管的全有机催化剂,效果超过具有其他原子缺陷的碳纳米管材料,还可通过简单的 热处理来提高催化效率。 2化石能源高效清洁利用发展趋势 化石能源在未来世界范围内的能源供给中仍将占据主要地位,必须通过其清洁 利用和高效转换途径来应对当前能源消费的诸多挑战。目前的关注重点是洁净煤能 源利用与转换、天然气分布式能源系统、动力装备(高参数燃气轮机及联合循环发 电系统)以页岩气为代表的非常规油气勘探开发。碳捕集与封存技术是化石能源减 排新的发展方向。从目前的发展趋势来看,捕集环节(燃前捕集、富氧燃烧、燃后 捕集)还需要进一步提高技术的经济性,关键问题是如何将CO2从其他气体中经济 地分离出来;封存环节还处于示范或商业化应用初期阶段;整体来看碳捕集与封存 技术尚缺乏大规模一体化应用的经验,美、欧、澳等国家和地区正在通过实施大规 模示范项目进行各项技术的试验,以验证其可行性 3能源基础设施升级改造发展趋势 电力基础设施是全球价值最高的物质设施,也是可以最大限度实现能源效率提 高的平台,其升级改造的重点集中在智能电网建设和储能设施发展。智能电网要解 决的关键问题是实现电网自愈,互动,安全,高电能质量,多元电源,市场协调, 资产优化及高效运行。涉及到的关键技术包括:系统广域监测和控制、信息和通信 技术融合、可再生能源和分布式发电的整合、输电增强应用、配电管理/自动化、先 进计量基础设施、电动汽车充电基础设施、客户端系统。美、欧根据自身能源资源 禀赋、社会经济发展规划、科学技术水平及电力市场的发展阶段制定了各具特色的 智能电网发展重点。美国更加关注电力网络基础架构的升级更新,同时最大限度地 利用信息技术,实现系统智能对人工的替代,其在2月份发布的《智能电网互操作 性技术框架与路线图20版》提出智能电网技术和服务部署的八个优先领域是:需 求响应和消费者能源效率、广域情景感知、储能、电动交通、网络通信、先进量测 基础设施、配电网管理和网络安全。欧洲智能电网建设则更加关注可再生能源和分 布式电源的接入,并带动整个行业发展模式的转变,其3月份发布的《至2035年的 智能电网战略硏究议程》提出六个优先研发示范方向是:分布式储能系统、实时能 源消费计量和系统状态监测系统、电网建模技术、通信技术、大规模可再生能源电 力并入输电网的保护系统和法律框架和社会-经济激励等非技术问题 储能是智能电网的最重要使能技术之一,并且将之与可再生能源发电技术相结 合,不仅可以提高系统的稳定性、改善电能品质,还可以提高资源的利用率,成为 目前能源科技界的关注焦点。要解决的关键问题在于増强和提高储能器件的能量密 度、功率密度、响应时间、储能效率、循环性能、经济性、可靠性等。电化学储能 因其适用范围广、储能密度高、容量大,是储能领域的主要研究方向,美国能源部
4 管的全有机催化剂，效果超过具有其他原子缺陷的碳纳米管材料，还可通过简单的 热处理来提高催化效率。 2 化石能源高效清洁利用发展趋势 化石能源在未来世界范围内的能源供给中仍将占据主要地位，必须通过其清洁 利用和高效转换途径来应对当前能源消费的诸多挑战。目前的关注重点是洁净煤能 源利用与转换、天然气分布式能源系统、动力装备（高参数燃气轮机及联合循环发 电系统）、以页岩气为代表的非常规油气勘探开发。碳捕集与封存技术是化石能源减 排新的发展方向。从目前的发展趋势来看，捕集环节（燃前捕集、富氧燃烧、燃后 捕集）还需要进一步提高技术的经济性，关键问题是如何将 CO2 从其他气体中经济 地分离出来；封存环节还处于示范或商业化应用初期阶段；整体来看碳捕集与封存 技术尚缺乏大规模一体化应用的经验，美、欧、澳等国家和地区正在通过实施大规 模示范项目进行各项技术的试验，以验证其可行性。 3 能源基础设施升级改造发展趋势 电力基础设施是全球价值最高的物质设施，也是可以最大限度实现能源效率提 高的平台，其升级改造的重点集中在智能电网建设和储能设施发展。智能电网要解 决的关键问题是实现电网自愈，互动，安全，高电能质量，多元电源，市场协调， 资产优化及高效运行。涉及到的关键技术包括：系统广域监测和控制、信息和通信 技术融合、可再生能源和分布式发电的整合、输电增强应用、配电管理/自动化、先 进计量基础设施、电动汽车充电基础设施、客户端系统。美、欧根据自身能源资源 禀赋、社会经济发展规划、科学技术水平及电力市场的发展阶段制定了各具特色的 智能电网发展重点。美国更加关注电力网络基础架构的升级更新，同时最大限度地 利用信息技术，实现系统智能对人工的替代，其在 2 月份发布的《智能电网互操作 性技术框架与路线图 2.0 版》提出智能电网技术和服务部署的八个优先领域是：需 求响应和消费者能源效率、广域情景感知、储能、电动交通、网络通信、先进量测 基础设施、配电网管理和网络安全。欧洲智能电网建设则更加关注可再生能源和分 布式电源的接入，并带动整个行业发展模式的转变，其 3 月份发布的《至 2035 年的 智能电网战略研究议程》提出六个优先研发示范方向是：分布式储能系统、实时能 源消费计量和系统状态监测系统、电网建模技术、通信技术、大规模可再生能源电 力并入输电网的保护系统和法律框架和社会-经济激励等非技术问题。 储能是智能电网的最重要使能技术之一，并且将之与可再生能源发电技术相结 合，不仅可以提高系统的稳定性、改善电能品质，还可以提高资源的利用率，成为 目前能源科技界的关注焦点。要解决的关键问题在于增强和提高储能器件的能量密 度、功率密度、响应时间、储能效率、循环性能、经济性、可靠性等。电化学储能 因其适用范围广、储能密度高、容量大，是储能领域的主要研究方向，美国能源部
将在未来5年投资约12亿美元建设电池与储能创新中心,关注于交通和电网规模 电化学储能的新材料、设备、系统以及新方法研发;日本也提出将储能电池扶持为 战略性产业,发展电力行业大规模储能电池和车用电池。目前的研究热点和趋势在 于:(1)高容量锂离子电池电极材料设计开发。如美国 Envia Systems公司使用固溶 体类富锰阴极材料和SiC基阳极材料,实现400 )Wh/kg能量密度纪录,并硏发成功 45Ah层压型电池单元;伦斯勒理工学院利用有瑕疵的石墨烯纸作为锂离子电池阳 极,相比传统石墨电极充放电速度快10倍。(2)利用传感等实时监测和先进电源管 理技术解决锂电池安全性问题。美国将投入3000万美元开发先进的传感和控制技 术,大幅提高电池的安全性、性能和寿命;德国也计划投入3600万欧元研发提高锂 离子电池的安全性,研究将关注优化电池化学、新的半导体传感器材料、测试方法 和安全性模型等。(3)深入认识锂空电池充放电化学反应过程,开发性质稳定的电 解质,优化设计电极结构,实现实用化。IBM公司联合日本旭化成和中央玻璃公司 实施一次充电能行驶约500英里(800公里)的锂空电池项目,关注创新膜技术 新型电解液和高性能添加剂研发:英国圣安德鲁斯大学采用二甲基亚砜电解质和多 孔金薄膜电极,成功实现了较好循环,且基本可逆,在100次充放电循环后锂空电 池容量仍能保持95%,Li2O2的氧化动力学比传统碳电极快约10倍。(4)超级电容 器复合电极材料开发。如法英美联合硏究团队通过计算模拟,首次研究了多孔碳电 极吸附离子液体的分子级储能机制;加州大学洛杉机分校利用光刻DVD激光处理 开发出高性能石墨烯基超级电容器。 (武汉分馆能源情报研究组) 决策参考 《 Nature》2012年度评论论文之能源反思 2012年12月20日出版的《Nwe》杂志发表《366天:2012评论》一文1,对 2012年发生的与科学相关的重要事件进行了回顾,其中一节专门提到了能源问题。 综述指出,日本福岛核事故在2012年继续对能源政策产生着影响。日本2012 年9月公布的《能源环境创新战略》中提出了到2030年代实现无核化的目标,5月 日本将最后一座反应堆进行关闭维护,7月又重新启动了两座,但这一举措也面临 着不断扩大的公众抗议声浪。欧盟对其成员国140多座反应堆进行了压力测试,结 论是需要广泛采取安全性升级措施。美国核能监管委员会为一座采用激光进行铀浓 缩的核燃料工厂发放了许可证,有人担忧这种技术可能被恐怖分子利用。 Richard Van Noorden. 366 days: 2012 in review. Nature, 2012, 492(7429): 324-327
5 将在未来 5 年投资约 1.2 亿美元建设电池与储能创新中心，关注于交通和电网规模 电化学储能的新材料、设备、系统以及新方法研发；日本也提出将储能电池扶持为 战略性产业，发展电力行业大规模储能电池和车用电池。目前的研究热点和趋势在 于：（1）高容量锂离子电池电极材料设计开发。如美国 Envia Systems 公司使用固溶 体类富锰阴极材料和 Si-C 基阳极材料，实现 400Wh/kg 能量密度纪录，并研发成功 45Ah 层压型电池单元；伦斯勒理工学院利用有瑕疵的石墨烯纸作为锂离子电池阳 极，相比传统石墨电极充放电速度快 10 倍。（2）利用传感等实时监测和先进电源管 理技术解决锂电池安全性问题。美国将投入 3000 万美元开发先进的传感和控制技 术，大幅提高电池的安全性、性能和寿命；德国也计划投入 3600 万欧元研发提高锂 离子电池的安全性，研究将关注优化电池化学、新的半导体传感器材料、测试方法 和安全性模型等。（3）深入认识锂空电池充放电化学反应过程，开发性质稳定的电 解质，优化设计电极结构，实现实用化。IBM 公司联合日本旭化成和中央玻璃公司 实施一次充电能行驶约 500 英里（800 公里）的锂空电池项目，关注创新膜技术、 新型电解液和高性能添加剂研发；英国圣安德鲁斯大学采用二甲基亚砜电解质和多 孔金薄膜电极，成功实现了较好循环，且基本可逆，在 100 次充放电循环后锂空电 池容量仍能保持 95%，Li2O2 的氧化动力学比传统碳电极快约 10 倍。（4）超级电容 器复合电极材料开发。如法英美联合研究团队通过计算模拟，首次研究了多孔碳电 极吸附离子液体的分子级储能机制；加州大学洛杉机分校利用光刻 DVD 激光处理 开发出高性能石墨烯基超级电容器。 （武汉分馆能源情报研究组） 决策参考 《Nature》2012 年度评论论文之能源反思 2012 年 12 月 20 日出版的《Nature》杂志发表《366 天：2012 评论》一文 1 综述指出，日本福岛核事故在 2012 年继续对能源政策产生着影响。日本 2012 年 9 月公布的《能源环境创新战略》中提出了到 2030 年代实现无核化的目标，5 月 日本将最后一座反应堆进行关闭维护，7 月又重新启动了两座，但这一举措也面临 着不断扩大的公众抗议声浪。欧盟对其成员国 140 多座反应堆进行了压力测试，结 论是需要广泛采取安全性升级措施。美国核能监管委员会为一座采用激光进行铀浓 缩的核燃料工厂发放了许可证，有人担忧这种技术可能被恐怖分子利用。 ，对 2012 年发生的与科学相关的重要事件进行了回顾，其中一节专门提到了能源问题。 1 Richard Van Noorden. 366 days: 2012 in review. Nature, 2012, 492 (7429): 324-327
一些国家积极开发非常规油气资源,美国制定了页岩气开采的法规,这个行业 发展迅猛,使得美国10%的发电装机容量从煤炭转移到天然气。根据国际能源署 IEA)的研究,美国到2020年将成为全球最大的石油生产国,到2035年将基本 实现能源自给。但新油藏的开发也存在隐忧,在钻井驳船因事故受损后,壳牌不得 不推迟在北极海域的采油计划;BP公司因2010年4月墨西哥湾“深水地平线”钻 井平台事故被罚款40亿美元。一些新的清洁能源行业自身也面临着问题:美国锂离 子电池制造企业A123公司10月份宣布破产,电动汽车市场发展依然受限 张军编译自http://www.nature.com/news/366-days-2012-in-review-1.12042 检索日期:2012年12月22日 IEA报告预测到2017年煤炭几将成为最主要能源 国际能源署(IEA)于12月17日发布《中期煤炭市场报告》指出,煤炭在全 球能源结构中的份额将持续增长,到2017年左右几乎将超过石油成为全球最主要的 能源来源。 尽管煤炭消费的增长速度将放缓,但到2017年左右全球煤炭消费量仍将达到 43.2亿吨石油当量,而届时石油的消费量大约为44亿旽油当量。IEA预计,除了美 国,其他地区的煤炭需求均将增长。在未来五年中国和印度将引领煤炭消费量的增 长。报告的主要结论包括: 除美国外,煤炭需求的增长随处可见。201l年煤炭发展延续了过去十年的趋势, 煤炭供应占全球一次能源供应増量的近一半。2011年煤炭需求增长4-3%(3.04亿 吨),仅中国的需求就增长了23亿吨。只有美国的煤炭需求量下降,原因既不是 政策驱动,也不是经济衰退,而是由于廉价的天然气供应 虽然煤炭需求增长正在放缓,但是煤炭在全球能源结构中的份额仍在增加,到 2017年左右煤炭几乎将超越石油成为世界上最大的能源来源,到那时全球每年大约 要比目前多消费12亿吨煤炭,超过了目前美国和俄罗斯年度煤炭消费总和。 中国已经成为世界上最大的煤炭进口国。2009年,中国首次成为煤炭净进口国。 2011年,中国又超过日本成为最大的煤炭进口国。2011年,中国(包括香港)进口 煤炭2.04亿吨,2012年还在继续增长。 印尼已成为世界上最大的煤炭出口国。非经合组织国家的重要性与日俱增,印 尼超过澳大利亚成为最大的煤炭出口国。2010年至2011年澳大利亚昆士兰州因洪 水煤炭出口受限,而印尼增长没有停止,出口超过3亿吨 欧洲的煤炭复兴只是暂时的。CO2价格较低,而天然气价格高企,加上来自美 国的煤炭供过于求,在欧洲发电行业煤炭比天然气有竞争力,导致煤炭消费增加 不过,随着可再生能源消费的增加,燃煤电厂的退役,天然气和煤炭价格的调整, 6
6 一些国家积极开发非常规油气资源，美国制定了页岩气开采的法规，这个行业 发展迅猛，使得美国 10%的发电装机容量从煤炭转移到天然气。根据国际能源署 （IEA）的研究，美国到 2020 年将成为全球最大的石油生产国，到 2035 年将基本 实现能源自给。但新油藏的开发也存在隐忧，在钻井驳船因事故受损后，壳牌不得 不推迟在北极海域的采油计划；BP 公司因 2010 年 4 月墨西哥湾“深水地平线”钻 井平台事故被罚款 40 亿美元。一些新的清洁能源行业自身也面临着问题：美国锂离 子电池制造企业 A123 公司 10 月份宣布破产，电动汽车市场发展依然受限。 张 军 编译自：http://www.nature.com/news/366-days-2012-in-review-1.12042 检索日期：2012 年 12 月 22 日 IEA 报告预测到 2017 年煤炭几将成为最主要能源 国际能源署（IEA）于 12 月 17 日发布《中期煤炭市场报告》指出，煤炭在全 球能源结构中的份额将持续增长，到 2017 年左右几乎将超过石油成为全球最主要的 能源来源。 尽管煤炭消费的增长速度将放缓，但到 2017 年左右全球煤炭消费量仍将达到 43.2 亿吨石油当量，而届时石油的消费量大约为 44 亿吨油当量。IEA 预计，除了美 国，其他地区的煤炭需求均将增长。在未来五年中国和印度将引领煤炭消费量的增 长。报告的主要结论包括： 除美国外，煤炭需求的增长随处可见。2011 年煤炭发展延续了过去十年的趋势， 煤炭供应占全球一次能源供应增量的近一半。2011 年煤炭需求增长 4.3%（3.04 亿 吨），仅中国的需求就增长了 2.33 亿吨。只有美国的煤炭需求量下降，原因既不是 政策驱动，也不是经济衰退，而是由于廉价的天然气供应。 虽然煤炭需求增长正在放缓，但是煤炭在全球能源结构中的份额仍在增加，到 2017 年左右煤炭几乎将超越石油成为世界上最大的能源来源，到那时全球每年大约 要比目前多消费 12 亿吨煤炭，超过了目前美国和俄罗斯年度煤炭消费总和。 中国已经成为世界上最大的煤炭进口国。2009 年，中国首次成为煤炭净进口国。 2011 年，中国又超过日本成为最大的煤炭进口国。2011 年，中国（包括香港）进口 煤炭 2.04 亿吨，2012 年还在继续增长。 印尼已成为世界上最大的煤炭出口国。非经合组织国家的重要性与日俱增，印 尼超过澳大利亚成为最大的煤炭出口国。2010 年至 2011 年澳大利亚昆士兰州因洪 水煤炭出口受限，而印尼增长没有停止，出口超过 3 亿吨。 欧洲的煤炭复兴只是暂时的。CO2 价格较低，而天然气价格高企，加上来自美 国的煤炭供过于求，在欧洲发电行业煤炭比天然气有竞争力，导致煤炭消费增加。 不过，随着可再生能源消费的增加，燃煤电厂的退役，天然气和煤炭价格的调整