发电领域低碳转型新技术-40页.pdf

冯树臣国家能源集团党组成员、 副总经理 2 3 来源：BP《世界能源 展望2020》 p世界能源发展趋势：pBP预测， 2050年 占比下降到 ，非水可再生能源占比上升到 ， 电力在 终端能源消费中占比增至 以上 全球一次能源消费结构 电力在终端消费中占比 4 2024年 • 重返• 花费至少4900亿美元促进 技术发展2030年 • 确保新销售的轻型和中型车辆• 为所有新的商业建筑制定净零排放标准2035年 • 使美国• 建筑部门碳足迹减少50%2050年 • 确保美国实现 ，达到净零排放p《 2009年美国清洁能源与安全法》：初步确立转型目标 ，清洁能源、节能减排， 以 为前提 ，推动能源系统p特朗普“美国优先能源计划” ，退出 ，重振石油、天然气、煤炭等化石能源行业， 但可再生能源实际上未受到特别大的影响p拜登政府 ，重返《巴黎协定》 ，推进实施 ，到2030年将海上风 能增加一倍， 5 p能源转型方向： ， 电力行业碳强度最低地区， 2019年欧盟发电碳强度为 235gCO2/kWhp《欧洲绿色协议》： 2030年温室气体排放量较1990年减少50% ~ 55%， p ， 2030年或更早关闭煤电35.4GW， 占在运煤电装机21%p2050年电力脱碳：太阳能发电及风电占2050年欧盟终端能源需求的 6 p日本能源资源匮乏 ，能源自给率很低 ，p ： 减少火力发电 ，加快引进可再生能源 ，最大限度利用核电， p2040年海上风电年发电量4500万kWh； 2030年氢能利用300万吨， 2050年提高到2000万吨 ；预计2050年 来自可再生能源 7 “中国将提高国家自主贡献力度 ，采取更加有力的政策 和措施， 二氧化碳排放力争在 年前达到 ，努 力争取 年前实现 “——习主席在第75届联合国大会讲话2020年9月22日“到2030年， 中国单位国内生产总值二氧化碳排放将 比2005年下降 ，非化石能源占一次能源消费 比重将达到 “——习主席在气候雄心峰会讲话2020年12月12日 8 • 2020年发电装机容量 ，非化石能源发电装机容量 ， 占比• 全国发电量 ，非化石能源发电量 ， 占比• 煤电机组实现超低排放 ，约占全部煤电机组的88%• 单位火电发电量碳排放832g/kWh ，全国单位发电量碳排放565g/kWh， 2006~2020年电力 行业累计减少碳排放 发电装机容量 (万千瓦) 及占比 (%) 来源：《中国电力 统计年鉴 ( 2021) 》发电量 (亿千瓦时) 及占比 (%) 9 容量 占比 容量 占比 容量 占比 容量 占比风电 2.8 12.7% 5.36 18.2% 8 21% 22 29.4%太阳能发电 2.5 11.3% 5.59 19% 10.25 27% 34.5 46.1%水电 3.7 16.8% 4.6 15.6% 5.54 14.6% 7.4 9.9%煤电 10.8 49% 11 37.3% 10.5 27.6%气电 0.98 4 . 5 % 1.52 5.2% 1.85 4 . 9 % 3.3 4 . 4 %核电 0.5 2.3% 0.72 2.5% 1.08 2.8% 2 2.7%生物质及其他 0.67 3% 0.65 2.2% 0.82 2.2% 1.7 2.3%燃氢机组 0 0% 0 0% 0 0% 1 1.3%合计 22 29.5非化石能源发电装机 占比 43% 55.3% 储能 — — — — 0.4 — — 1.3 — — 6 — — • 、 • 2030年、 2050年我国电源装机 、 ，其中 ，非化石能源发电装机24.87亿、 65.9 亿千瓦， 占比分别为 、 源自全球能源互联网发展合作组织《中国2030年能源电力发展规划研究及2060年展望》 单位： 亿千瓦 10 11 u煤炭清洁高效发电u可再生能源发电u核能u先进储能u氢能 uCCUS发 展 煤 炭 清 洁 高 效 发 电技术发 展 可 再 生 能 源 和 先 进核能技术 ， 大幅提 高非化石能源占比煤炭仍占主 导地位二氧化碳排放 强度高 用能效率比较低 突破储能、 氢能以及综 合能源技术新能源技术创新 能力不足 12 13 开发大比例掺烧 技术及设备 ，推动大规模应用： 开发系统耦合方 式、 运行控制软件和策略、 耦合评价方 法等 ，推动技术工程示范开发具备自诊断 、 自感知 、 自 决策 、 自执行特征显著的智能 发电技术及控制系统 ， 实现燃 煤电厂的无人值守开发锅炉与汽轮机快速响应 、 锅炉承压部件寿命监测 、 锅炉 辅助设备灵活性改造等技术 ， 实现变负荷速率达到5%/min ， 负荷变化范围20%-100% 煤电与生物质、 氢、 氨等非煤燃料耦合发电技术和产业 规模与国外先进水平差距大 处于中试验证阶 段 ， 国外已实现工程示范国 内 基 本 完 成 了 燃 煤 电 厂 的 自 动化与信息化 ， 但智能发电尚 处于起步阶段国 内 大 部 分 煤 电 机 组 按 照 基 本 负荷设计 ， 调峰最小出力和调 峰速率尚不能满足灵活性要求 14 n 持续加大高温部件的产业化和工程化应用关 键技术攻关n 建设具有自主知识产权的650-700℃等级超 超临界燃煤发电机组的工程示范 ， 实现机组净效率不低于50%p 我国在高参数、 大容量高效清洁燃煤发电技术 方面整体达到了世界先进水平 ， 部分领域处于 世界领先水平p 650℃ -700℃机组高温材料研制和部件制造技 术与欧、 美、 日基本处于 “并跑”阶段 15 p 2 研究与美国基本同步 ， 部分成果达到国际 领先水平p 工程示范阶段 ， 电站 规模与运行可靠性基本与世界同步p 处于基础研究和关键 技术研发阶段 ，与国外仍有较大差距n 2 实现负荷变化速率6%/min以上 ， 负荷变化范围0% - 100%； 利用超临界CO2发电小尺寸、 灵活性优势 ，发展多种形式应用n 提升效率、 降低煤耗 ，推进IGCC和IGFC新型燃煤发 电系统研究 ，实现净效率不低于50% 16 p 基本掌握了化学吸收法碳捕集技术 ，但成本仍较高p 二氧化碳的利用与封存还处于探索阶段p 整个CCUS技术距离规模化、 全流程、 商业化应用仍存在较大差距 研发CO2化工利用、 矿化利用、 生物利用等途径拓展CO2消纳途径 ，实现CO2作为资 源的循环利用 ，提高CCUS经济效益做好CO2 驱油 、 封存 、 监测技 术研发与应用形成与CO2驱油协同的封存、 监测 及运输等系列安全可靠配套技术 ， 掌握陆上/海上咸水层、 枯竭油气 田封存CO 2关键技术重点研发燃煤电厂燃烧后CO2 低成本捕集关键技术实现碳排放强度≤450 g/kWh ， 再 生热耗≤2.2 GJ/tCO2 (较当前工艺 降 低 2 0% ) ， 吸 收 剂 消 耗 由 1 kg/tCO2降至0.5 kg/tCO2 17 n 加大在高水头大容量冲击式机组和超低水头水力发电技术的攻关n 大巨型机组刚强度及稳定性研究 ，压力脉冲危害机理及传播规律研究等n 开发智能水电站信息共享技术、 设备数字化技术、 智能一体化平台、 数据应用智能化技术等p 水电设备产业形成了设计、 制造、 安装、 运行维护等全产业链整合能力p 在水轮机、 水轮发电机设计和制造方面整体达到国际先进水平 ， 部分机 型达到国际领先水平p 水电开发仍有潜力 ， 但面临社会及生态环境挑战 ， 需优化布局 ， 降低生 态环境影响 18 n 推广风电大规模高比例先进并网技术 ，研究风电场与储能协同运行技术n 推动基于柔性直流输电技术、 漂浮式技术的海上风电示范建设 ， 为开发 远海风电提供技术储备n 推动人工智能、 云计算、 大数据等新一代信息技术用于风机智能制造、 风电场设计和运维、 风电场间的协同控制n 提高主轴承、 齿轮箱轴承、 IGBT开关器件等部件国产化率 ， 开发拥有 自主知识产权的风电核心设计软件p 我国建立了大功率机组及部件全产业链设计制造技术体系 ， 在低风速及 复杂地形下风电机组开发方面优于国外水平p 在基础和共性关键技术方面与国外存在差距 ， 如风电设计软件、 6MW 以上风电机组、 海上漂浮式风电机组、 公共试验系统、 新型风电技术等 19 n 开发大容量、 高参数、 低成本、 长时间储热的光 热发电技术n 开展太阳能超临界CO2发电系统的技术攻关和示范 应用 ，研发与超临界CO2发电系统匹配的吸热器、 换热器、 储热系统及系统集成技术n 开发高效低成本光伏发电技术n 推广先进的大规模高比例光伏并网技术 ， 研究 光伏电站与储能协同运行技术n 探索和示范光伏与其他领域的多元化协同应用 在电站系统设计、 集成运行等方面与国外差距明显 ， 所用材料的制备和生产仍有差距产业规模和制造能力处于世界先进水平； 光伏电 池及组件、 逆变器等产品技术水平与世界同步； 前沿技术开发与国外存在差距 20 地热资源储量丰富 ， 在地热开发方式、 利用效率、 核心理论技术及相关设备制 造、 工程建设标准及监测体系等方面还 需加强研究近期技术发展方向： 一是实现地热蒸汽 轮 机 发 电 5 MW级 以 上 机 组 关 键 设 备 自 主化 ， 二是推动研发适用于地热蒸汽的 防垢、 防腐、 高效汽轮机组设备 ， 提升 技术装备水平 工程示范规模偏小 、 技术成熟 度不高、 创新能力还需加强需攻克设备易受海水腐蚀 、 能 量 俘 获 和 安 装 维 护 等 方 面 的 关 键技术 ， 短期内对海洋能开发 利 用 技 术 的 需 求 仍 以 科 技 研 究 和工程示范为主地热资源勘察起步晚 ， 利用技 术的研发仍停留在实验室阶段n 攻克靶区定位 、 高温深钻及 测井 、 应力温度监测 、 热储 设计优化等开发利用技术n 开发干热岩地热高效梯级综 合利用技术 21 n l 突破超高温气冷堆技术以及核能制氢 等技术 ，实现工业示范应用l 持续在可控核聚变方向开展探索研究 ， 进行长期的科学和技术积累n 形成 与我国核电发展规模相配套的先进核燃 料循环体系 ，实现核能可持续发展n 持续开展核安全基础科学研究、 工程技 术与经验反馈的再创新研究 ，p 第三代压水堆技术已居世界第一阵营 ，钠冷快堆、 高温气冷堆等部分第四代反应堆研发已走在世界前列p 核能基础技术、 工艺、 材料、 软件等卡脖子问题仍然存在 ， 部分核心技术受制于人 p 2019年全球累计装机规模184.6GW ， 中国累计装机规模 32.4GW ， 占17.6%p 储能向 “规模化发展”迈进 ，但我国储能产业与整体健康发展仍有距离p 抽水蓄能仍具规模优势 ，但增速趋缓p 电化学储能技术占比不断提高 ，锂离子电池占据主导市场 p 我国制氢规模位居世界首位 ， 已形成氢能 “制-储-运-加-用”完 整产业链 ，但仍以 “灰氢”为主 ，制约了产业健康可持续发展p 我国氢能技术与国际先进水平仍有差距 ， 如： 大规模可再生能源 制氢 ，液氢储备、 运输、 加注等关键技术n 以发展绿氢为方向 ， 加强 应 用 场 景 和 高 效 低 成 本 技 术融合创新n 技术研发： 电解水制氢 、 煤制氢气+CCS、 化工副产 氢关键技术和装备 24 25 • 2017年11月 ，神华集团和国电集团合并重组， 正式成立• 拥有 八大业务板块， ，资产规模 ， 2021世界500强排名 • 国家能源集团在产业规模上拥有四个世界第一： 26 煤基产业碳排放高总量、高强度的 特 征明显 ，其中：• 火电占集团公司碳总排放量的• 煤化工产业占集团公司碳总排放量的 • 截至2020年底， 国家能源集团新能源 可再生能源发电装机为6641.8万千瓦• 新 能 源 与 可 再 生 能 源 装 机 占 比 新能源可再生能源发电装机占比 国家能源集团碳排放结构 27 28 • 首次完成了百万千瓦二次再热燃 煤发电机组的系统整体设计• 首次成功研制了具有自主知识产 权的百万千瓦二次再热超超临界锅 炉和汽轮机• 首次研制了具有自主知识产权的 百万千瓦二次再热机组自动控制系 统• 突破了二次再热机组调试 、 运行 及污染物处理核心技术• 各项技术指标达到国际领先水平 29 30