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6月13日，英国石油公司（BP）发布《世界能源统计年鉴2018》1F 指出，受到发达国家经济复苏、新兴经济体需求旺盛和能效改善速度下滑的影响，2017年全球能源消费强劲增长；此外，尽管可再生能源和低碳燃料（如天然气）快速发展，但2017年传统化石燃料（如煤炭）消费市场呈现明显复苏态势，导致能源相关的碳排放强势反弹，能源系统绿色低碳转型任重道远。报告要点如下：
1、概览
2017年，全球一次能源消费强劲增长2.2%（2016年为1.2%），高于过去十年的平均值（+1.7%），其中天然气消费增量最大（+8300万吨油当量，同比+3%），其次是可再生能源（+7200万吨油当量，+14.8%），石油（+6500万吨油当量，+1.7%）和煤炭（+2500万吨油当量，+1.0%）位列三、四位。经合组织（OECD）国家是本次全球能源需求增长的强劲驱动力之一，尤其是欧盟（+1.6%）。而欧盟能源需求的增长则直接归因于经济的持续复苏。但大部分的增长依旧来自快速发展的新兴经济体，它们占据了全球能源消费增量的80%，2017年同比增长2.8%。其中仅中国一个国家消费量增长就占据了全球能源消费增量的三分之一，2017年的能源消费量增长了3.1%，几乎是过去几年平均增速的3倍，连续17年成为全球一次能源消费增长绝对值最大的能源市场。全球碳排放量在2017年增长了1.7%，结束了过去连续三年（2014-2016年）的停滞态势。
从燃料类型来看，2017年石油仍是全球一次能源消费结构中占比最高的燃料来源，其占比超过三分之一达34%，主要原因是低油价刺激终端消费上涨。煤炭消费占比下滑至27.6%，是2004年以来的最低值。天然气占比达到23.4%。水电占比达到6.8%。非水电可再生能源增长强劲，在一次能源消费中占比达3.6%，创历史新高（图1）。
图1 1992-2017年全球不同能源资源消费量变化态势（单位：百万吨油当量）
2017年布伦特原油年度平均价格为54美元/桶，较2016年的43美元/桶上涨了20%，是2012年以来的首次上涨。全球天然气贸易增长了6.2%，主要是液化天然气（LNG）贸易增长强劲所致。
2、石油
2017年全球石油消费连续第三年强劲增长，日均消费增加170万桶，同比增长1.8%，高于过去十年的平均水平（1.2%）。石油需求上涨依旧是低油价刺激石油进口国消费增长所致。其中，OECD国家石油消费量增加48万桶/日（+1.0%），远高于过去十年的平均增幅（-0.7%）。欧盟（30万桶/日，+1.9%）和美国（20万桶/日，+1.0%）石油消费增长量都大幅超过了过去十年的平均增速。非OECD国家展现出异常强劲的增长势头，尤其是中国，消费量增加了50万桶/日，同比增加4.0%，接近过去十年的平均水平。印度石油消费需求增长13万桶/日，同比涨幅2.9%。整体而言，2017年非OECD国家石油消费需求增长了122万桶/日，同比增长2.4%，但仍低于过去十年的平均水平。
在供应方面，2017年全球石油生产量增长了60万桶/日，同比增幅0.7%，与2016年增幅相当。但各个地区和国家的涨跌情况不一。2017年，OPEC和部分维也纳组织成员国的产量在减产协议生效后下降了90万桶/日；而维也纳组织外的国家产量则增长了150万桶/日，主要是由美国（+69万桶/日）和非维也纳组织成员国利比亚（+44万桶/日）产量增长所带动。按原计划，维也纳组织希望从2016年10月起完成减产180万桶/日的目标，但是实际上减产数量远超既定计划，仅2018年4月减产总量就已达到近250万桶/日，超预期减产的主要原因是委内瑞拉国内经济和政治危机导致原油产量大幅减少了70万桶/日，远远超出该国既定的10万桶/日减产目标。减产行动使得2017年石油日消费量大幅度超过了日产量，从而使OECD国家的石油商业库存下降了1.5亿桶。
图2 2016和2017全球石油消费和供应增长情况（单位：百万桶/日）
3、天然气
2017年天然气市场发展势头强劲，无论是产量还是消费量都获得了大幅度的增长。其中消费量大幅增长了960亿立方米，同比增长3%，创下自2010年来的最大涨幅。主要的增长动力来自亚洲地区（420亿立方米，+6.2%）、中东（280亿立方米，+5.7%）和欧洲（260亿立方米，5.5%）。就国家而言，中国天然气消费增长最为强劲，去年天然气消费量大幅增长310亿立方米，涨幅超过15%，占同期全球天然气消费增量的近三分之一，主要是政府出台实施煤改气的环境政策的结果。同期，美国天然气消费量减少了110亿立方米，同比下降1.2%。
与消费需求增长类似，2017年全球天然气产量也呈现强劲的上涨态势，增加了1310亿立方米，同比增长4%，是自金融危机之后的最大涨幅，近2倍于过去十年平均值（+2.2%）。其中，俄罗斯的天然气产量飙涨460亿立方米，成为全球天然气增量最大的国家；伊朗以210亿立方米紧随其后。由于新的液化天然气生产设施投放，澳大利亚天然气产量大幅飙升18%，成为亚太地区增幅最大的国家。2017年LNG需求同比增长10%，是2010年以来的最大增幅，中国是主要的增长动力，其对LNG增长的需求占据了全球LNG增量的近一半，使得中国也首次超越韩国成为世界第二大LNG进口国。受益于LNG和管道天然气贸易量的增长，全球天然气贸易量增长了630亿立方米，同比增长6.2%。
图3 1992-2017年全球不同地区天然气产量和消费量变化态势（单位：十亿立方米）
4、煤炭
在经历了过去数年的市场低迷后，2017年全球煤炭市场迎来了复苏，产量和消费量均获得增长。其中煤炭消费量增长了2500万吨油当量，同比增长1%，是自2013年来首次上涨。而印度是本轮消费上涨的主要推动力量，消费量录得创纪录的增长，为1800万吨油当量（+4.8%）。尽管在工业和民用部门大幅度推进煤改气，但在中国能源需求增长的背景下，中国煤炭消费在连续下滑3年之后出现了反弹，增长了0.5%，即400万吨油当量。而OECD国家的煤炭消费需求再次下降400万吨油当量，是连续第4年消费量下滑。受到中国（5600万吨油当量，+3.6%）和美国（2300万吨油当量，+6.9%）煤炭产量增长的驱动，全球煤炭产量大幅增长3.2%（1.05亿吨油当量），创下了2011年以来的最大增幅。
图4 2011-2017年全球煤炭消费量和产量增幅变化态势
5、核能与可再生能源
2017年，得益于巴基斯坦（+39.5%）、荷兰（+35.2%）、日本（+64.9%）和中国（+16.7%）等国家核电强劲增长的驱动，全球核能发电量增长了1.1%，远远高于过去十年的平均增幅（-0.7%），使得核电在全球一次能源消费中的占比达到了4.4%。
受到欧洲地区水电产量下滑（-10.5%）的影响，全球水电产量仅微弱增长0.9%，远低于过去十年2.9%的平均值。可再生能源（不包括水电）发电同比增长17%，略高于过去十年平均值（16.2%）。风能依旧是可再生能源发电的最大来源，2017年风能提供全球可再生能源增量的一半以上。而太阳能则为全球可再生能源贡献了近30%的增量。2017年，中国可再生能源增量达到创纪录的2500万吨油当量，占全球可再生能源净增量的36%，超过美国、欧洲成为全球最大的可再生能源发电国。
6、电力
2017年全球发电量增长2.8%，与过去十年平均水平（2.7%）基本持平。大部分的增长（94%）来自发展中国家。而OECD国家的需求仅小幅度增长0.6%，主要原因是OECD国家经济增长和电力需求在过去10年中持续脱钩。
2017年，可再生能源展现出了强劲增长势头，其提供了全球发电量增量的近一半（49%），其中风电增长17%（163 TWh）、光伏增长35%（114 TWh）。特别是光伏，去年新增装机近100 GW，创历史新高。其中中国新增装机容量超过了50 GW，这大概等同于欣克利角核电站电力容量的2.5倍。可再生能源强劲增长使其在全球发电量中的占比攀升到了8.4%，较2007年增长了6.1%。尽管可再生能源发展迅猛，但电力主体来源还是煤炭，其在全球电力中的份额高达38.1%，相当于天然气发电（23.2%）和水电（15.9%）之和。
图5 1985-2017年全球不同电力资源发电量占比变化态势
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图1 2017-2023年全球各地区天然气消费增长态势（单位：十亿立方米）
以中东和北美为首的天然气资源丰富地区的消费量也将经历持续增长。预测期内，中东地区天然气消费将持续增长，主要原因是工业、发电和海水淡化等领域对天然气需求的增加。得益于充足的天然气供应，美国鼓励化工行业和其他工业部门进一步增加天然气使用量。埃及天然气供应及消费需求的反弹是非洲天然气消费增长的主要原因，而拉美市场正在积极开展改革以发展国内天然气生产线。由于经济增长乏力，欧亚大陆天然气消费略有下降。预计欧洲、日本和韩国等成熟净进口市场的天然气需求将停滞不前。
价格竞争力和市场改革对维持新兴市场天然气需求增长至关重要。与传统买家相比，新兴市场对价格更加敏感，天然气价格竞争力是维持该地区需求增长的关键因素。中期内，亚洲新兴市场（预计占全球消费量增量一半），仍主要使用石油价格指数机制来确定天然气价格。如果进口国希望从更具竞争力的批发市场（包括以市场为基础的定价机制）获益，则应进行适当的市场改革，进一步开放其国内天然气市场。
2、工业部门将取代电力部门引领全球天然气需求增长
由于电力部门发电燃料资源日渐多元化，天然气在电力部门的增长将趋缓。过去十年，得益于充足的天然气供应、新兴市场从石油到天然气的燃料转换以及福岛第一核电站事故导致核能发电减少，电力部门天然气需求增量占到全球天然气消费量增长的一半。在预测期内，受益于价格低廉，北美和中东用于发电的天然气需求继续增长。但在全球范围内，由于电力需求增长放缓、可再生能源电力快速增长，以及来自煤炭的激烈竞争（尤其是在亚洲），电力部门的天然气需求增长将受到抑制。相反，预测期内工业部门的天然气需求强劲，预计工业部门将占天然气消费量增长的40%，从而取代电力部门成为天然气消费增长的主要驱动力。
图2 2017-2023年全球各部门天然气消费增长态势（单位：十亿立方米）
3、美国将引领全球天然气供应和出口增长
美国是最大的天然气生产国。考虑到展望期内与天然气相关的致密油产量将大幅提升，美国将占全球天然气供应量增量的最大份额。在经历2016年产量短暂下降后，2017年美国天然气产量得到恢复，其中页岩气占其天然气总产量的三分之二。来自阿巴拉契亚盆地（干气）和二叠纪盆地（主要伴生气）的页岩气是美国天然气产量增长的主要来源。预测期内，美国天然气产量将从2017年的7600亿立方米增长到2023年的9200亿立方米，其增量将占全球增量的近45%，其中三分之二通过管道运输出口到墨西哥或以液化天然气出口全球。
除美国以外，澳大利亚和俄罗斯是天然气出口增长的主要贡献者。俄罗斯正积极寻找全新的出口基础设施，如通过管道或者液化天然气出口码头，以实现出口渠道的多元化。相比之下，随着北海产量逐渐减少和格罗宁根油田逐步衰竭，欧洲供应缺口增大，需要通过增加额外的液化天然气和管道气进口来弥补。
图3 2017-2023年全球主要国家和地区天然气产量增长情况（单位：十亿立方米）
4、LNG市场将在2023年开始收紧
LNG出口能力持续强劲扩张，使得LNG成为区域间天然气贸易增长的主要推动力。2018-2023年间，液化天然气出口项目将增加约1400亿立方米的液化气产能，使全球产能增加近30%，其中超过一半增长来自美国（超800亿立方米），澳大利亚和俄罗斯也分别贡献300亿立方米和150亿立方米。相比之下，管道气的增加有限，主要出现在北美（美国至墨西哥）以及欧亚大陆至欧洲和中国。
美国将逐渐成为全球天然气主要出口商，而这将对液化天然气贸易的传统模式提出了挑战。未来两年内，新一批的液化项目的投运将确保全球液化天然气贸易的充足供应和增长，但同时也将对传统天然气合同贸易模式带来冲击。以灵活的出口目的地和天然气指数定价为主的美国天然气出口给目前标准固定交付、石油指数的供应协议带来了挑战。作为新兴天然气市场玩家，澳大利亚和美国可能在亚洲市场上会给卡塔尔造成一定的威胁。
几乎所有新建的LNG项目都将在2020年前投入运行，因此2020年后LNG项目短缺可能会导致市场收紧。而就短期来看，2020年前大规模增长可能会导致供应过剩，导致供应商竞争加剧。由于亚洲新兴市场的快速增长，这一宽松市场估计只会持续一小段时间。如果没有新的投资，液化设施平均利用率可能会在2023年前回到2017年以前的水平。由于这些LNG项目的前置时间（前期准备时间）较长，因此需要在未来几年做出投资决策以确保2023年以后的充足供应。
图4 2013-2023年液化天然气液化产能和贸易量变化态势（单位：十亿立方米）
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表1 太阳能光热海水淡化技术14个研究项目内容
主题 研究内容 资助金额/
万美元
太阳能光热海水淡化技术创新 （1）开发基于陶瓷膜的太阳能膜蒸馏海水淡化技术，并在太阳能热测试床上解决该技术市场化进程中传热传质高效化、干燥化、模块化和净化等方面的难题；
（2）开发一种新型高效、零排放的多级吸附蒸馏的海水淡化技术；
（3）开发集成离子液体的正向渗透膜分离新型脱盐处理和水纯化技术，降低海水淡化系统的建造成本；
（4）开发新型的增湿-除湿热驱动高效海水淡化零排放技术，使其成本达到传统的反向渗透海水淡化厂的水平；
（5）通过铺设多层高导热率和导电率的材料，改进传统的膜蒸馏系统中的热传递性能，在现有基础上提高太阳能海水淡化的效率；
（6）研发并测试一款用于高温区域并可提高换热效率至150%的新式热交换器表面涂层，弥补现有涂层在200摄氏度以上易于出现结垢和腐蚀的缺陷；
（7）开发超临界水净化处理技术，实现无腐蚀、无结垢的低成本海水淡化，将每立方水处理成本降低至1.5美元。
1080 低成本的太阳热能收集和存储技术 （1）优化太阳能集热海水淡化系统中热对流循环的性能，无流体工质泵入系统的条件下，利用两相热对流和高吸收率的纳米介质提高系统效率并简化海水淡化系统；
（2）在降低成本的前提下，将一种轻量化、低成本的集热器集成到带有储热子系统的整套太阳能海水淡化系统中；
（3）开发与构建一套装有高效、低成本太阳能集热设备的蒸汽发生海水蒸馏系统，并搭载基于相变材料的储热子系统，并将处理系统平准化成本控制在1.5美分/千瓦时；
（4）开发、搭建并测试一套可调度、可携带的低成本小规模太阳能海水淡化系统的原型机，将平准化成本控制在1.5美分/千瓦时以下，系统构建包含研发一套新型集成式混合抛物面聚光器（ICPC）和储热系统。
560 集成的太阳能光热海水淡化系统 （1）设计并搭建一套使用高效率、高持久性新型渗透膜的正渗透太阳能集热海水淡化系统，目标是相对现有技术降低40%的平准化成本；
（2）开发与测试一种基于纳米光电子太阳能膜蒸馏（NESMD）的低成本海水淡化技术，使用多孔介质的光热膜在实现光热转化的同时也完成膜蒸馏高效淡化海水，并实现该技术的系统集成和中型规模的实验评估。
360 太阳能光热海水淡化过程分析工具开发 （1）开发一套基于地理信息系统（GIS）的太阳能海水淡化分析软件，来收集相关处理厂的数据模拟新建电厂运营情况，评估其技术经济性
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相比传统的具有多孔传输层结构的钙钛矿太阳电池，倒置平面异质结钙钛矿太阳电池制造工艺更加简单，与柔性衬底匹配性更好，因此吸引了研究人员的广泛关注。但目前该类型的钙钛矿太阳电池效率仍旧低于传统结构钙钛矿电池，主要原因是开路电压较低。牛津大学的Henry J. Snaith教授研究团队联合北京大学开发了一种全新的液相二次生长技术，应用于倒置平面异质结钙钛矿太阳电池制备中，显著提升了电池开路电压，电池最优效率达到了21.5%，逼近传统多孔结构的钙钛矿太阳电池转换效率记录。
研究人员首先用液相旋涂的方法在涂覆聚双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺（PTAA）的ITO导电玻璃衬底上制备了双阳离子混合的钙钛矿薄膜，接着在溴化胍辅助下对钙钛矿薄膜进行二次生长（SSG）处理，制备出了非化学计量比的双阳离子双卤素混合的钙钛矿薄膜(FA0.95PbI2.95)0.85(MAPbBr3)0.15（FA和MA分别为甲脒和甲基胺），扫描电镜表征结果显示，相比没有二次生长处理的钙钛矿薄膜，SSG处理的钙钛矿薄膜更加致密、且晶粒尺寸更大，意味着SSG薄膜可以更加有效地抑制非辐射的电子空穴复合。随后研究人员将制备的钙钛矿薄膜用于组装完整的倒置结构异质结钙钛矿太阳电池，并进行一系列的电化学性能测试。电压电流测试显示，基于非SSG处理的钙钛矿电池开路电压在1.1V左右，而采用SSG处理钙钛矿薄膜电池开路电压大幅提高了近100 mV，达到了1.2 V，性能最优的电池转换效率达到了21.5%，平均稳态效率也高达20.9%。随后研究人员对电池进行了稳定性测试，在85℃、惰性气体保护的氛围下，对电池进行连续500小时的辐照，基于SSG钙钛矿薄膜电池转换效率仅仅衰退~5%；相反，无SSG处理钙钛矿电池性能大幅衰退40%以上。超紫外光电子能谱（UPS）、光致发光量子产率（PLQY）测试显示，相比非SSG钙钛矿薄膜，SSG钙钛矿薄膜的太阳光吸收截止点为从730 nm 延长至750 nm，即光谱响应范围更广；同时SSG钙钛矿薄膜PLQY值达到了8.9%，近10倍于非SSG薄膜；上述结果表明了SSG处理一方面增强了薄膜的光吸收范围、同时有效的抑制了电子空穴非辐射复合，从而显著增强了电池性能。
该项研究针对倒置平面异质结钙钛矿电池开发了全新的薄膜液相二次生长技术，在维持电池高电流密度的前提下，大幅提升了电池的开路电压和稳定性，从而显著提升了电池光电转换效率，为设计研发高效平面结构钙钛矿电池开辟了新的思路。相关研究成果发表在《Science》。
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柔性电子器件应用前景广阔，市场潜力巨大，因此受到了人们越来越多的关注。而该类型电子器件能否在未来市场取得成功关键在于是否有高性能的柔性/可伸缩电池给予充足的供能。斯坦福Yi Cui教授研究团队设计开发了全球首个可伸缩的锂金属负极，基于该电极制备了新型的可伸缩锂金属电池，展现出良好的机械性能和化学稳定性，对柔性电子器件的发展具有重要的推动作用。
研究人员首先将直径150 μm铜丝卷成直径500 μm一维铜弹簧，随后将铜弹簧卷绕成类似“蚊香”的二维结构弹簧，进一步将聚（乙烯-异丁烯-苯乙烯）橡胶（SEBS）的溶液注入到二维铜弹簧的螺纹缝隙中，等溶剂挥发干后即可得到二维“金属-橡胶”复合体，接着在该复合体表面电沉积一层锂金属薄膜，形成“锂金属-橡胶”一体化电极结构。由于弹簧螺纹缝隙被聚合物SEBS填充，使得整个二维的“蚊香”结构的铜弹簧被分隔成众多的金属微区。一方面，铜线被做成弹簧，保证了其具有良好的弹性（可伸缩性）。这样，在电极受到外力而拉伸时，铜弹簧可以变形，填充在弹簧间隙中的橡胶可以吸收机械应变能量，从而保护锂金属微区免受其影响，也即制备出了具备良好弹性的锂金属负极。随后研究人员测试了基于弹性锂金属负极和传统非弹性的锂金属负极的电池性能，在1 mA cm–2放电电流密度下，基于不可伸缩的锂金属负极电池经过45次循环后，放电容量开始明显衰减，且库伦效率下滑至95%，而将放电电流密度翻倍至2 mA cm–2后，电池经过14次循环后库伦效率便下降到90%以下；相反，可伸缩的锂金属负极电池经过167循环后电池容量基本没有衰减，且库伦效率高达97.5%；即使进一步提高放电电流至2 mA cm–2，电池仍可循环近50次，库伦效率达96%，展现出了优异的循环稳定性。进一步，研究人员系统研究了形变对锂金属电极的影响。在弹性锂负极发生60%的应变条件下，得益于铜弹簧和橡胶弹性，电极基本没有形变，因此电极的导电性几乎不受影响，形变前后电极的电阻基本一致。接着，测试了形变对电池性能影响，即在对电池进行60%伸缩形变后进行100次的恒电流充放电循环测试，结果显示电池在经过100次循环后仍可保持初始容量的90%，且库伦效率为90%左右，展现出了优秀的机械柔韧性和循环稳定性。
该项研究设计制备全球首个可伸缩锂金属电池，展现出优异的机械柔韧性和化学稳定性，为设计开发高效的柔性电池提供了新思路，对柔性电子器件的发展有良好的推动作用。相关研究成果发表在《Joule》。
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目前，大多数研究的催化析氢反应（Hydrogen Evolution Reactions，HER）催化剂的工作都集中在酸性条件下，碱性环境中的研究鲜有报道。然而，当前酸性介质中最有效的催化剂是贵金属铂，成本高昂，因此亟需开发高效、耐用、廉价非贵金属催化剂。日本筑波大学Yoshikazu Ito教授课题首先采用高温还原方法将镍钼化合物（NiMoO4）纤维还原成三维多孔的NiMo化合物作为骨架，随后采用化学气相沉积在其表面沉积上氮掺杂的石墨烯（NGL）形成了NGL包覆的NiMo复合催化剂，三维多孔的NGL可以增加催化反应的活性位点，同时还能作为保护层避免其在酸性电解质中被腐蚀溶解。
研究人员测试了纳米孔石墨烯包覆的NiMo催化剂（NiMo-NHG）和微孔石墨烯包覆的NiMo催化剂（NiMo-MHG）的在硫酸电解质环境中的HER性能，并与无孔石墨烯覆盖的NiMo催化剂（NiMo-FG）进行比较。与NiMo-MHG和NiMo-FG相比，NiMo-NHG催化剂的催化频率（TOF）最高为1.1 H2/s，与商用的Pt催化剂性能相当。研究表明具有纳米尺寸孔的石墨烯包覆NiMo合金在酸性电解质中表现出显著改善的HER性能和寿命。接着研究了N掺杂对催化性能影响，结果发现没有NiMo的N掺杂多孔石墨烯没有表现出任何HER活性，而没有N掺杂的NiMo-NHG产生比N掺杂NiMo-NHG低36%的催化电流密度。因此，N掺杂石墨烯包覆NiMo合金有助于HER性能的提高。研究人员对催化剂进行耐久性测试后，无石墨烯包覆的多孔NiMo的HER催化活性随测试时间增加出现明显下降，主要是因为催化剂在酸性电解质中循环测试期间出现了溶解导致催化活性物质减少。相比之下，NiMo-NHG在1000次催化循环后仍可保持其电流密度的68%，而无石墨烯包覆的NiMo和微孔石墨烯包覆的NiMo-MHG分别保留2.5%和39%。因此，多孔石墨烯包覆成功改善了酸性电解质中非贵金属的催化性能和稳定性。研究人员通过DFT计算的吉布斯自由能和电荷数量表明，与NiMo催化剂和NiMo-FG相比，NiMo-NHG中的石墨烯孔边缘改善了电荷转移，从而有利于H*吸附和解吸并促进HER过程。
该项研究精心设计合成了三维多孔石墨烯包覆的非贵金属催化剂，实现了酸性环境下高效稳定的催化裂解水产氢，为设计开发高效稳定的光电催化剂提供了新思路。相关研究成果发表在《ACS Energy Letters》。
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