十年能源科技的革命之路

来源：发布时间：2012-10-16 09:06:59

十年能源科技的革命之路

最酷科技

●开发出世界上首套应用于电网调度端和光伏电站端的光伏发电功率预测系统

　　●开发出具有自主知识产权的超超临界发电机组的锅炉、汽轮机、电站系统

　　●建成世界上唯数不多的具备发电功能的实验快堆

这十年，经济全球化和能源变革步伐明显加快。针对我国国民经济和社会发展所需要解决的重点能源科技问题，贯彻落实《国家中长期科技发展规划纲要（2006-2020）》等战略部署，国家科技部在智能电网与先进电网技术、洁净煤技术、可再生能源、氢能、核能、节能环保、燃气轮机、二氧化碳减排等技术领域，部署和开展了重大、重点和专题等各类项目、课题的研究，并取得一大批具有自主知识产权科技成果，对推动国内先进能源产业发展、促进国民经济社会可持续发展起到重要作用

如果我们不能攻克新能源接纳技术，采用风能、太阳能光伏发电的结果，很有可能给电网供应的全部是“垃圾电力”，电网稳定性会受到致命打击；如果没有洁净煤技术，很难让人们信服，煤炭这位能源领域的“黑老大”，也能洗心革面，摆脱“高污染、低产出”的坏名声；如果不是快堆技术，核能发展战略没准儿就变成纸上谈兵、空中楼阁……是十年自主创新、持续攻坚、克难奋进，造就出一个又一个能源科技新第一，打开了我国能源科技事业大发展的新局面，闯出了一条国民经济和社会进步的新路子。

你知道吗？高压交流输电技术，原本是制约电网建设的“老大难”。由于面临高电压、强电流的电磁与绝缘技术的挑战，受到重污秽、高海拔的严酷自然环境影响，国际同行始终没有开发出成熟的适用技术，可以商用的成套设备更是遥不可及，创新难度极大。这十年，在我国正是由企业领衔的创新项目在这一领域完成破冰之举。时值2011年12月16日，国家电网公司承建的1000kV晋东南—南阳—荆门特高压交流示范工程扩建工程率先投产，在特高压输电系统的串联补偿技术、过电压控制技术、特快速暂态过电压测量与控制技术等方面取得巨大突破，使其成为世界上电压等级最高、技术水平最先进的高压交流输电工程，也让中国成为全世界率先建立起特高压交流输电技术标准体系（包括了七大类77项标准）的国家。

随着输变电技术水平的跃升，风能、太阳能光伏发电设备并网所暴露出的新型技术问题，一时间成为我国电网建设的“短板”，“掣肘效应”越来越明显。如果掌握不了先进的新能源接纳技术，电力能源系统的可持续建设势必无从谈起。令人欣慰的是，由中国电力科学研究院成功开发的风电仿真模块，吹响了向新能源接纳技术进军的号角，率先破解了我国电力系统计算分析无法有效模拟大规模风电并网特性的难题，填补了国内空白。中国电力科学研究院、国网电力科学研究院和清华大学随后又分别自主开发了风电功率预测系统，在国内多个网省公司投入使用后大获成功，产生了良好的经济效益和社会效益。另外尤为值得一提的是，我国自主开发出了世界上首套应用于电网调度端和光伏电站端的光伏发电功率预测系统，此时也正在上海、宁夏、青海等地实际运行，预测精度均达到调度要求。

洁净煤技术，一项庞大复杂的系统工程，囊括煤炭开发到利用的全过程，旨在减少污染排放与提高利用效率的加工、燃烧、转化和污染控制。这十年，为进一步提高机组效率和降低污染物排放，欧美各国都加紧了对洁净煤技术范畴的超超临界发电技术（超超临界发电技术是指煤电厂在高温运作时，采用先进的蒸汽循环以实现更高的热效率和比传统燃煤电厂更少的气体排放）研发。2002年，我国启动了600℃超超临界机组的技术开发及工程实践，研发团队不辱使命，以华能玉环电厂2×1000MW级工程项目为依托，率先成功开发出具有自主知识产权的超超临界发电机组的锅炉、汽轮机、电站系统，超超临界发电机组相适应的烟气净化技术同期获得重大突破。此间，在863计划课题的支持下，国家电力公司，中国华能集团公司和国内电力装备制造企业强强联手，成功完成超超临界关键引进技术的验证研究，迅速掌握了其核心技术和研究方法。我国首台1000MW超超临界机组于2006年11月在华能玉环电厂正式投入商业运行。截至2010年底，超超临界机组已成为我国新建机组的主力机型，在运百万千瓦超超临界火电机组达到33台，在建11台，我国成为了国际上投运和在建该等级机组最多的国家。据计算，该类机组发电效率约45.4%左右，远高于亚临界机组37.5%。

快堆技术在我国的研发历程，可以追溯到上个世纪60年代中期，当时，前二机部北京194所（中国原子能科学研究院反应堆工程研究设计所的前身）组建了一支约50人的科研队伍，成为国内从事快堆技术基础研究的第一支生力军。由于快堆在我国核能“热中子堆、快中子堆、聚变堆”三步走发展战略中处于承上启下的重要位置，快堆技术对核能的可持续发展举足轻重，可以说，大规模的核能发展，必须依靠快堆技术以及闭式燃料循环系统来支撑。为加速推动快堆技术成果转化和产业化，1995年12月，中国实验快堆工程项目立项，到2000年5月，中国实验快堆浇灌第一灌混凝土。党的十六大以来，中国实验快堆发展进入了快车道：2005年8月堆容器首批部件吊入厂房开始堆本体安装，2006年2月开始核级钠进场灌装，2010年7月实现首次临界，并于2011年7月实现40%功率水平并网发电试验。

事实上，中国实验快堆是国家863计划能源领域重大项目，是我国钠冷快堆工程技术发展的第一步。该堆采用先进的池式结构，实验发电功率20MW，是目前世界上唯数不多的具备发电功能的实验快堆。其主要参数和系统设置接近快堆电站，适宜向下一步示范快堆电站跨域。中国实验快堆还采用了负反馈设计、非能动安全系统等安全设计，其安全特性指标已达到第四代先进核能系统的安全目标要求。2010年以来，刘延东、张德江、万钢等多位国家领导先后参观中国原子能科学研究院及中国实验快堆，在讲话中指出要运行好试验快堆的同时，加快快堆商业化的进程。

社会效益

2001—2011年我国太阳能光伏发电装机能量增长情况

2001—2011年我国核电发电量增长情况

2001—2011年我国火电厂SO2排放与绩效指标变化情况

2001—2011年我国火电厂烟尘排放与绩效指标变化情况

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党的十六大以来，在国家科技计划持续支持下，我国积极引进和吸收发达国家比较成熟的先进能源技术成果，并在此基础上进行了再创新，极大地推动了我国的能源科技创新工作，在较短时期内缩短了与发达国家的差距，在部分领域甚至达到世界领先水平。十年来，我国在智能电网与先进电网技术、洁净煤技术、可再生能源、核能等技术领域，取得一大批具有自主知识产权的重大科技成果，它们对改造提升传统产业，推动新兴产业发展、促进节能减排，改善民生起到极其重要的作用。

改造提升传统产业。目前，我国在建、在运60万kW及100万kW火电机组总量均居世界第一，实现了电力工业跨越式发展。“十一五”期间新建火电工程决算单位造价为3855元/kW，相比“十五”期间的3909元/kW下降了54元/kW。

推进成果创新与战略性新兴产业发展。风电、太阳能发电、煤炭高效清洁利用、核电等先进能源科技的快速发展，为培育和发展战略性新兴产业提供了重要的技术储备和推动力。以传统化石能源的零排放利用技术、新一代核能技术、可再生能源的大规模应用技术和未来氢能为核心的新能源技术为特征的新的能源技术市场正在出现与形成之中。

促进节能减排。这十年，通过先进能源节约与环保技术研究、开发与示范，显著提高工业、住宅、交通、商业的节能技术水平，明显改善燃煤发电、可再生能源电力等能源生产或转化的重要技术指标和经济指标，取得显著的节能减排效果。

保障和改善民生。通过先进能源科技的研发和应用，加强农村、边疆和少数民族地区能源基础设施建设，增加清洁、优质、经济能源供应，提升能源普遍服务水平，使先进能源科技进步成果惠及千家万户，促进社会和谐稳定。这十年，我国在农村、少数民族地区等能源基础设施建设和能源供应的薄弱环节加强风电、太阳能发电、生物质能源等分布式能源系统的示范应用，帮助困难群众解决“用能难”问题。

　　未来展望

未来我国能源发展必将从偏重保障供给为主，向科学调控能源生产和消费总量转变；从资源依赖型的发展模式，向科技创新驱动型的发展模式转变；从严重依赖煤炭资源，向绿色、多元、低碳化能源发展转变；从各种能源品种独立发展，向多种能源互补与系统的融合协调转变；从生态环境保护滞后于能源发展，向生态环境保护和能源协调发展转变。《国家“十二五”科学和技术发展规划》已明确提出，要积极发展风电、太阳能光伏、太阳能热利用、新一代生物质能源、海洋能、地热能、氢能、新一代核能、智能电网和储能系统等关键技术、装备及系统。实施风力发电、高效太阳能、生物质能源、智能电网等科技产业化工程。建立健全新能源技术创新体系，加强促进新能源应用的先进适用技术和模式的研发，有效衔接新能源的生产、运输与消费，促进产业持续、快速发展。

展望未来二十年，先进能源技术领域将在煤炭洁净利用方向加快开发煤炭液化、气化、煤基多联产集成技术，以及特殊气质天然气、煤制气以及生物质制气的净化技术。开发煤炭气化、液化、煤基多联产与煤炭清洁高效转化技术，实现规模化、产业化应用。在发电与输配电技术方向，着力突破700℃超超临界机组、400MW等级IGCC机组关键技术，完善燃气轮机研制体系，突破热端部件设计制造技术，实现重型燃气轮机和微小型燃气轮机的国产化，掌握火电机组大容量CO2捕集技术。掌握700℃超超临界发电机组的设计和制造技术，实现F级重型燃气轮机的商业化制造和分布式供能微小型燃气轮机的产业化。实现大容量、远距离高电压输电关键技术和装备的完全自主化，提高电网输电能力和抵御自然灾害能力，在智能电网、间歇式电源的接入和大规模储能等方面取得技术突破。开展超导输电技术的应用研究，掌握更高一级特高压直流输电技术和电工新材料先进技术以及相应的装备技术；智能电网、间歇式电源的接入和大规模储能等技术得到广泛应用，在智能能源网方面取得技术突破。在新能源技术方向，消化吸收三代核电站技术，形成自主知识产权的堆型及相关设计、制造关键技术，并在高温气冷堆核电站商业运行、大型先进压水堆核电站示范、快堆核电站技术、高性能燃料元件和MOX燃料元件，以及商用后处理关键技术等方面取得突破。掌握6—10MW风电机组整机及关键部件的设计制造技术，实现海基和陆基风电的产业化应用。提高太阳能电池效率，并实现低成本、大规模的产业化应用，发展100MW级具有自主知识产权的多种太阳能集成与并网运行技术。开发储能和多能互补系统的关键技术，实现可再生能源的稳定运行。开发以木质纤维素为原料生产乙醇、丁醇等液体燃料及适应多种非粮原料的先进生物燃料产业化关键技术，实施二代燃料乙醇技术工程示范，开发农业废弃物生物燃气高效制备及其综合利用关键技术，进行日产5000—10000m3生物燃气规模化示范应用。建成具有自主知识产权的大型先进压水堆示范电站。风电机组整机及关键部件的设计制造技术达到国际先进水平；发展以光伏发电为代表的分布式、间歇式能源系统，光伏发电成本降低到与常规电力相当，发展百万千瓦光伏发电集成及装备技术；开展多塔超临界太阳能热发电技术的研究，实现300MW超临界太阳能热发电机组的商业应用；实现先进生物燃料技术产业化及高值化综合利用。

　　延伸速览