自我國提出碳達峰
碳中和的時間表和路線圖以來，能源成為關(guān)注的焦點，顛覆性能源技術(shù)的研發(fā)應用成為研究的熱點。那么，什么是顛覆性技術(shù)，顛覆性能源技術(shù)有哪些，近年來我國在能源領(lǐng)域取得了哪些顛覆性技術(shù)突破呢？
本次隨筆將圍繞這些問題進行討論。
一、什么是顛覆性技術(shù)？
顛覆性技術(shù)（Disruptive Technologies）的概念，最早是由哈佛商學院克萊頓·克里斯滕森(Clayton M. Christensen)教授1995年提出。
顛覆性技術(shù)的理念一經(jīng)提出，就引起工商界和學術(shù)界的極大反響。
克萊頓·克里斯滕森教授將顛覆性技術(shù)定義為：更簡單、更便宜、比現(xiàn)有技術(shù)更可信賴和更方便的技術(shù)。
專家學者一般將顛覆性技術(shù)定義為能改變某一行業(yè)主流產(chǎn)品和市場格局，或改變某領(lǐng)域“游戲規(guī)則”或操作方式的技術(shù)。
顛覆性技術(shù)是一種顛覆了某一行業(yè)主流產(chǎn)品和市場格局的技術(shù)，一種對已有或主流技術(shù)產(chǎn)生顛覆性效果的技術(shù)，可能是全新的創(chuàng)新技術(shù)，也可能是基于現(xiàn)有技術(shù)的跨學科、跨領(lǐng)域的創(chuàng)新應用；不但是對科學原理的創(chuàng)新性應用，更是跨學科、跨領(lǐng)域的集成創(chuàng)新。
當然，如果只是顛覆了某一行業(yè)主流產(chǎn)品和市場格局的技術(shù)，其內(nèi)涵比熊彼特提出的技術(shù)創(chuàng)新內(nèi)涵就要小了。
顛覆性技術(shù)具有如下特征：
第一個特征是，依賴舊技術(shù)獲得成功的企業(yè)往往會放棄顛覆性技術(shù)。因為，起初在核心性能指標上可能遠遠落后于已有技術(shù)且持續(xù)較長時間，而在某項非核心性能指標上有著顯著而又特別的優(yōu)勢；這種優(yōu)勢將始終存在，不會隨技術(shù)的進步而縮小差距。
第二個特征是，顛覆性技術(shù)最終會取代舊技術(shù)。顛覆性技術(shù)優(yōu)勢是明顯的，完全可以被企業(yè)和消費者覺察到；而且企業(yè)應該也能準確判斷技術(shù)進步的趨勢。
那么，為什么一些領(lǐng)先型企業(yè)會放棄顛覆性技術(shù)呢？因為領(lǐng)先型企業(yè)的消費者和顛覆性技術(shù)的消費者往往不是同一批乃至不是同一代人。
二、關(guān)于顛覆性能源技術(shù)的研究進展
從國家層面看，世界各國都高度重視顛覆性技術(shù)，紛紛進行相關(guān)戰(zhàn)略規(guī)劃與部署，期望占領(lǐng)技術(shù)創(chuàng)新的制高點。
歐盟委員會于?2018?年?6?月發(fā)布“地平線歐洲”計劃（第九框架計劃）提案，提出?2021—2027?年研究創(chuàng)新藍圖；
2013年5月，麥肯錫全球研究院(MGI)發(fā)布一份研究報告，重點分析了22項熱點前沿技術(shù)，挑選出2025年前可能改變?nèi)藗內(nèi)粘Ｉ詈腿蚪?jīng)濟的12項顛覆性技術(shù)。
美國白宮科技政策辦公室?2018?年發(fā)布備忘錄，明確了?2020?財年研發(fā)優(yōu)先領(lǐng)域，并計劃在顛覆性技術(shù)創(chuàng)新上加大投資；依靠先進的水平井和壓裂技術(shù)使
頁巖氣產(chǎn)量井噴式增長，不僅使美國從石油進口國變?yōu)槭统隹趪?，還帶來世界能源格局的大變革，這是顛覆性創(chuàng)新引發(fā)產(chǎn)業(yè)巨變的鮮活例證。
德國聯(lián)邦政府于?2018?年?7?月提出人工智能戰(zhàn)略要點文件；
韓國于?2018?年?4?月發(fā)布《創(chuàng)新增長引擎》計劃。
我國在?2016?年將“顛覆性技術(shù)”寫入《國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》和《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》，2017年黨的十九大報告中強調(diào)“突出顛覆性技術(shù)創(chuàng)新”。
從研究層面看，劉笑等以“Disruptive Innovation或Disruptive Technology”為檢索詞，設(shè)置文獻類型為Article，時間跨度為1995—2021年，在Web of Science核心合集（包含SCI-Expanded和SSCI）中共檢索獲得相關(guān)國外文獻2 916篇。
在中國知網(wǎng)上，輸入顛覆性技術(shù)就會發(fā)現(xiàn)，最早出現(xiàn)的文獻是2004年；而輸入能源顛覆性技術(shù)，或顛覆性能源技術(shù)，均沒有查到結(jié)果。
事實上，能源是科技創(chuàng)新最活躍的領(lǐng)域之一，可再生能源發(fā)電、先進儲能技術(shù)、氫能技術(shù)、能源互聯(lián)網(wǎng)等具有顛覆性技術(shù)不斷涌現(xiàn)。
2011年，《環(huán)球科學》雜志發(fā)表了由王棟翻譯的“7大顛覆性技術(shù)破解能源危機”的文章，7大顛覆性技術(shù)分別為：
——新反應堆以聚變觸發(fā)裂變，作者格雷厄姆·P·科林斯( Graham P. Collins)，利用激光從核廢料中提取電能；
——液體燃料 太陽能燃料，撰文 戴維·別洛( David Biello)，用太陽光和二氧化碳來驅(qū)動汽車；
——電力生產(chǎn)量子光電池，撰文 JR·明克爾( JR Minkel)，熱電子能讓太陽能電池的效率翻番；
——廢熱利用熱力發(fā)電機，撰文 比扎爾·P·特里維迪( Bijal P. Trivedi)，形狀記憶合金利用廢熱帶來額外能量；
——車輛工程沖擊波汽車發(fā)動機，撰文 史蒂芬· 阿什利( Steven Ashley)，汽車油耗將降低80%；
——家用電器磁體制冷機，撰文 蔡宙( Charles Q. Choi)，能為冰箱和房間制冷的特殊合金；
——排放處理 更清潔的煤炭，撰文 邁克爾·勒莫尼克( Michael Lemonick)，用鹽來吸收火電廠排放的碳；
迄今看來，上述顛覆性技術(shù)能商業(yè)化的并不多。
2013年，MGI研究報告的12項顛覆性技術(shù)中有3項是能源領(lǐng)域的，分別是：①儲能技術(shù)、②先進油氣勘探及回填、③可再生能源；移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新一代信息技術(shù)也與能源有著密切關(guān)系。
MGI認為，一批技術(shù)雖沒有選上卻也值得關(guān)注，包括新一代核裂變/聚變發(fā)電、固碳技術(shù)、無線充電等，這些技術(shù)的商業(yè)化前景不明朗，或在2025年之前難以進入商業(yè)化實用階段。
2016年，中國工程院立項開展“引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的重大顛覆性技術(shù)預測研究”重大咨詢項目研究，通過兩輪問卷調(diào)查和定量評價，遴選出26項未來可能引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)，其中能源領(lǐng)域有6項，分別是：
①超導材料，
②新一代核反應堆技術(shù)，
③能源互聯(lián)網(wǎng)，
④天然氣水合物大規(guī)模安全經(jīng)濟開采關(guān)鍵技術(shù)，
⑤規(guī)?；滦碗娔艽鎯夹g(shù)，
⑥井下油水分離同井注采技術(shù)。
三、近年來我國出現(xiàn)的顛覆性能源技術(shù)突破
這方面的資料眾多，這里的介紹只是其中的一部分，不能作為決策的參考。
1．作為終極能源的核聚變能取得突破
可控核聚變的主流技術(shù)主要有2種：磁約束核聚變（MFC）和慣性約束核聚變（IFC）。
世界上核聚變相關(guān)研究計劃較多，如國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃、美國國家點火裝置（NIF）、美國懸浮偶極子試驗裝置（LDX）、美國Z-IFE裝置、美國Lawrenceville Plasma Physics研究項目、美國FRX-L研究項目、加拿大通用聚變、歐洲高功率激光能源研究（HiPER）計劃和德國Wendelstein7-X等。
中國2007年正式加入ITER計劃，同時在大力推動國內(nèi)的核聚變科學技術(shù)研究。
我國圓滿完成了聚變工程實驗堆（CFETR）概念設(shè)計，已開展工程設(shè)計。中國環(huán)流器二號A裝置（HL-2A）和全超導托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）等大科學裝置先后建成，HL-2A在國內(nèi)首次實現(xiàn)了偏濾器位形放電、高約束模式運行。2017年7月，EAST在世界上首次實現(xiàn)了5000萬度等離子體持續(xù)放電101.2秒的高約束運行，再次創(chuàng)造了磁約束核聚變研究新的世界紀錄。
2023年8月，在位于四川省成都市的中國環(huán)流器聚變工程實驗堆上，我國成功實現(xiàn)了超過100秒的穩(wěn)態(tài)高約束模式等離子體運行，創(chuàng)造了120兆瓦的融合功率輸出。
這是人類歷史上第一次實現(xiàn)超過100秒的穩(wěn)態(tài)核聚變反應，也是世界上最高水平的核聚變實驗成果。
液態(tài)燃料釷基熔鹽實驗堆拿到運行許可證
2023年6月7日，國家核安全局給中科院上海應用物理研究所發(fā)放運行許可證，表明我國不僅是世界上最先進的核能技術(shù)之一，更是擁有下一代核能技術(shù)。
國際上在建的核電項目以三代核電為主；四代核電主要有鈉冷快堆、鉛冷快堆、氣冷快堆、超臨界水堆、熔鹽堆等6種。因安全性高，廢料量少，抗擴散能力強，經(jīng)濟效益好，釷基熔鹽堆被視為一種新興的高溫堆。
2．壓縮二氧化碳儲能
2022年6月，一家名為Energy Dome的公司在意大利撒丁島建設(shè)了世界上第一個二氧化碳儲能項目，規(guī)模為2.5MW/4MWh。
2022年8月，中國首個二氧化碳儲能驗證項目投運，由東方電氣集團東方汽輪機有限公司、百穰
新能源科技（深圳）有限公司、西安交通大學能源與動力工程學院共同打造。
百穰二氧化碳儲能技術(shù)特點如下：具有“高效率、低成本、高安全、無污染、長壽命、智能化”等多項特點；具備獨特的余熱利用能力，能挖掘中國工業(yè)余熱的巨大潛在價值；具有極好的普適性，可在各種地理環(huán)境和氣候條件下使用。
低成本。二氧化碳儲能建設(shè)成本顯著低于抽水蓄能，度電成本最低可達0.2元/度；
高效率。該系統(tǒng)電-電設(shè)計效率高達82%，實際效率能達到60%以上，并逐步提升；
無地域限制。二氧化碳儲能系統(tǒng)的建設(shè)對地理環(huán)境和氣候條件沒有特殊要求；
大容量。其儲能時長多達16+小時，釋能功率可達GW級；
長壽命，無衰減。該儲能系統(tǒng)壽命長達30年，設(shè)計使用期內(nèi)循環(huán)次數(shù)超過10000次，可做到效率無衰減、容量無衰減；
安全無污染，易升級改造。循環(huán)工質(zhì)采用二氧化碳，無燃爆風險，無污染殘留。其充電功率和時長均可平滑擴容，升級改造成本低。
3．液態(tài)陽光項目在多地實施
中國科學院大連化學物理研究所李燦院士的“液態(tài)陽光
綠色氫能”示范項目，利用以太陽能為代表的可再生能源高效電解水制氫，耦合二氧化碳加氫合成“液態(tài)陽光”甲醇，是集甲醇在線制氫、分離純化、升壓加注及二氧化碳液化回收等功能于一體的自主創(chuàng)新制氫加氫裝備技術(shù)，以甲醇作為儲氫載體，解決高密度儲運氫氣的安全問題，可靈活調(diào)整產(chǎn)能，實現(xiàn)氫氣的現(xiàn)產(chǎn)現(xiàn)用，占地面積較小，可廣泛應用于港口碼頭、公路場站及大型交通工具等多種制氫用氫場景。
將二氧化碳轉(zhuǎn)化為液態(tài)陽光甲醇是碳捕獲利用（CCU）技術(shù)，在獲得液態(tài)能源產(chǎn)品的同時實現(xiàn)可再生能源轉(zhuǎn)化利用、二氧化
碳減排和大規(guī)模儲能。
首個項目位于蘭州新區(qū)綠色化工園區(qū)。
4．等離激元技術(shù)
等離激元人工光合技術(shù)，可以將二氧化碳轉(zhuǎn)化為能源，變廢為寶，破解氣候變化和能源枯竭魔咒，氣候變化與能源枯竭由雙輸變雙贏，不僅解決了二氧化碳的排放問題，使二氧化碳也不再成為負擔，還可以將二氧化碳直接轉(zhuǎn)化為能源，開辟了新的二氧化碳減排和制能的路線。
類似的顛覆性能源技術(shù)突破還有一些，這里不再一一列舉了。
四、幾點小結(jié)
簡要總結(jié)我國能源領(lǐng)域顛覆性技術(shù)突破，應該是科學家的事情，對于我們這些做政策咨詢的研究人員而言，難免掛一漏萬，沒有提到的請不必介意。
需要特別提出的是，顛覆性能源技術(shù)突破，應當具備以下一些特征：
一是要改變傳統(tǒng)的碳-氫（C-H）技術(shù)路線與技術(shù)思路，否則難以做到不排放二氧化碳；
二是顛覆性能源技術(shù)可能在很早以前就已經(jīng)被科學家提出，但在工程技術(shù)上沒有得到實現(xiàn)，或商業(yè)化的前景存在不確定性；
三是顛覆性能源技術(shù)，應當覆蓋能源發(fā)現(xiàn)、開發(fā)利用、轉(zhuǎn)化、利用（特別是溫度對口和梯級利用）的全過程；
四是作為一種特殊形態(tài)的能的應用，微波能得到國內(nèi)外的高度重視，我國應當加快技術(shù)研發(fā)和推廣應用的力度，占領(lǐng)制高點。
2020年，20國部長級能源
會議提出，實現(xiàn)碳中和目標的一半技術(shù)還沒有開發(fā)出來。
我國應當發(fā)揮集中力量辦大事的制度優(yōu)勢，發(fā)現(xiàn)并抓住機遇，攻克盡可能多的顛覆性能源技術(shù)，為我國的碳達峰碳中和鋪就符合中國國情的新路徑。
此外，本人對國內(nèi)外一些專家推崇的
CCS（
CCUS）技術(shù)并不看好，不僅是因為成本高（本人今年參觀了位于成都的二氧化碳捕獲中歐合作項目，捕獲一噸二氧化碳的成本在100元以上，還不包括運輸、儲存），還是存在泄漏、沒有那么多的空間可以儲存等問題。
為什么西方人只是“嘴上說說的事情”，我國就當真了呢？
難道這也成了利益驅(qū)動？
我們不得而知。
附：產(chǎn)業(yè)革命及其主要標志
人所皆知，產(chǎn)業(yè)革命與技術(shù)革命密切相關(guān)。而每次產(chǎn)業(yè)革命的出現(xiàn)都是以顛覆性技術(shù)開始的。人們熟知的產(chǎn)業(yè)革命、重要事件及其主要標志有以下一些：
第一次工業(yè)革命：以蒸汽機為標志，能源以煤炭為主：
1733年 約翰·凱伊發(fā)明了飛梭
1765年 詹姆斯·哈格里夫斯 珍妮紡紗機（揭開了工業(yè)革命的序幕）
1769年 詹姆斯·瓦特改良鈕可門的蒸汽機為“單動式蒸汽機”
1782年 瓦特改良蒸汽機為“聯(lián)動式蒸汽機”,1785年投入使用
1807年 富爾頓 造出用蒸汽機做動力的輪船
1814年 史蒂芬孫發(fā)明蒸汽機車
第二次工業(yè)革命：以電器的廣泛應用為標志，油氣成為主要能源。
1866年，德國人西門子制成了發(fā)電機；到19世紀70年代，可用發(fā)電機問世。
電器開始用于代替機器，成為補充和取代以蒸汽機為動力的新能源。電燈、電車、電影放映機相繼問世，人類進入了“電氣時代”。
其次是內(nèi)燃機的創(chuàng)新和使用。
19世紀70年代，以煤氣和汽油為燃料的內(nèi)燃機相繼誕生，90年代柴油機創(chuàng)制成功。內(nèi)燃機的發(fā)明解決了交通工具的發(fā)動機問題。80年代德國人本茨等人成功地制造出由內(nèi)燃機驅(qū)動的汽車，內(nèi)燃汽車、遠洋輪船、飛機等也得到了迅速發(fā)展。內(nèi)燃機的發(fā)明，推動了石油開采業(yè)的發(fā)展和石油化工工業(yè)的生產(chǎn)。
科學技術(shù)的進步帶動了電訊事業(yè)的發(fā)展。
19世紀70年代，美國人貝爾發(fā)明了電話，
19世紀90年代，意大利人馬可尼試驗無線電報取得了成功。
第三次技術(shù)革命
從技術(shù)進步角度看，包括三方面：一是空間技術(shù)的利用和發(fā)展。
1957年，蘇聯(lián)發(fā)射世界上第一顆人造地球衛(wèi)星，開創(chuàng)了空間技術(shù)發(fā)展的新紀元。
1961年，蘇聯(lián)宇航員加加林在乘坐飛船率先進入太空。
1969年，美國實現(xiàn)了人類登月的夢想。
70年代以來，空間活動由近地空間為主轉(zhuǎn)向飛出太陽系。
二是原子能技術(shù)的利用和發(fā)展。
1945年，美國成功地試制原子彈后。
1949年，蘇聯(lián)也試爆原子彈成功。
1952年，美國又試制成功氫彈。
1953年～1964年間，英國、法國和中國相繼試制核武器成功。
三是電子計算機技術(shù)的利用和發(fā)展。
40年代后期的電子管計算機為第一代計算機。
1959年，出現(xiàn)晶體管計算機，運算速度每秒在100萬次以上。
1964年達到300萬次。
1978年的計算機每秒可運算1.5億次。
80年代發(fā)展為智能計算機。
也有人從動力系統(tǒng)、主要能源、交通工具角度來劃分三次產(chǎn)業(yè)革命：
動力系統(tǒng)：蒸汽機→內(nèi)燃機、電動機
主要能源：煤炭→石油、電力
交通工具：火車(蒸汽機車)→汽車、飛機
德國提出工業(yè)4.0，主要是按工業(yè)發(fā)展階段劃分的：
工業(yè)1.0是蒸汽機時代
工業(yè)2.0是電氣化時代
工業(yè)3.0是信息化時代
工業(yè)4.0是智能化時代
工業(yè)4.0九大技術(shù)支柱包括：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計算、工業(yè)大數(shù)據(jù)、工業(yè)機器人、3D打印、知識工作自動化、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全、虛擬現(xiàn)實和人工智能。
那么，無論是三次產(chǎn)業(yè)革命還是工業(yè)4.0，什么是主要能源呢？從實際看，答案五花八門；各國的能源構(gòu)成情況不同，專家的歸納也不相同：
有人認為是新能源可再生能源，
有人認為是天然氣，
有人認為是核能
……
由于能源消費變化的周期與產(chǎn)業(yè)規(guī)模的發(fā)展周期并不完全吻合，所以本隨筆沒有在相應的地方標注主要能源類型。
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