奉獻(xiàn)清潔電力，推進(jìn)能源革命

China Energy Investment Corporation Limited,Beijing 100011,China

電的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用掀起了第二次工業(yè)化高潮，成為18世紀(jì)以來(lái)，世界發(fā)生的三次科技革命之一，從此電力改變了人們的生活。電力是清潔能源的重要載體，目前全球發(fā)電技術(shù)正在向清潔化、低碳化、智能化方向加速發(fā)展，而這也有助于減緩全球變暖。隨著可再生能源的快速增長(zhǎng)，電力生產(chǎn)的清潔化已經(jīng)成為全球發(fā)展趨勢(shì)。

一直以來(lái)，電力行業(yè)對(duì)全球溫室氣體排放量貢獻(xiàn)很大。根據(jù)國(guó)際能源署（International Energy Agency,IEA）發(fā)布的數(shù)據(jù)，電力行業(yè)在2018年排放CO2139億噸，占與能源相關(guān)的CO2排放總量（319億噸）的44%[1]。隨著可再生能源發(fā)電比例的增加和化石燃料發(fā)電效率的提高，發(fā)電產(chǎn)生的CO2排放量從2000年的每千瓦時(shí)約603 g下降到2017年的每千瓦時(shí)約522 g[2]。然而，為應(yīng)對(duì)全球變暖，電力行業(yè)的CO2排放速率必須進(jìn)一步降低。

國(guó)際能源署在近期的一份報(bào)告中指出，為了實(shí)現(xiàn)2070年前CO2凈排放為零的目標(biāo)，必須大幅加快清潔能源方面的創(chuàng)新[3]。國(guó)際能源署對(duì)400項(xiàng)CO2減排技術(shù)進(jìn)行了歸類(lèi)，其中，61項(xiàng)技術(shù)被歸入電力行業(yè)，分布于發(fā)電、儲(chǔ)能和基礎(chǔ)設(shè)施等方面。與電力行業(yè)相關(guān)的這些CO2減排技術(shù)，約有三分之一實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。這就意味著，要實(shí)現(xiàn)凈零排放這一雄心勃勃的目標(biāo)，不但需要對(duì)現(xiàn)有能源體系從原料供應(yīng)到終端的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行調(diào)整或改造，也需要學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界的共同努力，在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)重大創(chuàng)新與突破。

這是一個(gè)全球性的問(wèn)題。正如Robin Batterham教授在本期清潔電力專(zhuān)題中提到的，在公眾觀點(diǎn)、政府政策支持及基礎(chǔ)資源和基礎(chǔ)設(shè)施方面，世界各地存在著巨大的差異，這也導(dǎo)致面對(duì)人們對(duì)更清潔、低碳能源的迫切需求，并沒(méi)有“一刀切”的解決方案。

Chris Greig教授則詳細(xì)論述了對(duì)能源行業(yè)實(shí)現(xiàn)深度脫碳至關(guān)重要的5個(gè)領(lǐng)域。而本期清潔電力專(zhuān)題的論文涵蓋了上述領(lǐng)域中絕大部分的最新進(jìn)展。

氫能作為未來(lái)構(gòu)建以清潔能源為主的多元能源供給系統(tǒng)的重要載體，其開(kāi)發(fā)與利用已經(jīng)成為新一輪世界能源技術(shù)變革的重要方向。本期專(zhuān)題中的多篇論文涉及該主題。例如，Hartley和Au對(duì)澳大利亞的國(guó)家氫能戰(zhàn)略進(jìn)行了概述，并強(qiáng)調(diào)了技術(shù)改進(jìn)和技術(shù)放大的必要性，也只有這樣氫能才會(huì)在經(jīng)濟(jì)層面具有可行性。Micheal Brear教授則對(duì)生產(chǎn)氫氣的各種途徑進(jìn)行了總結(jié)，并探討了可再生能源生產(chǎn)“綠色”氫氣的經(jīng)濟(jì)可行性。胡國(guó)平與共同作者回顧了電力制氫（power-to-hydrogen,P2H）的技術(shù)現(xiàn)狀，并指出，為大規(guī)模、高成本效益地利用氫能，除了解決氫氣的生產(chǎn)問(wèn)題，還面臨著儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)募夹g(shù)障礙。劉偉與共同作者詳細(xì)論述了液態(tài)生物質(zhì)燃料電池和生物質(zhì)電解制氫的新進(jìn)展。

全球一半以上的電力是通過(guò)燃煤生產(chǎn)的[4]，我們?cè)跍p少燃煤電廠的廢氣排放方面付出了不懈的努力。王樹(shù)民回顧了中國(guó)的101座燃煤電廠迄今為止取得的進(jìn)展，其中，顆粒物（particulate matter,PM）、SO2和NOx排放均已低于燃?xì)怆姀S的排放限值。雖然在減少燃煤電廠的顆粒物、SO2、NOx和汞排放方面取得了巨大進(jìn)展，但對(duì)燃煤電廠（以及其他工業(yè)來(lái)源）排放的CO2進(jìn)行捕集的技術(shù)，僅在少數(shù)電廠和工業(yè)排放源實(shí)現(xiàn)了全規(guī)模部署。電力行業(yè)要實(shí)現(xiàn)脫碳，就必須廣泛地采取碳捕集措施。對(duì)燃煤電廠而言，溶劑法捕集CO2是最成熟的捕集技術(shù)。Masood Alivand與共同作者在綜述中總結(jié)了以納米多孔碳為促進(jìn)劑來(lái)改善叔胺溶液CO2吸收動(dòng)力學(xué)的方法。

全球的太陽(yáng)能發(fā)電量在持續(xù)增加。在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模下，基于Cu(Inx,Ga1-x)Se2(CIGS)的薄膜太陽(yáng)能電池表現(xiàn)出比硅基電池更高的功率轉(zhuǎn)換效率。然而，工業(yè)化生產(chǎn)的CIGS組件的效率卻顯著降低。本期專(zhuān)題中的兩篇論文重點(diǎn)討論了改進(jìn)CIGS組件制造方法的途徑，以使工業(yè)化生產(chǎn)的產(chǎn)品擁有獲得更高效率的潛力。César Ramírez Quiroz與共同作者報(bào)道了一種成像技術(shù)，可以改進(jìn)CIGS組件制造的工藝，從而通過(guò)減少電池的互連損耗來(lái)提高效率。Miao Yang與合作者開(kāi)發(fā)并測(cè)試了一種具有潛力的基于離子交聯(lián)聚合物薄膜的CIGS電池封裝材料，其能夠自發(fā)地吸收和（或）解吸水分，并能阻止水分進(jìn)入電池內(nèi)部。

清潔能源技術(shù)未來(lái)的前景會(huì)如何？正如2020年世界能源體系受到的各種沖擊所表明的那樣，做出預(yù)測(cè)是較為困難的。但有一點(diǎn)是明確的：在未來(lái)幾十年里，對(duì)清潔能源技術(shù)的需求將變得更為迫切。

本期清潔電力專(zhuān)題聚焦清潔電力的高效開(kāi)發(fā)和利用，這與2019年5月在北京由中國(guó)工程院、中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)和國(guó)家能源集團(tuán)聯(lián)合主辦的清潔能源國(guó)際高端論壇為同一主題。歡迎各位讀者閱讀本期專(zhuān)題，了解全球在清潔電力技術(shù)領(lǐng)域廣泛而深入的研究、開(kāi)發(fā)和示范工作及成果。本專(zhuān)題編委對(duì)貢獻(xiàn)論文的作者表示感謝。同時(shí)也感謝貢獻(xiàn)了自己寶貴時(shí)間和專(zhuān)業(yè)知識(shí)的審稿人。本期清潔電力專(zhuān)題的成功出版與各位作者和審稿人的無(wú)私奉獻(xiàn)和專(zhuān)業(yè)精神是密不可分的。