。到2025年，仅太阳能光伏就将占可再生能源新增装机容量的60%，风能将占30%。在进一步降低成本的推动下，到2025年，可再生能源将占全球电力新增装机容量的95%。可再生能源将超过煤炭，成为世界上最大的能源。届时，可再生能源预计将提供全球三分之一的电力。
美国能源政策的重点已经从传统能源转向清洁能源。面对美国新政府，美国的能源政策也将发生重大变化。与依赖传统能源、努力实现能源净出口的特朗普政府相比，拜登政府的能源政策目标是确保美国实现100%的清洁能源经济，到2050年实现净零碳排放。根据拜登团队发布的清洁能源革命和环境计划，拜登上任后将立即采取一系列措施，包括:重新加入《巴黎协定》，大力推动清洁能源的广泛应用，采取强有力的措施阻止与未履行碳排放承诺的国家进行交流，在全球范围内禁止化石燃料补贴，加强未来十年的能源和气候研究，投资4000亿美元用于清洁能源基础设施建设。拜登的能源政策旨在刺激美国清洁能源产业的发展，提升美国在全球清洁能源市场的竞争力。
作者简介
张，信息技术产业研究院战略部研究助理
研究方向:能源领域战略、技术、产业前沿。
联系人:zhangyuqi@drciite.org
作者张
编辑刘进
研究所简介
国际技术经济研究所成立于1985年11月，是隶属于国务院发展研究中心的非营利性研究机构。其主要职能是研究我国经济、科技和社会发展中的重大政策性、战略性和前瞻性问题，跟踪分析世界科技和经济发展趋势，为中央政府和有关部委提供决策咨询服务。“全球科技地图”是国际技术经济研究所的官方微信账号，致力于向公众传递前沿科技信息和科技创新洞察。
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