既要取之不尽，又要用之不竭，还要对环境友好，这样的理想能源究竟存在吗？在2024浦江创新论坛“未来能源论坛”上，专家学者介绍了多种新型能源的发展前景，以及能源储存方式的迭代可能。透过这些最新进展，人类在未来能源的探索上已有部分答案。
绿色燃料：“二氧化碳电催化”或将颠覆行业
要努力实现双碳目标，就不得不关注一个重点行业——船运。中国工程院院士、上海交通大学碳中和研究院院长黄震提供了一组数据：全球货运总量80%由船舶来承担，这些船舶中绝大部分使用了往复式发动机。2022年，全球航运业的排放量超过10亿吨二氧化碳，如果将其与国家排放量相比较，相当于全球第六的排放大国。因此，航运业减碳值得高度重视。
未来，内河航运以及近海点对点航运将尽可能实现电气化，但远洋航运很难用电池来驱动，这迫使业界转向“绿色燃料船舶”。所谓绿色燃料，是指利用可再生能源转化而来的能量密度高的燃料，主要包括氢、醇、氨、绿色汽柴油、可持续航空燃料等。
其中，氢燃料最为大众熟知，目前已经有数种相对成熟的制备方式。但挑战在于，氢的储存和运输比较耗能，而且作为危险化学品，它的爆炸极限非常广。绿氨的制备工艺条件比较苛刻，需要高温高压，能耗较高。绿甲醇近年来逐渐变得热门，大陆多省市已从三条不同路线开展探索。
黄震透露，上海交大团队正在研发一向非常有挑战的颠覆性技术，即用二氧化碳电催化来合成燃料。他们的目标是，2026年做成一个分布式可再生合成燃料制备系统，2028年完成高一致性、长寿命的电解池堆规模化制造，2030年完成可再生合成燃料系统的批量化工程运行。
中国科学院上海高等研究院副院长魏伟指出，绿色燃料正成为国内外摆脱对化石能源依赖的关键切入点。上海作为大陆与全球的重要连接点，承担了建设“五个中心”的使命任务，发展绿色燃料具有重要意义。
魏伟表示，在发展绿色燃料方面，本地可用的生物质较有限，不利于规模化生产。但就制氢所需的绿电而言，未来如能将海上风力发电与海洋能、海上光伏、海洋生物质相结合，打造一体化海上能源岛，将为上海绿电及绿氢供应提供有力支持。此外，在绿色甲醇、可持续航空燃料、绿氨、绿色汽柴油等燃料的颠覆性技术路线中，上海均有科研团队正在进行相关研究，部分已做出突破性成果，处于国内乃至国际领先水平。
可控核聚变：三大技术挑战，商用任重道远
在探索未来能源的道路上，核聚变能始终是热门选项，但似乎总是难以企及。中核集团首席科学家、核工业西南物理研究院科技委主任刘永表示，核聚变能的优势在于资源丰富、固有安全、环境友好。与传统化石燃料相比，一座100万千瓦规模的电站一年所需煤炭250万吨，所需石油130万吨，而所需氘仅100公斤，所需氚仅150公斤。
制备方式上，磁约束托卡马克是目前公认的最成熟、可率先实现可控核聚变能应用的技术途径，其中最有代表性的项目是国际热核聚变实验堆计划（ITER），大陆于2007年正式加入该计划。去年3月，核工业西南物理研究院主导发布了全球核聚变领域首个国际标准。今年6月，作为大陆自主设计研制的可控核聚变大科学装置，“中国环流三号”在国际上首次发现并实现了一种先进磁场结构，对提升核聚变装置的控制运行能力具有重要意义。
但刘永坦言，可控核聚变距离实现商用化仍有较长的路要走。眼下，磁约束核聚变领域仍存在三大技术挑战：燃烧等离子体稳态自持运行、耐高能中子轰击及高热负荷材料、氚增殖与自持循环。在工程技术层面，强场高温超导磁体、等离子体运行与控制、热量传导是目前面临的难题。
长时储能：空气与重力两条路径均实现突破
在实现双碳目标背景下，风电、太阳能发电等新能源发电发展迅速，其波动性给电力系统稳定运行和供需平衡带来挑战，需要解决数天、数周乃至跨季节的电力电量平衡问题。中国能源建设集团有限公司首席科学家、全国工程勘察设计大师罗必雄指出，发展长时储能对大陆保障能源安全、推动能源绿色低碳转型、促进能源高质量发展具有重要意义。
与锂电池不同，长时储能的储能容量与放电功率可以解耦，即储能部分的容量越大，放电的时长越长，因此可实现以较低成本增加储能部分的容量，从而延长放电时长。
长时储能主要通过压缩空气储能和重力储能两种方式实现。前者依靠大型地下洞穴或地上储气室进行储气，随着深冷液化、超临界等技术取得突破，可作为抽水蓄能的有力补充。后者采用模块化设计，扩容性强，可开展资源集约化利用，有利于提高储能的规模和灵活性。
在压缩空气储能领域，今年4月，全球首台（套）300兆瓦级压缩空气储能电站——湖北应城300兆瓦级压气储能电站示范工程首次并网一次成功。在重力储能领域，中国能建中电工程首创300兆瓦竖井式重力储能技术，构建超重载运输系统，研制出国内首台高效重力发电机组，初步形成了单模块容量最大、系统效率高、经济性优的模块化工程方案。