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“8+2” 重点领域
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  • 快讯 DOE发布氢能计划发展规划提出研发重点及发展目标

    来源专题:能源情报网信息监测服务平台
    编译者:guokm
    发布时间:2021-03-28
    2020年11月12日,美国能源部(DOE)发布《氢能计划发展规划》,提出了未来十年及更长时期氢能研究、开发和示范的总体战略框架。该方案更新了DOE早在2002年发布的《国家氢能路线图》以及2004年启动的“氢能计划”提出的战略规划,综合考虑了DOE多个办公室先后发布的氢能相关计划文件,如化石燃料办公室的氢能战略、能效和可再生能源办公室的氢能和燃料电池技术多年期研发计划、核能办公室的氢能相关计划、科学办公室的《氢经济基础研究需求》报告等,明确了氢能发展的核心技术领域、需求和挑战以及研发重点,并提出了氢能计划的主要技术经济指标。关键内容如下: 一、“氢能计划”使命及目标 DOE“氢能计划”使命为:研究、开发和验证氢能转化相关技术(包括燃料电池和燃气轮机),并解决机构和市场壁垒,最终实现跨应用领域的广泛部署。该计划将利用多样化的国内资源开发氢能,以确保丰富、可靠且可负担的清洁能源供应。 “氢能计划”设定了氢能发展到2030年的技术和经济指标,主要包括:①电解槽成本降至300美元/千瓦,运行寿命达到80 000小时,系统转换效率达到65%,工业和电力部门用氢价格降至1美元/千克,交通部门用氢价格降至2美元/千克;②早期市场中交通部门氢气输配成本降至5美元/千克,最终扩大的高价值产品市场中氢气输配成本降至2美元/千克;③车载储氢系统成本在能量密度2.2千瓦时/千克、1.7千瓦时/升下达到8美元/千瓦时,便携式燃料电池电源系统储氢成本在能量密度1千瓦时/千克、1.3千瓦时/升下达到0.5美元/千瓦时,储氢罐用高强度碳纤维成本达到13美元/千克;④用于长途重型卡车的质子交换膜燃料电池系统成本降至80美元/千瓦,运行寿命达到25 000小时,用于固定式发电的固体氧化物燃料电池系统成本降至900美元/千瓦,运行寿命达到40 000小时。 二、氢能系统的技术需求及挑战 1、制氢。该领域的技术需求和挑战为:①开发成本更低、效率更高、更耐用的电解槽;②重整、气化和热解制氢技术的先进设计;③开发利用可再生能源、化石能源和核能的创新制氢技术,包括混合制氢系统以及原料灵活的方法;④开发从水、化石燃料、生物质和废弃物中生产氢气的高效低成本技术;⑤开发低成本和环境友好的碳捕集、利用和封存(CCUS)技术。 2、输运氢。该领域的技术需求和挑战为:①开发成本更低、更可靠的氢气分配和输送系统;②开发氢气分配的先进技术和概念,包括液化和化学氢载体;③氢气输运的通行权和许可,以及降低部署输运氢基础设施的投资风险。 3、储氢。该领域的技术需求和挑战为:①开发低成本储氢系统;②开发更高储氢容量、重量和体积更小的储氢介质;③开发大规模储氢设施,包括现场大量应急供应和地质储氢;④优化储氢策略,将氢气存储设施布置于最终用途附近,以满足吞吐量和动态响应要求,并降低投资成本。 4、氢转化。该领域的技术开发需求和挑战为:①开发可大规模生产的低成本、更耐用、更可靠的燃料电池;②开发以高浓度氢气或纯氢为燃料的涡轮机;③开发和示范大规模混合系统。 5、终端应用和综合能源系统。该领域的技术需求和挑战为:①系统集成、测试和验证,以识别和解决各应用的特有挑战;②终端应用的示范,包括钢铁制造、氨生产以及利用氢气和二氧化碳生产合成燃料的技术;③示范电网集成以验证氢用于储能和电网服务。 6、制造和供应链。该领域的技术需求和挑战为:①标准化制造流程、质量控制和优化制造设计;②增材制造和自动化制造工艺;③可回收和减少废物的设计。 7、安全、规范和标准。该领域的技术需求和挑战为:①适用、统一的规范和标准,用于所有终端应用,包括燃烧(如涡轮机)以及燃料电池(如卡车、船舶和铁路等需大规模加注氢气的重型应用);②改进安全信息、分享最佳做法和经验教训。 8、教育和专业人员。该领域的技术需求和挑战为:①针对不同利益相关方的教育资源和培训计划,包括应急响应人员、标准规范人员和技术人员(例如,氢及相关技术的操作、维护和处理);②获得关于氢能相关技术的准确、客观信息。 三、近、中、长期技术开发选项 DOE基于近年来氢能关键技术的成熟度和预期需求,提出了近、中、长期的技术开发选项,具体包括: 1、近期。①制氢:配备CCUS的煤炭、生物质和废弃物气化制氢技术;先进的化石燃料和生物质重整/转化技术;电解制氢技术(低温、高温)。②输运氢:现场制氢配送;气氢长管拖车;液氢槽车。③储氢:高压气态储氢;低温液态储氢。④氢转化:燃气轮机;燃料电池。⑤氢应用:氢制燃料;航空;便携式电源。 2、中期。①输运氢:化学氢载体。②储氢:地质储氢(如洞穴、枯竭油气藏)。③氢转化:先进燃烧;下一代燃料电池。④氢应用:注入天然气管道;分布式固定电源;交通运输;分布式燃料电池热电联产;工业和化学过程;国防、安全和后勤应用。 3、长期。①制氢:先进生物/微生物制氢;先进热/光电化学水解制氢。②输运氢:大规模管道运输和配送。③储氢:基于材料的储氢技术。④氢转化:燃料电池与燃烧混合系统;可逆燃料电池。⑤氢应用:公用事业系统;综合能源系统。 四、关键技术领域研发及示范重点 1、制氢 该领域的研发和示范重点事项包括:①开发减少铂系金属含量的新型催化剂和电催化剂;②开发分布式和大容量电力系统的模块式气化和电解系统;③开发低成本、耐用的膜和分离材料;④开发新型、耐用、低成本的热化学和光电化学材料;⑤加速应力试验并探索退化机制以提高耐久性;⑥降低自热重整等重整技术的资金成本;⑦改进辅助系统(BOP)组件和子系统,如电力电子、净化和热气体净化;⑧通过组件设计和材料集成实现大规模生产和制造;⑨包括电力和氢的多联产可逆燃料电池系统;⑩系统设计、混合和优化,包括过程强化。 2、输运氢 该领域的研发和示范重点事项包括:①材料在高压或低温下与氢的相容性;②氢液化的创新技术;③用于氢气储存、运输和释放的载体材料和催化剂;④用于氢气低成本分配的创新组件(如压缩机、储氢罐、加氢机、喷嘴等)。 3、储氢 该领域的研发和示范重点事项包括:①降低材料、组件和系统成本;②开发用于高压罐的低成本高强度碳纤维;③开发与氢气相容的耐久、安全性好的材料;④低温液态储氢和冷/低温压缩储氢的研究、开发和示范;⑤发现和优化储氢材料,以满足重量、体积、动力学和其他性能要求;⑥利用化学氢载体优化储氢效率;⑦以化学载体形式储氢用于氢燃气轮机;⑧地质储氢的识别、评估和论证;⑨氢和氢载体出口的系统分析;⑩研究可广泛部署的储氢技术和终端用途的优化目标;研发用于安全、高效和稳定储氢的传感器和其他技术。 4、氢转化 (1)氢燃烧方面,重点关注如下事项:①在简单循环和组合循环中实现燃料中更高的氢浓度(最高达100%);②研究燃烧行为并优化低NOx燃烧的组件设计;③应用和开发先进计算流体动力学;④开发先进的燃烧室制造技术;⑤开发新材料、涂层和冷却方案;⑥优化转换效率;⑦提高耐用性和寿命,降低成本,包括运维成本;⑧开发系统优化和控制方案;⑨评估和缓解水分对传热和陶瓷退化的影响;⑩开发和测试氢燃烧改装组件;实现碳中性燃料(氨气、乙醇蒸汽)的燃烧。 (2)质子交换膜燃料电池方面,重点关注如下事项:①通过材料研发,降低铂族金属催化剂的负载量;②开发耐高温、低成本、耐用膜材料;③改进组件设计和材料集成,以优化可制造和可扩展的膜电极组件的电极结构;④开发自供燃料的燃料电池所用碳中性燃料的内部重整技术;⑤加速压力测试,探索老化机理以及缓解方法;⑥改进BOP组件,包括压缩机和电力电子设备;⑦开发适用于多种重型车辆的标准化、模块化堆栈和系统;⑧改进混合和优化系统的设计。 (3)固体氧化物燃料电池方面,重点关注如下事项:①研发材料以降低成本并解决高温运行相关问题;②管理燃料电池电堆中的热量和气体流量;③解决堆栈和BOP系统的集成、控制和优化,以实现负荷跟踪和模块化应用;④改进BOP组件,包括压缩机和电力电子设备;⑤开发标准化、模块化堆栈;⑥进一步研究杂质对材料和性能的影响;⑦系统设计、混合和优化,包括可逆燃料电池。 5、终端应用 该领域的研发和示范重点事项包括:①为氢能的特定用途制定严格的目标;②解决各终端应用中的材料兼容性问题;③降低成本,提高工业规模电解槽、燃料电池系统、燃气轮机和发动机以及混合动力系统的耐用性和效率;④组件和系统级的集成和优化,包括BOP系统和组件;⑤集成系统的优化控制,包括网络安全;⑥制造和规模扩大,包括过程强化;⑦协调规范和标准,包括氢气加注协议;⑧开发新的氢能应用的容量扩展模型,以确定其经济性。
  • 快讯 IEA:到2025年可再生能源将成世界第一大电力来源

    来源专题:能源情报网信息监测服务平台
    编译者:guokm
    发布时间:2021-03-28
    2020年11月10日,国际能源署(IEA)发布《可再生能源2020:至2025年的分析和预测》报告。报告指出,受到新冠疫情影响,预计2020年全球能源需求将下降5%,但可再生能源总体需求将增加1%,其中可再生能源电力装机容量预计增加近4%(新增约200 GW),占同期全球电力新增装机总量的近90%。而到2025年,可再生能源有望取代煤炭成为全球第一大电力来源。报告系统分析了可再生能源发展现状并展望了至2025年的发展态势,关键要点如下: 1、可再生能源增强电力部门应对新冠疫情的韧性 受到新冠疫情影响, 2020年几乎所有燃料需求都将下降,导致全球能源需求将下降5%。但可再生能源将是个例外,2020年用于发电的可再生能源需求将增长近7%,主要原因是长期合同、电网优先接入和新电厂的持续安装都将推动可再生能源电力强劲增长,从而能够弥补工业用生物能源和交通用生物燃料的减少,使得2020年可再生能源需求总体增长1%。 尽管疫情给经济发展带来了不确定性,但投资者依旧看好可再生能源行业,投资力度持续强劲。2020年1到10月,拍卖的可再生能源装机容量比去年同期增长了15%,创历史新高。与此同时,上市的可再生能源设备制造商和项目开发商的股票表现一直好于大多数主要股票市场指数和整个能源板块,主要归功于对中期业务健康增长和财务状况的预期。2020年10月,全球太阳能公司的股价比2019年12月增长了一倍多。 2、全球可再生能源装机容量逆势增长创历史新高 在中美两国的推动下,2020年全球可再生能源新增装机容量将达到200 GW,同比增长约4%,创下历史新高,占全球新增装机容量的近90%,主要是受益于风能和水能装机容量增长驱动。公用规模太阳能光伏发电项目的扩张将使光伏保持稳定快速增长,弥补了个人和企业重新调整投资重点所导致的新增屋顶光伏项目的减少。由于开发商急于在政策变化生效前完成项目,中美两国的风能和太阳能光伏装机容量都将猛增30%。 可再生能源行业已经迅速适应了新冠疫情危机的挑战。相比5月预测值,本报告将2020年全球可再生能源装机容量的预测上调了18%。由于新冠疫情导致供应链中断和项目建设延迟,使得2020年上半年可再生能源项目进展放缓。然而随着5月中旬以来跨境限制的放松,工厂建设和制造业活动再次迅速升温,物流方面的挑战也基本得到解决,使得可再生能源项目建设进度逐步恢复。最新的月度新增可再生能源装机数据显示,截至9月底,新增装机超过了此前的预期,表明欧洲、美国和中国的复苏速度加快。 3、欧洲和印度将引领2021年全球可再生能源增长 2021年,可再生能源装机容量的增长将达到创纪录的近10%,为2015年以来的最大增速。究其原因主要有两点:一是美国、印度和一些欧洲国家政府迅速采取措施,授权开发商在拍卖截止日期(原定于2020年底)几个月后完成项目。二是因成本持续下降和政策支持,明年美国、中东、拉丁美洲等地可再生能源增长势头将持续。预计印度2021年新增装机将比2020年翻一番,成为2021年可再生能源增长的最大贡献者。由于新冠疫情以及合同谈判和土地收购问题而推迟的大量已拍卖的风能和太阳能光伏项目有望投入运营。 欧盟可再生能源装机容量预计将在2021年大幅增加,这主要是法国和德国之前拍卖的公用规模太阳能光伏和风能项目陆续并网的结果。成员国为实现欧盟2030年可再生能源发展目标而制定的政策,以及欧盟复兴基金提供的低成本融资和赠款,为可再生能源增长提供了支持。在中东、北非地区和拉丁美洲,可再生能源的增长将在2021年复苏,这主要得益于之前通过竞争性拍卖的项目投产。 4、加强关键市场的政策确定性以促进可再生能源的部署 可再生能源面对新冠疫情危机展现出较强抵抗力,但对政策不确定性的抵抗力较弱。预测显示,主要市场的激励措施到期以及由此产生的政策不确定性,将导致2022年可再生能源的新增装机容量出现小幅下降。在中国,陆上风能和太阳能光伏补贴将于今年到期,而海上风能补贴将于2021年到期。而2021-2025年的政策框架将于明年年底才能公布,这给中国在2022年及以后可再生能源的发展带来了不确定性。此外,由于美国陆上风电的税收抵免到期、印度配电公司持续的财务困境以及拉丁美洲的拍卖推迟,2022年可再生能源新增装机增长势头将会受到抑制。届时,全球陆上风电的新增装机预计将下降15%,而海上风电的新增装机在全球范围内将继续加速扩张。 如果各国能够有效地解决政策不确定性问题,到2022年全球太阳能光伏发电和风力发电装机将分别增加25%,这将推动可再生能源新增装机容量达到创纪录的271 GW。其中仅中国市场就将占到增量的30%。届时,太阳能光伏市场的年新增装机容量将达到约150 GW,即在短短三年内增长近40%。在美国,如果实施更多的清洁电力政策,太阳能光伏和风能的部署进程可能会进一步加快,有助于加快美国电力行业的脱碳速度。 5、可再生能源将引领全球电力行业发展 成本削减和持续的政策支持有望在2022年以后推动可再生能源的强劲增长。尽管新冠疫情带来了挑战,但可再生能源发展的基本面并没有改变。目前在大多数国家,太阳能光伏和陆上风电已经是最便宜的电力来源。在拥有良好资源和廉价融资成本的国家,风能和太阳能光伏电站将给现有的化石燃料电站带来强劲挑战。目前,部分太阳能项目已经提供了史上成本最低的电力。总体而言,到2025年可再生能源将占到全球电力新增装机容量的95%。 2023年风能和太阳能的累计装机容量将超过天然气,到2024年超过煤炭。到2025年,仅太阳能光伏就会占到可再生能源新增装机容量的60%,风能占30%。在成本进一步下降的推动下,海上风电装机将大幅增加,到2025年将占风电新增装机的五分之一。海上风电的增长将从欧洲转移到中国和美国等仍有巨大潜力的新市场。全球范围内可再生能源的快速增长要求政府加大对可再生能源的政策关注,以确保它们能够安全、经济地并入电力系统。到2025年,可再生能源将超过煤炭,成为全球最大的电力来源。届时,预计其将提供世界三分之一的电力。水电将继续供应近一半的可再生能源电力。它是目前世界上最大的可再生能源电力来源,其次是风能和太阳能光伏。 持续下降的可再生能源成本正在改变投资者的布局和政策的作用。在可再生能源增量中,除拍卖和上网电价等政策驱动外,到2025年纯粹来自市场环境驱动所占的份额将从现在的不到5%增长到15%以上,是现在的三倍。这包括企业电力购买协议、受批发电价影响较大的电厂或其他合同。尽管政策和监管框架对保持长期收益稳定至关重要,但竞争将继续压低合同价格。未来五年,拍卖和绿色证书计划预计将覆盖全球可再生能源新增装机的60%;同期主要的石油和天然气企业对可再生能源发电新增投资预计将增加10倍。 6、新冠疫情致使生物燃料近20年来首次出现负增长 新冠疫情严重冲击了生物燃料行业。预计2020年全球交通生物燃料的产量将同比下降12%,这是近20年来年度产量首次下降,原因是交通燃料需求减少,以及化石燃料价格下跌削弱了生物燃料的经济吸引力。同比降幅最大的是美国和巴西的燃料乙醇以及欧洲的生物柴油。 交通燃料需求的复苏和主要市场更强劲的政策有望让生物燃料产量在2021年出现反弹,并持续增长到2025年。在这种情况下,最大的增产将是中国和巴西的燃料乙醇,以及美国和东南亚的生物柴油和加氢处理植物油。 7、需求减少抑制了可再生能源供热消费 新冠疫情导致经济活动减少,这预计会对供热消费需求产生较大影响,且对工业供热影响要大于对建筑的影响。而这将直接影响对可再生能源的需求,特别是工业中的生物能源使用。在其他地方,新冠疫情对短期可再生能源供热消费的直接影响有限。 可再生能源供热的比例预计将在未来五年内大致保持不变。预计2025年全球可再生能源供热消费将比2019年高出20%,其中建筑行业的增幅将超过工业。尽管如此,到2025年可再生能源仍只占到全球热能消费的12%。由于工业活动的推动,整个市场有望扩张。如果可再生能源供热消费没有出现显著变化,到2025年与供热相关的二氧化碳排放总量预计只会比2019年减少2%。 8、近期的政策动向有望为可再生能源发展提供额外助力 以清洁能源为重点的经济刺激措施可以直接或间接推动可再生能源发展。虽然个别国家迄今宣布的4700亿美元能源相关刺激方案的主要目的是提供短期的经济救济,但预计大约1080亿美元的经济增长目标集中在清洁能源上。这些措施可以直接或间接地通过建筑、电网、电动汽车和低碳氢气等领域提供额外的财政支持来支持可再生能源发展。即将出台的欧盟经济复苏计划也是如此,预计该计划将包含约3100亿美元的气候相关支出预算。 交通用可再生燃料是一个特别有可能得到支持的领域,因为该部门已受到新冠疫情的严重冲击。但该领域改善工作也应该做得更多。例如,在全球30家航空公司中,只有两家公司在应对危机时得到了政府的支持,只有两家公司被要求承诺将航空燃料掺混水平控制在2%。 主要市场的净零排放目标预计将加速可再生能源的部署进程。继欧盟和几个欧洲国家之后,亚洲三个主要经济体近期陆续宣布了实现净零排放的目标:日本和韩国到2050年,中国到2060年。虽然现在评估它们的确切影响还为时过早,但这些声明的雄心很可能会进一步加速可再生能源在所有行业的部署,对全球市场产生潜在的重大影响。
  • 快讯 精密测量科技动态快报 2020年第11期

    来源专题:精密测量科技动态监测平台
    编译者:marcus2017
    发布时间:2021-03-24
    目录 项目计划 PTB|德国研究基金会资助基于量子物理的大地测量研究 1 Innovate UK|英加联合启动量子技术计划 2 NIH|美BRAIN计划资助新型MRI扫描仪开展大脑研究 4 研究进展 Phys.Rev.A|高精度的车载钙离子光频标 5 SCIENCE|原子氢的双光子频率梳光谱 6 NATURE|确定精细结构常数,精度为万亿分之81 7 NATURE|集成光学多离子量子逻辑 8 NATURE|余震由流体驱动,衰减率由渗透动力学控制 9 NATURE|用于肝脂肪变性和纤维化分级的便携式单面磁共振传感器 10 Sci.Adv.|精密测量院等实现新冠出院患者的肺功能无创评估 11 精测快讯 光明日报|量子科技:从基础到应用 12 英大学和企业合作宣布开发量子传感器技术 16 “英国国家量子技术展”展示量子传感技术的重大影响力 18
  • 监测快报 农业立体污染科研动态监测快报

    来源专题:农业立体污染防治
    编译类型:快报,简报类产品
    发布时间:2021-03-26
    《农业立体污染科研动态监测快报》(以下简称系列《快报》)主要报道农业立体污染领域的国际科技战略与规划、科技计划与预算、科技进展与动态、科技前沿与热点、重大科技研发与应用、重要科技政策与管理等方面的最新进展与发展动态。 《快报》是内部资料,不公开出版发行;除了其所报道的专题分析报告代表相应作者的观点外,其所刊载报道的中文翻译信息并不代表译者及其所在单位的观点。
  • 监测快报 精密测量科技动态快报

    来源专题:精密测量科技动态监测平台
    编译类型:快报,简报类产品
    发布时间:2021-03-25
    跟踪监测精密测量领域科技动态