氢储能是一种新型储能方式，具有调节周期长、储能容量大的优势，在促进可再生能源消纳、电网调峰等应用场景中潜力巨大。氢是宇宙中储量最为丰富的元素，也是普通燃料中能量密度最高的绿色能源之一，绿氢因其绿色高效的特点而被称为21世纪的“终极能源”。然而因为技术创新少和成本较高等原因，氢能在工业应用领域的市场规模一直有限。在全球气候加速变化的情境下，氢能逐渐被视为实现碳中和目标的关键燃料。氢能产业全链条包括上、中、下游。氢能产业链的上游为制氢，目前世界上多数氢气来自对化石燃料的加工，属于污染的“灰氢”，在这一制氢过程中采用碳捕集和封存(CCS)技术可使“灰氢”脱碳后变成“蓝氢”。氢能利用的理想状态是“绿氢”，即利用可再生能源通过电解水制氢。目前世界大部分地区生产“蓝氢”的成本低于“绿氢”。随着技术和制造效率的提高，可再生能源和电解槽的价格将降低，这种成本差异在未来会进一步缩小。氢能产业链的中游为氢储运，有气态氢、液氢和固态氢等储运方式。高压气态氢储运技术已商业化，具有体量小、距离短和灵活性高等特征。液氢和固态氢能量密度极高，运输便捷，是未来实现大规模氢能储运的方向。尽管当前液氢和固态氢储运技术有了较大进步，但储氢密度、安全性和成本之间的平衡关系尚未解决，离大规模商业化应用还有距离。氢能产业链的下游为氢应用，氢能燃料既可以替代天然气作为工业和取暖燃料，又可以为重型卡车和轮船提供能源，还可以通过“绿电→氢→电”的转化方式成为新型储能手段。英国石油公司(BP)预测，2030年全球对低碳氢(蓝氢和绿氢)的需求在30Mtpa—50Mtpa之间，2030年—2050年间全球对低碳氢的需求将增长10倍，大约为300Mtpa—460Mtpa。2030年全球绿氢占低碳氢的60%左右，2050年将增加到65%左右。“蓝氢”作为“绿氢”的重要补充提供其余大部分氢。

　　储能和氢能的技术创新前景可以从专利申请中看到趋势。以专利合作条约(PCT)形式提出的国际申请具有较高的价值和地位，代表着技术创新的最新成果，也是未来产业发展的风向标。从2000年—2020年间专利申请看，储能技术、氢能技术、燃料电池、智能电网等位居绿色技术PCT专利申请前列，并在近年来呈现逐年增加趋势，预计未来储能和氢能将成为能源领域竞争的重点技术。可再生能源发电领域的PCT专利申请量在2012年达到顶峰后，开始出现逐年下降趋势。

　　在所有能源利用技术的创新前景中，核聚变技术的突破可能引发剧烈的冲击效应。核聚变使用氘和氚，反应后产生的氦气不具有放射性，氘可以从海水中提取，一升海水中的氘聚变释放能量达到300升汽油燃烧当量。人类从1952年第一颗氢弹爆炸后就开始了可控核聚变的研究，此后发明了托卡马克装置，2007年成立了国际热核聚变实验堆组织(ITER)，2021年在中国，全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)成功实现了可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，2022年中国新一代“人造太阳”(HL-2M)装置等离子体电流突破100万安培(1兆安)，同年美国科研人员在劳伦斯利弗莫尔国家实验室“国家点燃实验设施”进行了历史上首次可控核聚变实验，实现了净能量增益的技术突破。经过几十年的研究，全球可控核聚变技术创新已取得长足进步，私人资本大举进入可控核聚变领域，但真正商业化运行可能还需要几十年的努力。可以预见的是，一旦可控核聚变技术实现突破和大规模商业化，人类现有的用能结构将会发生颠覆性的变化。

　　自工业革命以来，全球化石燃料的使用量随着GDP的增长而增长，几十年来化石燃料在全球能源结构中占比一直高居80%，即使到2050年仍将略高于60%。全球与能源相关的二氧化碳排放量将在2025年达到370亿吨的峰值，到2050年回落到320亿吨。在这一过程中，CCUS技术将发挥重要作用。CCUS技术是指可以在实现全球能源和气候目标方面发挥重要和多样化作用的技术，该技术通过化学吸附、物理分离等技术，从使用化石或生物质燃料的大型发电或工业设施捕获二氧化碳，也可以直接从大气中捕获。捕获的二氧化碳将通过管道、船舶、铁路或卡车进行压缩和运输，以待后续应用，或注入深层地质构造(包括枯竭的油气藏或盐化层)永久储存。目前，全球的CCUS设施每年可以捕获超过40Mt的二氧化碳。CCUS的贡献将随着时间的推移而增长，并扩展到全球能源系统的几乎所有部分。

　　能源产业发展趋势前瞻

　　技术对能源的发展具有关键性影响，具体到能源产业的发展还需要考量资源、人口、气候、环境、政治与经济等其它因素。具体而言，资源的蕴藏和经济可采、人口对能源的需求与偏好、环境对能源活动的容纳度、政治诉求与政策体系、经济发展水平与趋势等，都对能源产业发展施加各种影响。技术创新主要是围绕上述需求而开展，并通过技术扩散发挥作用。

　　▲从资源与环境角度来看，化石能源不可再生，只会逐渐减少。历史上屡次出现的“石油峰值论”就是对化石能源枯竭的担忧。围绕化石能源的技术创新时间最长、底蕴最厚、成果最多，但依然摆脱不了化石能源终会枯竭的命运，尽管页岩气(油)革命延缓了这一进程。化石能源使用过程中会排放大量的二氧化碳，这也被认为是造成当今气候变化的罪魁祸首。人类对石油的担忧由原来的供应峰值变成了需求峰值——对石油的消费何时才能达峰?枯竭趋势和高碳排放促使化石能源终将从主导性能源地位退下，被迅速崛起的可再生能源替代。可再生能源拥有契合当今世界能源需求的多种优势：不会枯竭、清洁、低碳等，将会成为未来能源结构中的主导力量。

　　IEA预测，在“现行政策情景”中，化石燃料在全球能源结构中的占比将从目前的80%下降至2050年的60%。煤炭需求将在未来几年内达峰，石油需求将在21世纪30年代中期达峰，天然气需求在2021年至2030年将增加约5%，随后将趋于稳定。在“已公布的承诺情景”中，电力在能源消费中的占比将从2021年的20%上升到2050年的39%，可再生能源发电量在总发电量中的比重将从2021年的28%上升至2050年的80%，化石燃料发电量占比则从2021年的62%下降至2050年的26%。IEA预测，未来五年的太阳能光伏产能将逐年增加，2026年将超过天然气，2027年将超过煤炭，成为全球最大的电力来源。

　　可再生能源产能的增加为世界能源清洁低碳转型带来了机遇，但随着可再生能源占比提高，“可再生能源+储能”的组合对储能电池的原料来源提出了新的挑战，未来的矿产需求量和价格将会迅速增长。电池中锂的使用推动了锂需求的增长，到2040年锂的需求将增长25倍至60倍，其中电池用途占锂总需求的85%—95%。镍的总需求也将增长2.5倍至4倍，其中65%—80%的增长是由于电动汽车电池使用的增加。全球关键矿石的分布集中于少数几个国家，有些矿石仅分布在两三个国家，拥有电池矿物丰富储藏或生产加工技术能力的国家和企业未来将显著获益，而大国对关键矿产的竞争博弈和生产国的资源民族主义行为有可能进一步加剧供需失衡，绿色关键金属供应链成为能源地缘政治关注的焦点。全球能源加速转型导致绿色关键金属需求长期持续上升，矿产资源丰富的国家将会获得更多的能源权力。