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我國電力科技發展現狀

2017-02-16 03:13    admin    閱讀 2010

燃煤發電技術領域發電技術和裝備不斷向高參數、大容量、高效及低排放方向發展,鍋爐及汽輪機的制造和運行控制技術取得長足進步,總體技術接近國際先進水平,部分技術達到國際領先水平。國際先進水平:1000MW級和600MW級600℃超超臨界燃煤機組數量及裝機容量均居世界首位,擁有自主知識產權并已出口國外,機組發電效率可超過45%,已達到國際先進水平;二次再熱發電技術具備自主開發和制造的能力,技術水平與國際先進水平相當。國際領先水平:我國循環流化床燃燒技術、裝備研發及運行控制技術。例如:四川白馬600MW超臨界機組,為世界首臺600MW超臨界循環流化床鍋爐蒸汽參數達到25.4MPa/571℃/569℃,機組效率達到43.2%。接近國際先進水平:整體煤氣化聯合循環發電技術,例如:天津IGCC發電技術首座示范電站。

輸配電技術領域特高壓交流1000kv、直流±800kv系列成套裝備已實現國產化,在電壓等級、輸電距離、傳輸容量、關鍵設備等方面不斷刷新世界記錄,整體達到國際領先水平。

新能源發電技術領域我們新能源發電技術起步較晚,但發展很快。風電的單機容量和關鍵技術不斷進步,已經形成了4MW以下風電機組整機及關鍵零部件的設計制造體系,初步掌握5~6MW風電機組整機集成技術,風機制造企業在國際上占據重要地位。我國海上風電綜合實力整體較弱,機組容量以3MW~4MW為主,6MW機組處于樣機試驗階段,并且我國嚴重缺少海上風電施工經驗、運行維護與專業監測亟需加強。太陽能發電方面,形成以晶硅太陽能電池為主的產業集群,生產設備部分實現國產化,薄膜太陽能電池技術產業化步伐加快。目前,多晶硅電池平均轉化效率達到18%,單晶硅電池平均轉化效率接近20%,薄膜電池效率最高達到了21%,均處于全球領先的水平。太陽能熱發電技術取得重要成果,其中塔式和槽式發電項目已經開展示范應用。生物質能發電方面,基于純生物質原料的直燃發電是我國生物質發電成熟的主流技術,生物質氣化發電規模還較小,生物質直燃發電已初具產業規模。海洋能發電方面,整體處于示范應用向產業化轉化的重要階段,其中,潮汐能發電技術已趨于成熟,建成投運了多個潮汐電站;波浪能和海流能技術研發與小型樣機示范取得進展,溫差能發電仍停留在實驗室試驗階段。地熱能發電方面,中低溫地熱發電技術基本成熟但關鍵材料與設備的國產化成度較低;高溫地熱蒸汽發電技術與國外存在較大差距;深層高溫地熱鉆井方面尚沒有形成相關技術儲備。

水利發電領域高壩大庫、大容量、長引水洞、大型地下洞室等總體技術走在國際領先行列。水電機組及金屬結構技術方面,通過引進、消化、吸收、再創新,已實現跨越式發展,具備了自主研制大型水電機組的能力,核心技術的開發和關鍵部件的制造達到了國外同等水平。在金屬結構制造方面,泄洪控制閘門及啟閉機技術達到國際水平,制造與安裝技術已居國際領先水平。

核電技術領域第三代核電技術水平達到世界先進水平,高溫氣冷堆技術方面,已研制成功世界首臺套大功率電磁軸承主氦風機工程樣機,處于世界領先水平。在快堆技術方面,,發電功率20MW的試驗快堆已并網發電,安全指標部分已達到第四代先進核能系統的安全目標要求,接近國際先進水平。成為繼俄羅斯之后掌握運行中的快中子堆技術的第二個國家。

燃氣輪機發電領域重型燃氣輪機的引進和自主研發使我國在燃氣輪機設計、制造、燃燒等基礎領域取得進展,但燃氣輪機技術水平與發達國家差距巨大,國內發電用燃氣輪機設備嚴重依賴進口,國際先進的G/H、J級重型燃氣輪機初溫已經達到1500~1600℃,簡單循環發電效率達到40%~41%,聯合循環發電效率已達到60%。在微型燃氣輪機方面,微型燃氣輪機主要用于冷熱電聯供系統,屬于分布式能源系統,從目前使用情況看設備系統可靠性高,維修成本低,使用壽命長能源利用率高。尚處于發展和推廣階段

二、“十三五”電力科技重大方向及關鍵技術從落實國家能源發展戰略、解決能源支撐我國經濟社會發展、推進全球能源可持續發展等重大問題,“十三五”期間,在電網方面,以逐步提高可再生能源發電量在總用電量中的比例為核心目標,需要重點開展智能電網重大技術研發,超前部署我國新一代能源系統及全球能源互聯網關鍵技術研究;在發電方面,以優化能源結構、提高非化石能源占一次能源消費比重、重點發展水利發電、安全發展核電技術。“十三五”期間,我國電力科技領域將重點開展9個重大技術方向的38項關鍵技術研究工作。

智能電網技術智能電網已經成為全球電網發展和進步的大趨勢,歐美等發達國家已經將其上升為國家戰略。我國在智能電網關鍵技術、裝備和示范應用方面具有良好的發展基礎和國際競爭力。智能電網技術體系涵蓋發電、輸電、變電、配電、用電和調度等多個環節。

1、大規模可再生能源并網調控技術目前,我國新能源發電并網容量已處于世界前列,風電和光伏發電累計并網容量分別躍居全球第一和第二位。但風電與光伏發電的間歇性與隨機性特征,難與適應電力生產消費的同時性要求,全國范圍內部分時段存在棄風、棄光問題,需要在大容量儲能技術在核心指標上取得重大突破。重點突破大規模可再生能源基地電力外送與調控、大規模分布式能源靈活并網運行控制、常規/供熱機組調節能力提升與彈性控制、新型大容量電力儲存、海洋平臺電力系統互聯與穩定控制、海上風電/光伏發電接入與送出等一批核心關鍵技術。

2、大電網柔性互聯技術具備一定的技術基礎和工程經驗,存在主要問題是大容量、遠距離輸電能力仍顯不足,適用于特殊場合的新型輸電技術和更高電壓等級的柔性直流輸電技術尚待突破。重點突破500KV以下基于架空線的柔性直流輸電技術,重點研發大容量柔性直流轉換器等先進輸變電設備;2020年,研制超高壓柔性直流輸電及組網成套裝備。

3、現代配電網多元用戶供需互動用電技術隨著配電網可再生分布式能源發電的高比例接入、大容量電動汽車充電設施的普遍設立,電網負荷峰谷差更加難以調整,傳統的被動型配電網將難以適應這些新的需求與變化,需要采用主動配電網技術解決現代配電網建設中遇到的新問題。重點突破主動配電網規劃技術、配電網與用戶互動技術、高功率電動汽車充電的配電網適應性技術等。示范應用智能用電、電動汽車充電及電池梯級利用工程和新型電能替代設備。

4、儲能新技術目前抽水蓄能電站是電力系統大規模儲能的主要形式,但抽水蓄能電站受地理位置和水資源的限制,隨著新型儲能電池研究的深入運行,“十三五”期間將是新型化學儲能技術逐步向大容量、高效率、長壽命發展階段,并有望進入商業化階段。重點研究新型化學儲能技術:針對大規模可再生能源消納的新型化學儲能系統應用技術;功率為兆瓦級的新型電能與其他能源形式的轉化裝備;重點突破用于電力儲能的百兆瓦級新型化學儲能系統的集成與監控關鍵技術。

我國新一代能源系統技術能源開發實施清潔替代,能源消費實施電能替代,是人類用能模式的發展趨勢與終極目標。構建新一代能源系統,需要重點研究解決源端、受端和傳輸的一系列重大科學和工程技術問題。

1、源端綜合能源電力系統關鍵技術我國國民經濟和能源電力發展面臨嚴峻形式,化石能源帶來嚴重霧霾,急需大規模、高比例開發利用可再生能源。需要尋求消納具有間歇性、隨機性的可再生能源的綜合解決方案,構建以可再生能源為主的源端綜合能源電力系統。重點研究以電網為主干、涵蓋大規模可再生能源的綜合能源電力系統仿真技術;示范應用可再生能源制氫工程。

2、受端綜合能源電力系統關鍵技術傳統電力系統不支持多種一次和二次能源相互轉化和互補,既難以支撐高比例分布式清潔能源電力接入電力系統,又不適應大量分布式光伏發電、小型風電、冷熱電三聯供、電動汽車、蓄電池、氫能等“即插即用”式設備的接入。重點研究受端綜合能源電力系統規劃運行技術,2020年掌握受端多種能源網融合規劃、高滲透分布式能源接入和利用的一系列關鍵技術。構建受端綜合能源電力系統仿真平臺。建成多個冷、熱、電綜合能源電力系統的示范工程。

3、未來我國西部直流電網技術我國西部直流電網目前僅為概念構想,利用前沿輸電技術將西南地區的水能、“三北”地區的太陽能和風能匯集并連接成多個地區性直流電網,利用輸電技術及直流電壓變換技術送往中東部負荷中心區域,提高電壓等級和輸電容量是直流網絡需要解決的關鍵問題。重點研究直流組網的理論和技術,2020年開展示范應用西部多可再生能源基地直流網及送出工程的前期工作

全球能源互聯網技術全球能源互聯網技術是基于清潔能源主導、能源消費電氣化和全球配置能源資源的思路,解決可再生能源大規模利用在空間和時間上擴展的前瞻性技術問題。“十三五”期間,需要研究全球能源互聯網戰略規劃技術;重點突破適用于大容量、遠距離輸電技術,以及大電網安全穩定運行和控制技術等。

1、全球能源互聯網戰略規劃技術全球能源互聯網規模大、結構復雜,需要在規劃分析理論、市場空間預測、電力流格局規劃和特大規模電網結構設計等方面開展重點攻關。2020年,建成全球風能、太陽能、海洋能等多種可再生能源資源數據庫,客觀和精確掌握全球可再生能源的資源儲量、分布情況和可開發規模。

2、大容量、遠距離輸電技術與裝備我國在特高壓交直流輸電技術總體上處于國際領先水平。對于特高壓直流的換流變壓器、直流穿墻/換流變套管、直流場開關器件等高端裝備少數核心器件的制造技術國內尚未完全掌握,需要“十三五”期間重點攻關。2020年,研制成功±1100kV特高壓直流穿墻套管,提升直流輸電重大裝備、核心部件的國產化水平,核心部件自制率達到70%~90%,建立特高壓直流受端分層接入示范工程,建成±1100kV特高壓直流輸電示范工程。

高效清潔火力發電技術發展高效、清潔、低碳的燃煤發電技術與清潔的燃氣發電技術是我國經濟社會發展的迫切要求和維護國家安全的重大戰略需要。其發展方向一是提高煤炭的能源利用率;二是降低發電機組的污染物排放濃度和總量;三是減少CO2的排放強度。

1、700℃超超臨界的關鍵技術700℃超超臨界發電技術的發電效率接近50%,可比600℃超超臨界發電技術高4%。目前,歐美和日本等國家基本完成材料篩選及性能測試、大型鑄件試驗生產、高溫部件驗證平臺制造、大型耐熱合金部件驗證的工作。我國在該項目起步較晚,關鍵技術與國外存在差距。我國將繼續進行自主知識產權的低成本、高強度高溫合金材料的開發工作,鍋爐受熱面管材已在華能南京熱電廠掛網運行。到2020年,形成具有核心競爭力的自主知識產權700℃超超臨界燃煤發電技術,完成關鍵材料和關鍵部件的研制,完成600MW等級700℃先進超超臨界發電系統的方案設計,擇機簽訂示范工程。

2、超超臨界循環流化床發電技術隨著白馬600MW超臨界CFB鍋爐示范工程的成功運行,標志我國已經具備大型超臨界CFB鍋爐的設計制造能力。但與煤粉鍋爐相比,循換流化床鍋爐設備的利用率和效率偏低,同時實現火電廠污染物超低排放難度較大。重點突破CFB鍋爐煙氣污染物超低排放技術,進一步提高CFB機組發電效率,到2017年掌握CFB鍋爐煙氣污染物超低排放技術;2020年完成600MW等級超超臨界CFB發電機組初步設計,效率和設備利用率達到同等級別煤粉鍋爐水平。

3、聯合循環發電及煤基多聯產技術聯合循環發電及煤基多聯產系統是一種綜合考慮資源、能源和環境效益系統,是未來主要的能源技術之一,是煤炭利用的發展趨勢。對于聯合循環發電,目前第三代IGCC技術正在研發中,已建立的IGCC示范電站技術達到國際先進水平,但經濟性和可靠性是影響其商業化的關鍵因素;對于煤基多聯產國內外已開展了大量的生產流程與產品生產方式的創新研究,技術關鍵和難點仍是煤的熱解和氣化裝置的開發。重點研究以空氣為氣化劑的氣化爐以及與其相應的IGCC系統,2017年,突破低階煤干餾關鍵技術和設備,完成IGCC+CCUS技術和煤基多聯產IGCC電站的可行性研究。2020年,建成以褐煤低溫干餾為基礎的煤電化工一體化示范工程。

4、特種煤發電技術我國一些地區存在大量有特殊成分的燃煤,如新疆準東煤田金屬含量大、內蒙古的褐煤水分含量大,目前尚無大機組100%燃燒準東煤及褐煤的可靠技術方案,需要研究在600MW等級機組上的應用并積累經驗。繼續開展特種煤燃燒、結渣和沾污等特性參數研究、鍋爐適應性研究。重點研發適合燃用高鈉鉀煤的燃燒技術與設備、預干煤燃燒技術與設備、制粉系統。掌握低成本褐煤干燥及水分回收技術,建設示范裝置;2020年,建設高鈉鉀煤發電示范工程;掌握大型褐煤干燥發電技術,建設示范工程。

5、燃煤電廠煙氣污染物一體化脫除及二氧化碳捕集技術煤電煙氣污染物治理及處理物利用是煤電持續發展的關鍵因素,但傳統煙氣凈化技術一般針對單一污染物處理,工藝鏈長、投資和運行成本高。二氧化碳捕集技術對減少溫室效應及提高電廠綜合效益有重要意義。污染物一體化控制技術國內已進行了大量研究,目前尚無示范工程;二氧化碳捕集技術降低能耗和成本是重點研究內容。重點研發濕法一體化脫除系統、活性焦一體化聯合脫除系統。重點研究新一代高效低能耗的二氧化碳捕集吸收劑和捕集材料,示范應用多種源匯組合的CCUS全流程系統,進行CCUS全過程技術示范。

6、燃氣輪機聯合循環和微型燃機冷熱電聯供發電技術燃氣輪機聯合循環已成為我國清潔能源發電技術的重要分支,但我國燃氣輪機技術水平與發達國家差距巨大,核心部件以及專業技術服務均有國外制造商控制,價格居高不下。我國具有自主知識產權的100kW微型燃氣輪機研制已取得重大突破。重型燃機重點開展H型燃機的系統集成研究,加快項目的示范應用;在F級燃機方面取得關鍵部件及技術的自主化突破。重點研發重型燃氣輪機的試驗驗證平臺。

7、超臨界CO2循環發電技術超臨界CO2透平是一種以超臨界CO2為工質的基于布雷頓循環原理的動力發電設備,是一種比傳統蒸汽輪機更為先進的發電裝備,作為一種外燃機,其也可采用太陽能作為熱源,由此也誕生了基于超臨界CO2循環的光熱發電技術。這種新型發動機的研發,美國目前走在世界的前列,并得到美國能源部的支持,因為此項技術在提高發電效率和降低成本方面有巨大的潛力,超臨界CO2透平技術用于地面發電廠,除了體積小、重量輕之外,還可以不用水,適合荒漠缺水地區的應用,其應用于太陽能光熱發電系統可實現效率的顯著提升,是太陽能光熱發電的理想選擇,該系統僅需要較低的熱量即可啟動發電機、其應對負荷變化調整迅速、支持快速啟停,這些優點是普通發電系統所無法比擬的。目前國內電力系統對超臨界CO2循環技術研究處于起步階段,但超臨界CO2循環發電技術的研發和應用,將是一種可能帶來發電系統變革的技術。科技部今年也發布了重點研究課題。

可再生能源發電及利用技術可再生能源是世界各國科技創新部署的重點,是未來能源電力技術發展的方向。

當前,以新能源為支點的我國能源轉型體系正加速變革,大力發展新能源已經上升到國家戰略高度,未來我國新能源還將大規模發展。

1、海上風力發電技術歐洲海上風電起步早、發展快,全球已建成的海上風電90%位于歐洲,截至2014年,歐洲累計海上風電裝機達到805萬千瓦,分布在歐洲11個國家的74個海上風電場。歐洲6MW海上風電機組已形成產業化并批量安裝,8MW海上風電機組進入樣機試運行階段。我國海上風電綜合實力整體較弱,機組容量以3MW~4MW為主,6MW機組處于樣機試驗階段,并且我國嚴重缺少海上風電施工經驗、運行維護與專業監測亟需加強。到2020年,形成具備8MW及以上大型海上風機制造能力;突破海上風電施工和建設、并網運行關鍵技術;建成海上風電全景監視及綜合控制系統。中外海上風電廠家、項目介紹2016年6月,西門子與歌美颯簽訂約束性協議,合并雙方的風電業務以打造全球風電市場的領先企業,尤其在海上風電項目上,西門子領跑全球海上風電市場。西門子已提出到2025年通過數字化和基礎創新等方法使海上風電的度電成本降到8歐分/千瓦時以下,提高能源供應的競爭力加強氣候保護。丹麥是世界風電發展最快最好的國家,在1991年建成全球第一座海上風電場,擁有20多年的海上風電場運營經驗,有完整的產業鏈,走在了世界前列。目前,歐洲三家公司具備生產8MW海上風電機組能力:丹麥維斯塔斯Vestas公司V164-8MW;Adwen公司AD-180-8MW;西門子首臺SWT-8.0-154機組將于2017年初安裝,預計將在2018年初獲得機組型式認證。2013年7月4日,全球最大近海風發電場--英國“倫敦陣列”,在英國東南海岸開始運營,裝機容量630兆瓦,采用了德國西門子SWT-3.6-120渦輪機,安裝地點是距離海岸20公里的海面上。已耗資15億英鎊的“倫敦陣列”綿延20公里,裝備175臺渦輪機,加強了英國在全球近海風力發電領域的優勢地位。2016年5月,西門子將為蘇格蘭Beatrice海上風電場項目提供、安裝并調試84個風力發電機組,每一個轉子直徑為154米,發電量可達7兆瓦。目前,國內已有金風科技、華銳風電、聯合動力、湘電股份和海裝風電等廠家完成5MW及以上大型風電機組的吊裝和試運行。亞洲首個海上風電場——上海東海大橋102MW海上風電示范項目的34臺風機全部由華銳風電提供,已順利運行5年,并成功走出質保進入后運維服務階段;華能如東300兆瓦海上風電場工程是目前國內最大規模的海上風電場,該項目規劃建設50臺4兆瓦和20臺5兆瓦海上風電機組,北區選取西門子4兆瓦風機和中船重工海裝風電5兆瓦風機,南區則是遠景風機,在國內首次大規模使用5兆瓦海上風機,預計2016年年底實現首批機組投產發電,2016年6月26日,金風科技首個近海海上項目三峽響水項目首臺機組順利完成吊裝。響水項目為三峽集團首個海上示范商業運營項目,采用18臺金風科技121/3000KW直驅海上型機組,項目離岸垂直距離6海里,水深5--9米。

2、太陽能光熱發電技術我國太陽能熱發電起步較晚,我國太陽能光熱發電在核心設備上與國外相比有很大差距,導致轉換效率低,若使用國外產品則成本更高,由于投資成本高導致進展緩慢。重點突破光熱電廠系統集成技術和機組運行技術,重點研發熔鹽吸熱介質的槽式集熱管、線性菲涅爾集熱系統、太陽能超臨界CO2布雷頓循環發電系統和設備;推廣太陽能光熱發電系統,2020年建成西部多個太陽能光熱發電示范項目。


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