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2018(第二届)燃料管理智能化技术研讨会

“十三五”期间,电力科技发展的方向及关键技术的分析

1-12 00:00| 发布者: 袁世全| 查看: 1095| 评论: 0 |来自: 太阳能光伏网

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简介:“十三五”期间,我国电力科技领域将重点从9个重大技术方向38项关键技术开展研究工作。

一、发展现状

  燃煤发电技术领域发电技术和装备不断向高参数、大容量、高效及低排放方向发展,锅炉及汽轮机的制造和运行控制技术取得长足进步,总体技术接近国际先进水平,部分技术达到国际领先水平。其中,我国循环流化床燃烧技术、装备研发及运行控制技术已达国际领先水平,如四川白马600MW超临界机组,为世界首台600MW超临界循环流化床锅炉蒸汽参数达到25.4MPa/571/569℃,机组效率达到43.2%1000MW级和600MW600℃超超临界燃煤机组数量及装机容量均居世界首位,拥有自主知识产权并已出口国外,机组发电效率可超过45%,已达到国际先进水平二次再热发电技术具备自主开发和制造的能力,技术水平与国际先进水平相当;整体煤气化联合循环发电技术接近国际先进水平,如天津IGCC发电技术首座示范电站。输配电技术领域特高压交流1000kv、直流±800kv系列成套装备已实现国产化,在电压等级、输电距离、传输容量、关键设备等方面不断刷新世界记录,整体达到国际领先水平。

  新能源发电技术领域我们新能源发电技术起步较晚,但发展很快。风力发电方面,单机容量和关键技术不断进步,已经形成了4MW以下风电机组整机及关键零部件的设计制造体系,初步掌握56MW风电机组整机集成技术,风机制造企业在国际上占据重要地位。我国海上风电综合实力整体较弱,机组容量以3MW4MW为主,6MW机组处于样机试验阶段,并且我国严重缺少海上风电施工经验、运行维护与专业监测亟需加强。太阳能发电方面,形成以晶硅太阳能电池为主的产业集群,生产设备部分实现国产化,薄膜太阳能电池技术产业化步伐加快。目前,多晶硅电池平均转化效率达到18%,单晶硅电池平均转化效率接近20%,薄膜电池效率最高达到了21%,均处于全球领先的水平。太阳能热发电技术取得重要成果,其中塔式和槽式发电项目已经开展示范应用。生物质能发电方面,基于纯生物质原料的直燃发电是我国生物质发电成熟的主流技术,生物质气化发电规模还较小,生物质直燃发电已初具产业规模。海洋能发电方面,整体处于示范应用向产业化转化的重要阶段,其中,潮汐能发电技术已趋于成熟,建成投运了多个潮汐电站;波浪能和海流能技术研发与小型样机示范取得进展,温差能发电仍停留在实验室试验阶段。地热能发电方面,中低温地热发电技术基本成熟但关键材料与设备的国产化成度较低;高温地热蒸汽发电技术与国外存在较大差距;深层高温地热钻井方面尚没有形成相关技术储备。

  水利发电领域高坝大库、大容量、长引水洞、大型地下洞室等总体技术走在国际领先行列。水电机组及金属结构技术方面,通过引进、消化、吸收、再创新,已实现跨越式发展,具备了自主研制大型水电机组的能力,核心技术的开发和关键部件的制造达到了国外同等水平。在金属结构制造方面,泄洪控制闸门及启闭机技术达到国际水平,制造与安装技术已居国际领先水平。

  核电技术领域第三代核电技术水平达到世界先进水平,高温气冷堆技术方面,已研制成功世界首台套大功率电磁轴承主氦风机工程样机,处于世界领先水平。在快堆技术方面,,发电功率20MW的试验快堆已并网发电,安全指标部分已达到第四代先进核能系统的安全目标要求,接近国际先进水平。成为继俄罗斯之后掌握运行中的快中子堆技术的第二个国家。

   燃气轮机发电领域重型燃气轮机的引进和自主研发使我国在燃气轮机设计、制造、燃烧等基础领域取得进展,但燃气轮机技术水平与发达国家差距巨大,国内发电用燃气轮机设备严重依赖进口,国际先进的G/HJ级重型燃气轮机初温已经达到15001600℃,简单循环发电效率达到40%41%,联合循环发电效率已达到60%。在微型燃气轮机方面,微型燃气轮机主要用于冷热电联供系统,属于分布式能源系统,从目前使用情况看设备系统可靠性高,维修成本低,使用寿命长能源利用率高,尚处于发展和推广阶段。

二、“十三五”电力科技重大方向及关键技术

从落实国家能源发展战略、解决能源支撑我国经济社会发展、推进全球能源可持续发展等重大问题,“十三五”期间,在电网方面,以逐步提高可再生能源发电量在总用电量中的比例为核心目标,需要重点开展智能电网重大技术研发,超前部署我国新一代能源系统及全球能源互联网关键技术研究;在发电方面,以优化能源结构、提高非化石能源占一次能源消费比重、重点发展水利发电、安全发展核电技术。“十三五”期间,我国电力科技领域将重点开展9个重大技术方向的38项关键技术研究工作。

(一)智能电网技术

智能电网已经成为全球电网发展和进步的大趋势,欧美等发达国家已经将其上升为国家战略。我国在智能电网关键技术、装备和示范应用方面具有良好的发展基础和国际竞争力。智能电网技术体系涵盖发电、输电、变电、配电、用电和调度等多个环节。

  1、大规模可再生能源并网调控技术。目前,我国新能源发电并网容量已处于世界前列,风电和光伏发电累计并网容量分别跃居全球第一和第二位。但风电与光伏发电的间歇性与随机性特征,难与适应电力生产消费的同时性要求,全国范围内部分时段存在弃风、弃光问题,需要在大容量储能技术在核心指标上取得重大突破。重点突破大规模可再生能源基地电力外送与调控、大规模分布式能源灵活并网运行控制、常规/供热机组调节能力提升与弹性控制、新型大容量电力储存、海洋平台电力系统互联与稳定控制、海上风电/光伏发电接入与送出等一批核心关键技术。

  2、大电网柔性互联技术。具备一定的技术基础和工程经验,存在主要问题是大容量、远距离输电能力仍显不足,适用于特殊场合的新型输电技术和更高电压等级的柔性直流输电技术尚待突破。重点突破500KV以下基于架空线的柔性直流输电技术,重点研发大容量柔性直流转换器等先进输变电设备;2020年,研制超高压柔性直流输电及组网成套装备。

  3、现代配电网多元用户供需互动用电技术。随着配电网可再生分布式能源发电的高比例接入、大容量电动汽车充电设施的普遍设立,电网负荷峰谷差更加难以调整,传统的被动型配电网将难以适应这些新的需求与变化,需要采用主动配电网技术解决现代配电网建设中遇到的新问题。重点突破主动配电网规划技术、配电网与用户互动技术、高功率电动汽车充电的配电网适应性技术等。示范应用智能用电、电动汽车充电及电池梯级利用工程和新型电能替代设备。

  4、储能新技术。目前抽水蓄能电站是电力系统大规模储能的主要形式,但抽水蓄能电站受地理位置和水资源的限制,随着新型储能电池研究的深入运行,“十三五”期间将是新型化学储能技术逐步向大容量、高效率、长寿命发展阶段,并有望进入商业化阶段。重点研究新型化学储能技术:针对大规模可再生能源消纳的新型化学储能系统应用技术;功率为兆瓦级的新型电能与其他能源形式的转化装备;重点突破用于电力储能的百兆瓦级新型化学储能系统的集成与监控关键技术。

(二)我国新一代能源系统技术

能源开发实施清洁替代,能源消费实施电能替代,是人类用能模式的发展趋势与终极目标。构建新一代能源系统,需要重点研究解决源端、受端和传输的一系列重大科学和工程技术问题。

  1、源端综合能源电力系统关键技术。我国国民经济和能源电力发展面临严峻形式,化石能源带来严重雾霾,急需大规模、高比例开发利用可再生能源。需要寻求消纳具有间歇性、随机性的可再生能源的综合解决方案,构建以可再生能源为主的源端综合能源电力系统。重点研究以电网为主干、涵盖大规模可再生能源的综合能源电力系统仿真技术;示范应用可再生能源制氢工程。

  2、受端综合能源电力系统关键技术。传统电力系统不支持多种一次和二次能源相互转化和互补,既难以支撑高比例分布式清洁能源电力接入电力系统,又不适应大量分布式光伏发电、小型风电、冷热电三联供、电动汽车、蓄电池、氢能等“即插即用”式设备的接入。重点研究受端综合能源电力系统规划运行技术,2020年掌握受端多种能源网融合规划、高渗透分布式能源接入和利用的一系列关键技术。构建受端综合能源电力系统仿真平台。建成多个冷、热、电综合能源电力系统的示范工程。

  3、未来我国西部直流电网技术我国西部直流电网目前仅为概念构想,利用前沿输电技术将西南地区的水能、“三北”地区的太阳能和风能汇集并连接成多个地区性直流电网,利用输电技术及直流电压变换技术送往中东部负荷中心区域,提高电压等级和输电容量是直流网络需要解决的关键问题。重点研究直流组网的理论和技术,2020年开展示范应用西部多可再生能源基地直流网及送出工程的前期工作

(三)全球能源互联网技术

全球能源互联网技术是基于清洁能源主导、能源消费电气化和全球配置能源资源的思路,解决可再生能源大规模利用在空间和时间上扩展的前瞻性技术问题。“十三五”期间,需要研究全球能源互联网战略规划技术;重点突破适用于大容量、远距离输电技术,以及大电网安全稳定运行和控制技术等。

  1、全球能源互联网战略规划技术。全球能源互联网规模大、结构复杂,需要在规划分析理论、市场空间预测、电力流格局规划和特大规模电网结构设计等方面开展重点攻关。2020年,建成全球风能、太阳能、海洋能等多种可再生能源资源数据库,客观和精确掌握全球可再生能源的资源储量、分布情况和可开发规模。

  2、大容量、远距离输电技术与装备。我国在特高压交直流输电技术总体上处于国际领先水平。对于特高压直流的换流变压器、直流穿墙/换流变套管、直流场开关器件等高端装备少数核心器件的制造技术国内尚未完全掌握,需要“十三五”期间重点攻关。2020年,研制成功±1100kV特高压直流穿墙套管,提升直流输电重大装备、核心部件的国产化水平,核心部件自制率达到70%90%,建立特高压直流受端分层接入示范工程,建成±1100kV特高压直流输电示范工程。

(四)高效清洁火力发电技术

发展高效、清洁、低碳的燃煤发电技术与清洁的燃气发电技术是我国经济社会发展的迫切要求和维护国家安全的重大战略需要。其发展方向一是提高煤炭的能源利用率;二是降低发电机组的污染物排放浓度和总量;三是减少CO2的排放强度。

  1700℃超超临界的关键技术。700℃超超临界发电技术的发电效率接近50%,可比600℃超超临界发电技术高4%。目前,欧美和日本等国家基本完成材料筛选及性能测试、大型铸件试验生产、高温部件验证平台制造、大型耐热合金部件验证的工作。我国在该项目起步较晚,关键技术与国外存在差距。我国将继续进行自主知识产权的低成本、高强度高温合金材料的开发工作,锅炉受热面管材已在华能南京热电厂挂网运行。到2020年,形成具有核心竞争力的自主知识产权700℃超超临界燃煤发电技术,完成关键材料和关键部件的研制,完成600MW等级700℃先进超超临界发电系统的方案设计,择机签订示范工程。

  2、超超临界循环流化床发电技术。随着白马600MW超临界CFB锅炉示范工程的成功运行,标志我国已经具备大型超临界CFB锅炉的设计制造能力。但与煤粉锅炉相比,循换流化床锅炉设备的利用率和效率偏低,同时实现火电厂污染物超低排放难度较大。重点突破CFB锅炉烟气污染物超低排放技术,进一步提高CFB机组发电效率,到2017年掌握CFB锅炉烟气污染物超低排放技术;2020年完成600MW等级超超临界CFB发电机组初步设计,效率和设备利用率达到同等级别煤粉锅炉水平。

  3、联合循环发电及煤基多联产技术。联合循环发电及煤基多联产系统是一种综合考虑资源、能源和环境效益系统,是未来主要的能源技术之一,是煤炭利用的发展趋势。对于联合循环发电,目前第三代IGCC技术正在研发中,已建立的IGCC示范电站技术达到国际先进水平,但经济性和可靠性是影响其商业化的关键因素;对于煤基多联产国内外已开展了大量的生产流程与产品生产方式的创新研究,技术关键和难点仍是煤的热解和气化装置的开发。重点研究以空气为气化剂的气化炉以及与其相应的IGCC系统,2017年,突破低阶煤干馏关键技术和设备,完成IGCC+CCUS技术和煤基多联产IGCC电站的可行性研究。2020年,建成以褐煤低温干馏为基础的煤电化工一体化示范工程。

  4、特种煤发电技术。我国一些地区存在大量有特殊成分的燃煤,如新疆准东煤田金属含量大、内蒙古的褐煤水分含量大,目前尚无大机组100%燃烧准东煤及褐煤的可靠技术方案,需要研究在600MW等级机组上的应用并积累经验。继续开展特种煤燃烧、结渣和沾污等特性参数研究、锅炉适应性研究。重点研发适合燃用高钠钾煤的燃烧技术与设备、预干煤燃烧技术与设备、制粉系统。掌握低成本褐煤干燥及水分回收技术,建设示范装置;2020年,建设高钠钾煤发电示范工程;掌握大型褐煤干燥发电技术,建设示范工程。

  5、燃煤电厂烟气污染物一体化脱除及二氧化碳捕集技术。煤电烟气污染物治理及处理物利用是煤电持续发展的关键因素,但传统烟气净化技术一般针对单一污染物处理,工艺链长、投资和运行成本高。二氧化碳捕集技术对减少温室效应及提高电厂综合效益有重要意义。污染物一体化控制技术国内已进行了大量研究,目前尚无示范工程;二氧化碳捕集技术降低能耗和成本是重点研究内容。重点研发湿法一体化脱除系统、活性焦一体化联合脱除系统。重点研究新一代高效低能耗的二氧化碳捕集吸收剂和捕集材料,示范应用多种源汇组合的CCUS全流程系统,进行CCUS全过程技术示范。

  6、燃气轮机联合循环和微型燃机冷热电联供发电技术。燃气轮机联合循环已成为我国清洁能源发电技术的重要分支,但我国燃气轮机技术水平与发达国家差距巨大,核心部件以及专业技术服务均有国外制造商控制,价格居高不下。我国具有自主知识产权的100kW微型燃气轮机研制已取得重大突破。重型燃机重点开展H型燃机的系统集成研究,加快项目的示范应用;F级燃机方面取得关键部件及技术的自主化突破。重点研发重型燃气轮机的试验验证平台。

  7、超临界CO2循环发电技术。超临界CO2透平是一种以超临界CO2为工质的基于布雷顿循环原理的动力发电设备,是一种比传统蒸汽轮机更为先进的发电装备,作为一种外燃机,其也可采用太阳能作为热源,由此也诞生了基于超临界CO2循环的光热发电技术。这种新型发动机的研发,美国目前走在世界的前列,并得到美国能源部的支持,因为此项技术在提高发电效率和降低成本方面有巨大的潜力,超临界CO2透平技术用于地面发电厂,除了体积小、重量轻之外,还可以不用水,适合荒漠缺水地区的应用,其应用于太阳能光热发电系统可实现效率的显著提升,是太阳能光热发电的理想选择,该系统仅需要较低的热量即可启动发电机、其应对负荷变化调整迅速、支持快速启停,这些优点是普通发电系统所无法比拟的。目前国内电力系统对超临界CO2循环技术研究处于起步阶段,但超临界CO2循环发电技术的研发和应用,将是一种可能带来发电系统变革的技术。科技部今年也发布了重点研究课题。


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