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钻探成本占地热发电项目总资本成本的40%-70％，这也是该项目非常耗时的部分。低成本、仅勘探井眼的经济钻探和硬岩层的深度钻探有很多技术上的挑战，需要创新解决方案。改善地球物理数据清单和地球科学勘探方法，创新地热资源评估工具，能够降低勘探风险和投资。

到目前为止，地热能的利用主要集中在天然存在的水或蒸汽相对易渗透的岩石地区。以目前技术经济可行条件，钻探范围在5公里内，绝大多数地热能位于相对干燥、低渗透性的岩石中。储存在低孔隙度或低渗透性岩石中的热能量通常被称为干热岩资源，与当今用于发电的大多数热液体资源仅分布于少数地区形成对比，全世界都可以使用干热岩资源。

干热岩资源的特征是孔隙空间有限、裂缝较小，对自然开采而言缺少水和渗透性。虽然世界上任何地方都可以找到干热岩资源，但在自然放射性同位素增加的地区（例如南澳大利亚）或应力状态良好的地区（例如美国西部）资源更接近地表。在温度梯度较低（7°C / km至15°C / km）和低渗透率的地区，资源深度将大大增加。

干热岩资源开采技术仍处于样机阶段，需要创新和经验才能在商业上可行。美国和澳大利亚在开展EGS的研究、测试和示范。美国已将大型EGS RD＆D组件纳入其最近的清洁能源计划，作为国家地热计划的一部分。目前尚无法获得全球干热岩资源地图，但是包括美国在内的一些国家已经开始绘制EGS资源图。

需要探索和评估热液资源和干热岩资源潜力。机载高光谱、热红外、磁和电磁传感器等技术能否大范围提供廉价数据（TRL 10）仍需验证，其他工具可能包括地面验证、土壤采样和地球物理调查（大地电磁、电阻率、重力、地震或热流测量等）。

海洋热能转换（OTEC）（TRL 4）是一项从深海吸收热能并将其转换为电能或商品的技术。这项技术要求地表热水和深水之间的温度差为20ºC，因此仅在世界某些地区可行，热带是实施这项技术的最佳区域。OTEC的主要用途是发电、海水淡化、制冷制热，以及支持鱼类或其他海洋生物的养殖。

盐度梯度发电（TRL 3）由化学压力产生能量，该化学压力来自淡水和盐水之间的盐浓度差异。因此，可应用在淡水和盐水汇合的河口。正在开发的两种技术为压力缓渗（PRO）和反向电渗析（RED），两者均处于TRL 3阶段。

洋流发电（TRL 3）从海流中收集能量，其受风、水的温度、盐度和密度等因素驱动，可以一直沿同一个方向流动，主要设计概念是以阵列形式部署的水轮机。

波浪能发电从海浪中捕获动能和势能。波浪能转换器（WEC）旨在实现模块化并以阵列形式部署，但目前缺乏行业标准和设计共识。由于波浪资源的多样性，不同区域几乎不太可能使用同一种设备。

波浪能发电的研究应集中于关键组件和子系统，这些组件应在多种条件下分别测试并集成到整个设备。锚固设备和传输电缆应能承受结构和流体运动产生的应力，并且需要简化安装和退役流程以降低成本，甚至可能共享海上风电平台、基础设施和出口电缆。

数字化可以帮助扩大示范规模并扩大生产，传感和控制系统（TRL 9）可以帮助预测和减轻机械应力，大数据分析可辅助涡轮机系统调整电气设备或发电机的负荷（TRL 8），并进行预测性维护。

波浪能转换器的动力输出系统（PTO）（TRL 3）将不规则的低频波和浪涌转换为符合电网要求的电能，主要类型包括涡轮机、液压系统变速箱和线性发电机等。其中的控制系统非常重要，例如叶片的变桨控制系统将提高产量和设备可靠性。

目前，获得电力的方法很多，离网、微网和并网的系统设计都具有可行性。离网的一些技术（例如独立的太阳能家用系统）、微网和节能设备正尝试提供从电网以外获得电力的途径，这类去中心化的系统可满足接入电网成本过于昂贵的边远地区的电力需求，同时在城市为不可靠的供电系统提供备用。

【技术解决方案】

迄今为止，太阳能家用系统已被广泛应用于新型移动平台和即用即付（PAYG）融资，与煤油和柴油相比，太阳能家用系统的成本竞争力越来越强。PAYG（TRL 11）帮助消费者克服了光伏高昂的前期成本，传统上，这一直是贫困社区应用的一个重大障碍。移动技术，例如基于云的计量和软件平台（TRL 10）也可以与更大的系统（例如小型电网）配合使用，可为家庭提供额外服务，并为灌溉等生产用途提供电力。

集成了太阳能产品的高效家用电器正在得到更广泛的应用，通过使用高效电器减少电力需求，可降低系统（如光伏板）的前期成本。

许多离网系统生成大量数据，除了用于计费和资产监控外，利用大数据和人工智能分析，可以定制设备和模块的扩容、优化规划、改进设备管理和维护，促进更广泛的商业服务供应。

尽管光伏发电已经实现了巨大的规模效应，但仍需要提升效率。目前的主流技术是晶体硅，其中，铝背场电池技术（Al-BSF）占据了大约四分之三的市场，其余四分之一由钝化发射极背电池技术（PERC）主导。全球对更高效率模块的强烈需求，推动向PERC和n型HJT和IBC等下一代技术的转移。

【技术解决方案】

p型PERC技术有望达到24％的效率，这是一个关键的里程碑，需要进一步最大程度地发挥其潜力并完成市场转移，需要改进的技术包括清洁、钝化接触、互联、嵌入和新的金属化膏。

在n型电池中，可通过技术避免光诱导降解（LID，暴露于光后随时间降解），不易出现缺陷和硅中杂质，并且随着时间的推移通常具有更大的功率输出。目前，迫切需要找到一种将n型技术推向市场的方法（TRL 7）。

钝化接触技术有望进一步改善，但是产量、均质性、金属浆料接触等仍面临挑战。TOPCon技术（钝化触点的总称）可作为PERC的后续技术，非常具有前景。传统接触技术晶片上的纯金属镀层损耗很高，而钝化触点比其他设计结构减少了损耗并具有更高的效率。但是钝化触点的制造工艺复杂（需要额外的设备和步骤、更昂贵的晶圆等），这是传统光伏行业的主要障碍。从根本上讲，金属化膏是扩大规模的重点关注领域。

高光伏渗透率配电网亟需开发新方法，实现和管理光伏系统发电并网。逆变器及其它功率控制技术已证明可以作为实现智能管理的接口，但需要变得更加智能，并为电网提供更大范围的电压、无功和其他辅助服务。此外，总体均衡系统（BOS）成本（包括逆变器）占光伏电站总投资的40％-60％（具体取决于地区），也应成为重点关注的领域。

【技术解决方案】

智能逆变器应自动稳定屋顶太阳能光伏系统对电网的干扰。在更高的光伏穿透率下，还应通过通信设备与公用部门（电网公司）进行实时交互，增加中、低电压电网整体状况的可见性。逐步地，还将越来越需要提供无功功率或爬坡控制等辅助服务。

目前，尚无用于管理大量光伏电站有功功率的标准通信协议，下一步需要在ICT和光伏发电系统的互操作性和标准化方面开展工作。

软性成本和互连成本，在海上风电总安装成本中占据了相当大的份额，它们是实现SDS成本目标的关键挑战。海上风电场还必须高度适应更强的风场以及近海的气象条件，特别是要减轻长期暴露在海洋环境的影响。

【技术解决方案】

为实现海上、寒冷和冰冻气候，热带气旋气候等特定工况下的优化设计，最大限度地减少组件间载荷，需要开发新的工具。目前的标准和建模工具都是基于欧洲的海洋和气象条件，随着海上风电向美国、日本、韩国和新兴经济体的新地区扩展，要求标准和建模工具都必须有所创新。改进的建模工具应在现场和受控测试设施中进行测量比较。

风力涡轮机的预调试技术已具备市场应用条件，短期来看，转子和涡轮机可在岸上组装（TRL 10）。从中期来看，集成结构的概念可能带来更多收益，包括联合安装涡轮机和基础（TRL 9）。

【前瞻研究】

除了商业机会之外，还有许多概念模拟项目，包括荷兰ECN公司的远海大型风电项目。欧洲风能技术平台和海上风能降低成本工作组在加速安装过程方面都有一些创新想法，例如英国的海上风力弹射器（WindCatapult）。

随着涡轮机成本下降，输配电系统在总安装成本中所占的比例升高，电力工程的设计概念有必要进行根本改进。

【技术解决方案】

减小风电场侧高压交流设施的体积是当务之急。深水项目更适合使用高压直流输电，需要进一步降低电缆损耗并降低成本，例如将电压升高到400 kV（TRL 9）。低频输电可以进一步减少损耗，通过阵列互联方式简化电缆布局，但这两方面推进研究很少。

【前瞻研究】

美国国家海上风能研发联盟共拨款4100万美元用于海上风电研究，2019年3月首次提出提案，包括降低与海上风电输电和配电相关的成本和风险。丹麦技术大学正在开展一个领先的低频传输研究项目。

最丰富的海上风能位于深海，水深超过50 m至60 m时风能资源增加显著。漂浮式基础具有材料少、安装和退役简单、风资源更丰富等潜在优势。美国和日本等地区浅水资源很少。在陆上和近海资源已开发饱和的地区，漂浮式基础对于中深度海上项目也很有吸引力，其中一个原因是漂浮式已趋于标准化设计，同时不需要重型船运输。

【技术解决方案】

为得到浮动平台的设计标准，需要开发能体现重量和浮力以及波浪产生瞬时剪切力的新建模工具。目前的漂浮式包括单点系泊、张力腿平台和半潜式平台。

陆上风电淘汰的垂直轴涡轮机可能在海上有第二次机会。尽管需要更高的高度来覆盖相同的扫风面机，并且存在一些动力学结构问题，但其重心较低且零件较少，可能适合海上风电。

【前瞻研究】

进展中的30MW Hywind样机和葡萄牙海岸US/PT原型机显示了良好的性能。Vertimed是EDF和Technip领导的20MW欧盟资助项目。美国国家海上风能研发联盟第一批投标项目包括了新型系泊和锚定漂浮式技术。其它项目包括日本的第一个漂浮式风电场，Glosten张力腿平台和半潜式概念Principle Power等。

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