谈谈能源领域的颠覆性技术

微言创新 · 公众号 · · 2019-01-17 20:00

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编者按

本文对能源领域的颠覆性技术进行了梳理，提出推进我国能源领域颠覆性创新工作的几点建议。

1.什么是颠覆性技术

颠覆性技术（Dis ruptive Technologies）理论最早是由哈佛商学院克莱顿·克里斯滕森(Clayton M.Christensen)教授于1995年创立，这个理念一提出就引起工商界和学术界很大的反响。克莱顿·克里斯滕森教授将颠覆性技术定义为更简单、更便宜、比现有技术更可信赖和更方便的技术。近来，也有学者将颠覆性技术定义为能改变某一行业主流产品和市场格局，或改变某领域“游戏规则”或操作方式的技术。

美国在颠覆性创新方面走在世界前列。2013年5月麦肯锡全球研究院(MGI)发布一份研究报告，重点分析了22项热点前沿技术，并挑选出2025年前可能改变人们日常生活和全球经济的12项颠覆性技术。特别是美国依靠先进的水平井和压裂技术使页岩气产量井喷式增长，不仅使美国从石油进口国变为石油出口国，还带来世界能源格局的大变革，这是颠覆性创新引发产业巨变的鲜活例证。

2.能源领域的颠覆性技术展望

能源是科技创新最活跃的领域之一，可再生能源发电、先进储能技术、氢能技术、能源互联网等具有颠覆性的新技术不断涌现。 MGI研究报告的12项颠覆性技术中有3项落在能源领域，分别是①储能技术、②先进油气勘探及回填、③可再生能源，而移动互联网、物联网、云计算等也与能源有着密切关系。需要说明的是，MGI认为一批落选技术也值得关注，包括新一代核裂变/聚变发电、固碳技术、无线充电等，这些技术落选的原因不是其变革性不足，而是商业化前景不明朗，或2025年之前难以进入商业化实用阶段。

2016年中国工程院立项“引发产业变革的重大颠覆性技术预测研究”重大咨询项目，项目组汇集全国众多专家智慧，通过两轮问卷调查和定量评价，遴选出26项未来可能引发产业变革的颠覆性技术，其中能源领域有6项，分别是①超导材料、②新一代核反应堆技术、③能源互联网、④天然气水合物大规模安全经济开采关键技术、⑤规模化新型电能存储技术、⑥井下油水分离同井注采技术。

当然，目前颠覆性创新理论还存在局限性，颠覆性技术的内涵、遴选指标还在不断发展。现就本人的理解对能源领域颠覆性技术进行梳理和粗浅的阐述。

可再生能源

低碳化甚至零碳化是世界能源发展的长期方向，可再生能源规模化应用极大的降低大气污染物和温室气体排放。MGI预估包括太阳能、风能、水能、海洋能等可再生能源技术到2025年每年将带来0.2～0.3万亿美元的经济效益，减少碳排放10～12亿吨。特别应关注有：热风发电、太阳池发电及远海风电、高空风电、大容量风电用超导发电机等风电新概念技术，值得期待。

新一代核技术

核电应用在国际上存在较大争议。对核电安全性提出了更高的要求，新建核电项目普遍采用安全性更高的三代、四代核电技术。在前瞻性技术上，研究的焦点是国际热核聚变实验堆（ITER）项目。热核聚变研究关系到最终解决人类能源问题，是一项潜力巨大的科学技术，一旦突破且投入使用将对世界能源带来颠覆性的影响。

先进储能技术

储能技术的研究极大地推动汽车和新能源产业的发展。在电网方面，先进的储能系统适用于风能、太阳能等大规模可再生能源电站及电网智能调峰等应用场合，开发高能量密度、高功率密度、低成本、长寿命和高安全性的储能电池是未来的发展方向。 MGI预估到2025年储能技术每年将带来0.1～0.6万亿美元的经济效益。

超导材料

近年来美国、韩国、日本、德国等国家先后突破了二代高温超导带材的长线制备工艺瓶颈，形成多个示范工程，具有高临界磁场、高临界温度、高电流密度等优势的二代高温超导材料正逐渐由实验室走向实际应用。中国科学家奋起直追，创造的铁基超导“奇迹”令世界瞩目,2013年中科院物理研究所赵忠贤院士领衔的团队获得国家自然科学奖一等奖时，外界曾评论：超导研究是中国科学家距离诺贝尔奖最近的领域。

氢能技术

氢能是目前备受期待的新一代能源。欧、美、日等发达国家的氢能与氢燃料电池技术在交通、固定式电站、通信基站备用电源和物流运输领域都有示范，氢燃料电池技术已进入商业化初期。氢能技术链包括制氢、储氢、运氢、用氢四个环节，其中研究开发的储氢技术有不饱和芳烃催化加氢与脱氢技术、水氢技术等新技术,以甲醇为储氢介质的技术已取得明显突破。

能源互联网

能源互联网具有在“纵横”两个方向体系整合特征，横向多能多源互补，纵向“源–网–荷–储”协调，形成能源与信息高度融合的新型能源体系。目前亟待突破的技术分三个方面，一是能源互联网架构设计技术；二是能源与信息深度融合技术；三是能源互联网衍生应用技术等。

3. 结语

新一轮科技革命和产业变革对我国既是机遇也是挑战。如何推进我国能源领域颠覆性创新工作，有几点思考：

一是要尽快研究能源领域颠覆性技术清单。能源产业是科技革命最活跃的领域之一，能源革命与科技革命相生相伴，在面临产业重大变革机遇的背景下，要准确把握引发产业技术变革的发展方向，并采用科学方法对这类技术进行定性与定量遴选，形成颠覆性技术清单，为我国制定能源发展规划、重大科技决策、科技投入以及产业政策提供决策支撑，助力于我国抓住能源产业变革的“时间窗口”，在新一轮科技竞争中抢占战略制高点，实现“变道超车”、后来居上。

二是深入推进能源与信息等学科的交叉融合。能源领域学科大多为应用型学科，要大力推动能源与大数据、云计算、互联网等现代信息技术的交叉融合，统筹目标导向和自由探索的科学研究，超前部署具有产业变革趋势的战略先导和交叉前沿研究项目，加快能源领域科技创新，形成颠覆性创新成果。

三是构建多方参与的创新生态环境。颠覆性技术具有发展周期长、风险大的特点，但高风险也带来高回报。要形成政府牵头引导，联合企业、科研院校等进行协同创新，形成开放合作的创新网络和形式多样的创新共同体。同时要建立多元化科技融资体制，利益共享，风险分担，从经费投入等各方面保障颠覆性创新活动的持续开展。

（责任编辑：沈跃栋）

作者简介

杜坤杰，上海新能源科技成果转化与产业促进中心高级工程师，从事科研项目管理。