发电领域低碳转型新技术

能源电力发展现状及趋势 发电领域低碳转型技术 国家能源集团低碳转型实践 三 能源电力发展现状及趋势 1世界能源及电力发展趋势 口世界能源发展趋势：化石能源清洁化、清洁能源规模化、多种能源综合化 口BP预测，2050年化石能源消费占比下降到20%，非水可再生能源占比上升到60%，电力在终端能源消费中占比增至50%以上 2主要国家、地区能源及电力转型战略（美国） 口《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“能源独立为前提，推动能源系统清洁化 口特朗普“美国优先能源计划，退出“巴黎协定”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 口拜登政府，重返《巴黎协定》，推进实施《清洁能源革命和环境正义计划》，到2030年将海上风能增加一倍，2035年电力部门实现碳中和，2050年之前达到净零排放 地区能源及电力转型战略（欧洲）2主要国家、 能源转型方向：低碳经济，电力行业碳强度最低地区，2019年欧盟发电碳强度为235gCO2/kWh口《欧洲绿色协议》：2030年温室气体排放量较1990年减少50%~55%，2050年实现碳中和口15国宣布退煤计划，2030年或更早关闭煤电35.4GW，占在运煤电装机21%口2050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50% 2主要国家、地区能源及电力转型战略（日本） 口日本能源资源遗之，能源自给率很低，化石能源对外依存度超过97% 口绿色成长战略：减少火力发电，加快引进可再生能源，最大限度利用核电，2050年实现碳中和口2040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50%~60%发电量来自可再生能源 3我国能源及电力转型战略 碳达峰碳中和目标为我国能源及电力转型指引了方向 “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2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和 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65%以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右 习主席在气候雄心峰会讲话2020年12月12日 4我国电力发展现状及趋势 2020年发电装机容量22亿千瓦，非化石能源发电装机容量9.56亿千瓦，占比43%全国发电量7.6万亿千瓦时，非化石能源发电量2.45万亿千瓦时，占比32%9.5亿千瓦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，20062020年电力行业累计减少碳排放185.3亿吨 4我国电力发展现状及趋势 低碳化、清洁化、市场化、国际化、电气化、数字化 2030年、2050年我国电源装机38亿、75亿千干瓦，其中，非化石能源发电装机24.87亿、65.9亿干瓦，占比分别为65.4%、88.1% 发电领域低碳转型技术 一、低碳转型总体思路 煤炭清洁高效发电 燃煤发电机组的灵活性和智能化难以支撑新能源的消纳，大部分燃煤机组调峰灵活性不足低负荷工况安全性、经济性和环保性差：50%左右老机组效率低、污染物排放较高：进步提高机组发电效率面临新循环、新工质、新材料及工艺开发的挑战 问题挑战 煤炭清洁高效发电 方向1：麦灵活智能燃煤发电 与非煤燃料耦合发电 智能发电 与非煤燃料耦合发电：煤电与生物质氢、氨等非煤燃料合发电技术和产业规模与国外先进水平差距大 现状 煤与太阳能耦合发电：处于中试验证阶段，国外已实现工程示范 煤炭清洁高效发电 方向2：超高参数超超临界燃煤发电 口我国在高参数、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口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 现状 持续加大高温部件的产业化和工程化应用关键技术攻关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% 发展趋势 煤炭清洁高效发电 方向3：新型高效燃煤发电系统 口超临界CO，发电：研究与美国基本同步，部分成果达到国际领先水平口整体煤气化联合循环发电（IGCC）：工程示范阶段，电站规模与运行可靠性基本与世界同步口整体煤气化燃料电池发电（IGFC）：处于基础研究和关键技术研发阶段，与国外仍有较大差距 现状 超临界cO?发电：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CO发电小尺寸、灵活性优势，发展多种形式应用IGCC和IGFC发电：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% 发展趋势 煤炭清洁高效发电 方向4：CCUS 我国虽然已具备一定的研发基础，但是各环节技术发展不平衡 口基本掌握了化学吸收法碳捕集技术，但成本仍较高口二氧化碳的利用与封存还处于探索阶段口整个CCUS技术距离规模化、全流程、商业化应用仍存在较大差距 现状 做好CO,驱油、封存、监测技术研发与应用 研发CO，化工利用、矿化利用生物利用等途径 重点研发燃煤电厂燃烧后CO，低成本捕集关键技术 发展趋势 形成与CO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关键技术 拓展CO消纳途径，实现CO.作为资源的循环利用，提高CCUS经济效益 实现碳排放强度<450g/kWh，再生热耗<2.2GJ/tCO2（较当前工艺降低20%），吸收剂消耗由1kg/tcO，降至0.5kg/tCo 三、可再生能源发电 1.水电 口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口在水轮机、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口水电开发仍有潜力，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 现状 发展趋势 常规水电技术：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 水电站安全运行技术：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智能水电技术：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 三、可再生能源发电 2.风电 口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口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 现状 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 发展趋势 可再生能源发电 3.太阳能发电 太阳能光伏发电 太阳能光热发电 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 现状 开发大容量、高参数、低成本、长时间储热的光热发电技术开展太阳能超临界CO2发电系统的技术攻关和示范应用，研发与超临界CO发电系统匹配的吸热器换热器、储热系统及系统集成技术 开发高效低成本光伏发电技术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探素和示范光伏与其他领域的多元化协同应用 发展趋势 可再生能源发电 4。其他可再生能源发电 海洋能发电 水热型地热发电 干热岩型地热发电 工程示范规模偏小、技术成熟度不高、创新能力还需加强 现状 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 近期技术发展方向：一是实现地热蒸汽轮机发电5MW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 核能四、 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 现状 口核能基础技术、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 先进核能系统技术研发 突破超高温气冷堆技术以及核能制氧等技术，实现工业示范应用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 发展趋势 坚持走闭式核燃料循环技术路线，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，持续改进核能利用安全性 先进储能五、 现状 口抽水蓄能仍具规模优势，但增速趋缓 口电化学储能技术占比不断提高，锂离子电池占据主导市场 六、氢能 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 现状 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 发展趋势 三 国家能源集团电力低碳转型实践 1国家能源集团概况 2017年11月，神华集团和国电集团合并重组，国家能源集团正式成立拥有煤炭、火电、新能源、水电、运输、化工、科技环保、产业金融八大业务板块，职工，资产规模1.8万亿元，2021世界500强排名101位国家能源集团在产业规模上拥有四个世界第一：煤炭、火电、风电、煤制油化工 32.6万 2国家能源集团电力低碳转型形势 煤基产业碳排放高总量、高强度的”“双高”特征明显，其中： 火电占集团公司碳总排放量的86.5%煤化工产业占集团公司碳总排放量的9.1% 截至2020年底，国家能源集团新能源可再生能源发电装机为6641.8万干瓦新能源与可再生能源装机占比不到30% 3国家能源集团电力低碳转型实践 01高效灵活燃煤发电 02新能源替代化石能源 03聚焦零碳新兴产业技术 04大力推进CCS/CCUS技术发展 3.1高效灵活燃煤发电 泰州电厂高效低排放二次再热机组 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干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方干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 国家能源局二0一六年四月 3.1高效灵活燃煤发电 我国首台高效灵活超超临界二次再热机组，集成应用了包括“汽电双驱”引风机高效供热螺旋卸船机国产化、废水干蒸、无油电厂、智能发电等新技术 3.1高效灵活燃煤发电 智能控制系统iDCS 控制系统完全国产化，操作系统、软件及功能算法完全国产化实现发电过程的智能控制与运行，达到清洁高效、灵活智能、安全可靠的综合自标已在国家能源集团东胜热电、布连电厂等成功应用，获“中国电力科学技术进步一等奖” 东胜智能控制系统投运后取得的一系列成果，标志着国家能源集团探索出在运机组智能化转型升级的条有效途径 3.2新能源替代化石能源 ■成立了100亿元的新能源产业投资基金助力新能源发展发行了500亿元的碳中和债券 3.2新能源替代化石能源 口高效、低成本太阳能发电 ·光伏建筑一体化技术研发与示范风光储综合能源关键技术与示范海上光伏发电技术与示范 口大型化、轻量化、低成本风力发电技术攻关 大型陆上/海上风电装备与风电场建设运营