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能源環(huán)境新聞

3D打印技術(shù)應(yīng)用于太陽能電池制造工藝

星之球科技 來源:能源情報研究2019-06-13 我要評論(0 )   

北極星太陽能光伏網(wǎng)訊:隨著新一輪工業(yè)革命興起,應(yīng)對氣候變化達成全球共識,能源技術(shù)成為引領(lǐng)能源產(chǎn)業(yè)變革、實現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的

北極星太陽能光伏網(wǎng)訊:隨著新一輪工業(yè)革命興起,應(yīng)對氣候變化達成全球共識,能源技術(shù)成為引領(lǐng)能源產(chǎn)業(yè)變革、實現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的源動力。目前,世界主要國家和地區(qū)均把能源技術(shù)視為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的突破口,從能源戰(zhàn)略的高度制定各種能源技術(shù)規(guī)劃、采取行動加快能源科技創(chuàng)新,以增強國際競爭力。同時,能源技術(shù)開發(fā)的最新動態(tài)也預(yù)示著未來全球能源發(fā)展趨勢。


一、全球能源技術(shù)的發(fā)展趨勢分析

1.綠色、低碳能源技術(shù)必然是未來發(fā)展主要方向

未來,能源將繼續(xù)向著低碳化、綠色、高效方向發(fā)展。歐盟科研創(chuàng)新資助計劃“地平線2020”2018 ~ 2020 年度支出方案中,“低碳和適應(yīng)氣候變化的未來”領(lǐng)域?qū)@ 33 億歐元預(yù)算,按年度工作計劃,可再生能源、能效建筑、電動運輸和儲存方案 4個清潔能源領(lǐng)域的項目將獲 22 億歐元撥款。俄能源部宣布支持設(shè)立遠東聯(lián)邦區(qū)可再生能源發(fā)展基金,并將制訂具體建議。英國將投入 2800 萬英鎊資助可再生能源創(chuàng)新、智慧能源系統(tǒng)創(chuàng)新、低碳工業(yè)創(chuàng)新、核能創(chuàng)新等能源創(chuàng)新項目,作為能源創(chuàng)新計劃 (2016 ~ 2021年 )的一部分。特朗普政府宣布退出巴黎協(xié)定,全球應(yīng)對氣候變化形勢變得撲朔迷離,但全球能源領(lǐng)域轉(zhuǎn)型已是大勢所趨,綠色能源技術(shù)、低碳能源技術(shù)必然是未來發(fā)展主要方向。

2.小型模塊化反應(yīng)堆開啟核能新時代

小型模塊化反應(yīng)堆 (SMR)因其較高的安全性能、操作靈活性、電網(wǎng)適應(yīng)性等優(yōu)點,受到越來越多的關(guān)注。全球多個核電大國推進 SMR技術(shù)開發(fā)部署。美國Nuscale Power公司提交首個 SMR商業(yè)電廠設(shè)計認(rèn)證審查申請。加拿大監(jiān)管機構(gòu)啟動了首個 SMR示范堆的一般選址和取證程序。俄羅斯將協(xié)助菲律賓開展關(guān)于在陸上或近海建造 SMR的可行性研究。俄羅斯原子能集團所屬“光線”科學(xué)生產(chǎn)聯(lián)合公司研發(fā)出基于熱電子發(fā)射效應(yīng)原理的小型核電站,具有安全可靠、不需維護、可長期運行等特點,可作為獨立電源為偏遠地區(qū)重要設(shè)施供電。英國政府承諾通過競爭探索 SMR的潛力,評估開發(fā)、商業(yè)化和資助 SMR技術(shù)的市場利益。2018年 7月 3日,日本政府公布了最新制定的“第 5次能源基本計劃”,提出今后將開發(fā)具有安全性、經(jīng)濟性和機動性優(yōu)勢的堆型,小型模塊化堆將是日本未來開發(fā)的重要選項。

3.能源區(qū)塊鏈領(lǐng)域前景廣闊

區(qū)塊鏈技術(shù)具有去中心化存儲、信息高度透明等優(yōu)勢,能實現(xiàn)能源的數(shù)字化、分布式精準(zhǔn)管理,將對未來能源市場產(chǎn)生巨大影響。美國能源部提出“基于區(qū)塊鏈技術(shù)的能源系統(tǒng)新概念”,探索區(qū)塊鏈技術(shù)在管理電網(wǎng)方面的應(yīng)用。英國石油公司和荷蘭殼牌領(lǐng)銜的財團將開發(fā)一個針對能源大宗商品交易的區(qū)塊鏈數(shù)字平臺。澳大利亞政府將提供 257 萬澳元以支持一個應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)的光伏和用水兩年試點項目。麥肯錫公司在一份報告中指出,區(qū)塊鏈?zhǔn)抢^蒸汽機、電力、信息和互聯(lián)網(wǎng)科技之后目前最有潛力觸發(fā)第 5輪顛覆性革命浪潮的核心技術(shù),對于石油和天然氣這樣一個分布廣泛、復(fù)雜龐大的行業(yè),區(qū)塊鏈技術(shù)的黃金期正在到來。

4.電池儲能將發(fā)揮重要作用

儲能產(chǎn)業(yè)作為能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的支撐產(chǎn)業(yè)和關(guān)鍵推手,在傳統(tǒng)發(fā)電、輸配電、電力需求側(cè)、輔助服務(wù)、新能源接入等不同領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。國際可再生能源署 (IRENA)發(fā)布的《電力存儲和可再生能源 :成本和市場研究報告 (2030)》稱,到 2030 年,如果能源系統(tǒng)的可再生能源份額翻番,全球儲能容量將增加三倍。報告在基本預(yù)測情景中提出,到 2030年,全球儲能裝機將在 2017 年基礎(chǔ)上增長 42% ~ 68%,如果可再生能源增長強勁,那么儲能裝機增長幅度將達到155% ~ 227%。電池儲能將在改變儲能裝機結(jié)構(gòu)中發(fā)揮重要作用,在尖峰負(fù)荷時段的電力能源系統(tǒng)中起到電源的作用。儲能技術(shù)的快速發(fā)展將給能源系統(tǒng)帶來顯著變化,同時,在化石燃料需求上會造成一定的影響,畢竟,儲能將越來越多地取代火電,在電力能源系統(tǒng)中發(fā)揮強大的電源調(diào)節(jié)能力。

5. 5G與能源的深度融合

近年來,能源行業(yè)積極實施“互聯(lián)網(wǎng) +”戰(zhàn)略,全面提升行業(yè)信息化、智能化水平,充分利用現(xiàn)代信息通信技術(shù)、控制技術(shù),實現(xiàn)智能設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和信息收集,激發(fā)新型作業(yè)方式和用能服務(wù)模式。隨著各類能源業(yè)務(wù)的快速增長,電網(wǎng)設(shè)備、電力終端、用電客戶迫切需要通過最新的通信技術(shù)及系統(tǒng)支撐,滿足爆發(fā)式增長的通信需求。5G技術(shù)將支持能源領(lǐng)域基礎(chǔ)設(shè)施的智能化,并支持雙向能源分配和新的商業(yè)模式,以提高生產(chǎn)、交付、使用和協(xié)調(diào)有限的能源資源的效率。可再生能源、電網(wǎng)通信、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域?qū)⒊蔀?5G在全球能源行業(yè)的重點應(yīng)用場景。歐盟特別注重 5G與行業(yè)的充分融合,在《關(guān)于 5G架構(gòu)的觀點》白皮書中提出,5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)應(yīng)具備為汽車、能源、食品、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、教育等垂直行業(yè)提供定制化專網(wǎng)組網(wǎng)服務(wù)的能力,5G技術(shù)與商業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的對接,有利于 5G網(wǎng)絡(luò)能夠高效率、低成本地提供各類新興業(yè)態(tài)服務(wù)。

6.3D打印技術(shù)應(yīng)用于太陽能電池的制造工藝

3D打印技術(shù)除了用在晶體硅太陽電池以外,也可以應(yīng)用在薄膜電池上。如美國俄勒岡州立大學(xué)的研究者們使用 3D打印技術(shù)成功地制造出了銅銦鎵硒 (CIGS)薄膜太陽電池,節(jié)約了 90%的原材料。麻省理工學(xué)院(MIT)則通過一臺特制 3D打印機將薄膜太陽電池印刷到紙張上,這種電池目前可提供 1.5% ~ 2%的電池效率。3D打印技術(shù)不僅能打印出分辨力高、導(dǎo)電性好的柵線,而且能夠降低生產(chǎn)成本,可以和高方阻發(fā)射極完美結(jié)合并應(yīng)用于各類太陽電池新技術(shù)。國內(nèi)外都在積極研究及應(yīng)用推廣該技術(shù),因此,3D打印技術(shù)應(yīng)用于太陽能電池的制造工藝將是大勢所趨,這一技術(shù)也會帶來太陽能電池質(zhì)量和效率的大幅提高。

二、啟示與建議

1.突破核心技術(shù),打造新一代電力系統(tǒng)

以可再生能源逐步替代化石能源,使清潔能源在一次能源生產(chǎn)和消費中占更大份額,推動能源轉(zhuǎn)型,建設(shè)清潔低碳、安全高效的新一代能源系統(tǒng),是我國能源革命的主要目標(biāo)。一次能源消費中非化石能源主要來自一次電力,大幅提高非化石能源電力占比,形成非化石能源為主的電源結(jié)構(gòu),是電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的重要標(biāo)志。當(dāng)前,突破高比例可再生能源、高比例電力電子裝備接入電網(wǎng),多能互補綜合能源以及信息物理深度融合智能化電網(wǎng)等技術(shù),是建設(shè)新一代電力系統(tǒng)的關(guān)鍵。

2.不斷壯大清潔能源產(chǎn)業(yè),推動綠色能源發(fā)展

應(yīng)對氣候變化,清潔能源扮演著舉足輕重的角色。加快水電、核電、風(fēng)電、光伏等清潔能源替代迫在眉睫。國際能源署預(yù)測,在未來 5年內(nèi),中國將持續(xù)引領(lǐng)全球清潔能源發(fā)展。當(dāng)前,我國已成為全球最大的可再生能源生產(chǎn)國和應(yīng)用國,水電、風(fēng)電、光伏裝機規(guī)模多年保持全球領(lǐng)先,核電在建規(guī)模也居世界首位。綠色低碳是能源技術(shù)創(chuàng)新的主要方向,集中在傳統(tǒng)化石能源清潔高效利用、新能源大規(guī)模開發(fā)利用、核能安全利用、能源互聯(lián)網(wǎng)和大規(guī)模儲能以及先進能源裝備及關(guān)鍵材料等重點領(lǐng)域。

3.加大研究力量,建立有效激勵機制

近年來,我國能源科技創(chuàng)新能力和技術(shù)裝備自主化水平顯著提升,建設(shè)了一批具有國際先進水平的重大能源技術(shù)示范工程。智能電網(wǎng)和多種儲能技術(shù)快速發(fā)展,陸上風(fēng)電、海上風(fēng)電、光伏發(fā)電、光熱發(fā)電、纖維素乙醇等關(guān)鍵技術(shù)均取得重要突破。一系列具備國際先進水平的重大能源示范工程成果標(biāo)志著我國能源科技水平得到了跨越式發(fā)展。但與世界能源科技強國和引領(lǐng)能源革命的要求相比,還有較大的差距,主要體現(xiàn)在核心技術(shù)缺乏,高端能源裝備依賴進口 ;產(chǎn)學(xué)研結(jié)合不夠緊密,創(chuàng)新活動與產(chǎn)業(yè)需求脫節(jié) ;創(chuàng)新體制機制不夠完善,人才培養(yǎng)、管理和激勵制度有待改進等幾方面。因此推動能源技術(shù)革命已迫在眉睫,必須大力推進能源技術(shù)創(chuàng)新,縮小與國際先進水平差距,強調(diào)自主研發(fā)與技術(shù)引進相結(jié)合。

4.明確能源科技發(fā)展戰(zhàn)略的優(yōu)先方向與路線

能源技術(shù)是決定全球能源未來的重要因素之一,能源技術(shù)的發(fā)展方向更是關(guān)系能源戰(zhàn)略全局的關(guān)鍵棋子。把握世界能源科技綠色低碳、智能、高效、多元的發(fā)展方向,合理規(guī)劃建設(shè)清潔低碳、安全高效現(xiàn)代能源體系的中長期愿景和目標(biāo),建立穩(wěn)定的政策環(huán)境,把化石能源清潔高效利用、分布式能源和智能電網(wǎng)、先進安全核能、規(guī)?;稍偕茉醋鳛閼?zhàn)略優(yōu)先方向,適時更新中長期發(fā)展戰(zhàn)略和行動計劃,并利用技術(shù)和產(chǎn)業(yè)路線圖指導(dǎo)技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新。

5.大數(shù)據(jù)背景下推動能源行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型

在“智能 +”時代,云、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)分析、機器學(xué)習(xí)、人工智能、自動化、智能終端、增強現(xiàn)實等技術(shù)組成錯綜復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。技術(shù)不僅是提升效率的工具,還是能源行業(yè)成功的業(yè)務(wù)戰(zhàn)略與未來收入增長的基石。在大數(shù)據(jù)時代,能源行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型已是大勢所趨。

能源行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型,就是發(fā)展數(shù)字能源,即利用數(shù)字技術(shù),引導(dǎo)能量有序流動,構(gòu)筑更高效、更清潔、更經(jīng)濟、更安全的現(xiàn)代能源體系。

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