摘要：科技创新是实现碳中和目标的重要保障和关键核心，能源是科技创新最活跃的领域之一。近年来，能源技术不断取得新突破，低碳负碳技术正成为新时期各国技术研发和攻关的重点。能源领域前沿技术最新动态及趋势探究和展望。
关键词：能源;技术；低碳 一、新能源技术 1小型核反应堆：
目前大型核反应堆通常产生约 1000 兆瓦的能量，小型模块化核反应堆（SMR）通常产生300兆瓦或更少的能量。建成一个大型核电站通常需要大约10年的时间，并且平均花费约 100 亿美元。尽管其发电量少于大型核反应堆，但小型核反应堆能够克服全尺寸核反应堆所面临的一些问题，如建造成本更低，使用将更灵活、更安全，可为核工业提供应急动力等，尤其是成本上的竞争力极大地推进了小型核反应堆的发展。2019年，世界上第一座浮动核电站“罗蒙诺索夫院士”号浮动核电站投入使用，这是首次投入使用的属于SMR的新型反应堆。除俄罗斯外，其他国家也在积极建造SMR。位于美国爱达荷州爱达荷福尔斯市的爱达荷国家实验室（INL）最早有望于 2023 年开始建造一座核电站，该核电站最终可容纳12个SMR。我国的陆上SMR示范堆可能会在 2025 年之前被建成并投入使用。
2地热能：
近一年来，全球多国设定了地热发展目标，强化对地热能资源的开发利用，比如日本提出到 2050 年在世界上率先开展下一代地热发电技术示范，希腊、秘鲁、阿尔及利亚等国将地热能视为实现其可再生能源目标的关键要素，对国内拥有地热资源的地区进行勘探，确定开发潜力，公布新的国家地热资源分布图，介绍迄今发现的地热田清单和温度图。目前约 70%的地热能被用于发电，但其面临
前期成本高和钻井不确定性大的挑战，不过随着石油公司加入，地热能开发或更快迎来转折。2021年初，BP 和雪佛龙联合投资加拿大地热能开发初创公司Eavor研发的“Eavor-Loop”地热发电技术，该技术的核心是安装在地下3000～4000米的封闭管道系统，以及与该系统连接的地面设备。与传统地热发电技术相比，Eavor公司的技术具有诸多优势：首先，该技术采用封闭系统，工质流体仅与地层进行热交换，没有流体交换，不会造成地下流体污染；其次，该系统对地热储层的渗透性没有要求；第三，工质流体循环的动力来自热虹吸，无需泵来提供额外动力；第四，不需进行压裂造缝，没有诱发地震的风险；第五，整个工作流程几乎没有碳排放，也不需要额外的水补给和水处理；最后，有效发电载荷稳定并且可根据需要进行一定的调节。理论上，石油公司还可以通过把废弃油井转为地热开发井来降低前期成本。不过有研究称，利用油井开发地热能的实际过程并非如此简单，主要是因为废弃和低产油井的热流量远低于新钻地热井，用于发电的经济性较差，而且这些油井通常都存在井筒完整性问题，难以达到地热项目 20～40 年的运行年限。对于大型油气企业来说，地热项目可为其提供收入来源多样化以及绿色转型的机会。考虑到化石能源前景，雷斯塔能源称，未来将会有更多跨国油气企业进入地热市场，利用其现有技术手段开发地热能，进而获得新的市场增长机会。
二、节能减排与深度脱碳技术 1碳捕集利用与封存：
全球应对气候变化和碳中和背景下，各国加快部署碳捕集利用与封存技术。值得一提的是，发展氢能和 CCUS 结合业务成为新的方向，目前全球 98%的氢能来自不可再生化石能源，与 CCUS 技术相结合的气体重整（主要是甲烷蒸汽重整）和与煤气化技术相结合可以实现生产低碳氢能的目标，欧盟和一些国家已经直接将 CCUS 视为实现这一目标的关键，美国、荷兰、日本、澳大利亚、新西兰也都在氢能政策中提到了 CCUS 的重要性。碳运输方面，日本推进研发、创新打造全球首个二氧化碳综合运输系统，目的是每年从碳捕集地到封存、利用地长距离大规模运输100万吨二氧化碳，到2030年实现CCUS系统的广泛应用。
2负排放：
雷斯塔能源（Rystad Energy）最新发布的《能源转型报告》指出，理论上，利用 CCS 可以解决全球 62%（250 亿吨）的二氧化碳排放问题，但前提是传统 CCS 的捕集率为 90%，而实际运行中不太可能达到这一水平，因此发展诸如直接空气碳捕集（DAC）、生物质能碳捕集与封存（BECCS）等负碳技术是非常有必要的。从空气中去除和隔离二氧化碳的负排放技术（NET）将在减缓气候变化方面发挥重要作用，最昂贵的 NET 方案是DAC技术，DAC 技术利用机器直接捕集空气中的二氧化碳。研究人员在小范围内对 DAC 成本进行了测试，每去除一吨二氧化碳的成本约为数百美元或更高。但这项技术可能是所有NET方案中二氧化碳去除潜力最高的。DAC 的一大优势是相较其他技术更具可扩展性。原则上，DAC 模式类似太阳能可以被应用在任何地方。BECCS 技术的应用案例很多，包括利用生物质（如木屑颗粒或甘蔗渣）发电和供热，其中二氧化碳被捕集与封存；在水泥窑和炼钢高炉中使用木炭作为燃料并捕集二氧化碳；在以生物质为原料的化工厂（如生物乙醇的生产和其他生物塑料制品的生产）进行碳捕集；分离沼气中的二氧化碳来生产生物甲烷。
3 Allam-Fetvedt 循环：
Allam-Fetvedt 循环是一种创新天然气（或合成气）发电技术，是实现低排放低成本 CCS 燃煤燃气发电的一条有力路径。Allam-Fetvedt循环将氧气作为助燃燃料，将二氧化碳作为工作流体介质，使其本身具备碳捕集、压缩、脱水以及消除氮氧化物和硫氧化物的能力，可捕集 97%的二氧化碳，助 力 电 厂 提 供 可 调 度 的 低 碳 电 力 。
三、新兴产业技术 1储能电池：
电化学储能中锂离子电池储能是主要的应用类型之一。然而，锂离子电池由于理论能量密度低、续航时间短的问题，难以满足人们的需求。二氧化碳电池是一种金属气体电池。锂-二氧化碳是已知具有潜力性能和能量密度的几种电池技术之一，其能量密度可以是当今锂离子电池的7倍。意大利初创企业Energy Dome推出了最新的二氧化碳电池技术。该电池系统利用热力学原理，工作原理类
似于压缩空气储能和液态空气储能系统，系统储能效率可达5%～80%，显著高于其他长期储能系统。相关人士表示，二氧化碳电池系统拥有长时间、低成本等多重优势，利用现有设备的情况下，平准化储能成本预计能够达到50～60 美元/兆瓦时，远低于目前锂电池132～245美元/兆瓦时的储能成本。
2绿色制氢：
通过风能和太阳能发电生产绿氢被视为向100%可再生能源系统过渡的重要路径。德国计划每年投入1亿欧元用于氢技术研究，以成为未来全球氢技术领导者和出口者。2021年，德国乌尔姆大学Matthias May团队开发出一种可在零下20摄氏度环境下运行的太阳能热耦合水解制氢系统，由太阳能电池系统和电化学制氢系统组成，采用了低凝固点电解质和严格的热控制设计，并利用了太阳能电池运行过程中产生的热量，使电化学设备运行温度达到10摄氏度左右，为极端寒冷地区、高海拔地区制氢开辟了道路。此外，德国投运了欧洲最大的聚合物电解质膜（PEM）电解水制氢工厂，该电解装置将使用可再生电力每年生产1300吨绿氢，初期用于生产低碳燃料，未来将用于工业、家庭供暖和卡车燃料，助力实现欧盟气候目标。伴随技术的发展，全球利用可再生能源电解水制氢示范项目数量和电解槽容量不断增加。
四结束语
随着数字化技术的发展，世界各地的能源系统联通更加便利、高效、智能化，并且更加可靠和可持续化。比如荷兰正在加速推进用户端能源管理的智能化、数字化转型。英日合作开发用于核聚变及核退役的机器人和自动化技术，旨在通过机器人、远程控制、数字技术等催生更为安全、快速的核聚变研究方法，并解决核设施退役的复杂挑战。该项目的一个重要特点是通过数字孪生技术建立虚拟模型进行核设施的测试和分析，并预测潜在的维护和运行问题。该项目将协助英国塞拉菲尔德核电站和日本福岛第一核电站使用长距离机械臂实现更快速和安全的退役，并为解决核退役的燃料碎片回收等难题提供关键技术基础。
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