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推荐收藏 | 70年能源成就报告——科技篇

时间:2020-10-30 来源:能源研究俱乐部 浏览:

科技驱动能源飞跃 创新引领能源变革

齐正平

(能源情报研究中心)

 

 

新中国成立70年来,我国能源科技走出了一条引进、消化吸收、再创新的道路,实现了从零起步到跟跑、并跑乃至领跑的历史性跨越。特别是党的十八大后,我国全面实施创新驱动发展战略,能源科技实力伴随着经济发展同步壮大,多项能源自主关键技术跃居国际领先水平,有力保障了国家能源安全和能源转型变革。当前,能源科技正在成为引领能源产业变革、实现创新驱动发展的源动力。

 

 

一、化石能源开采与装备技术

 

 

(一)油气勘探开发技术

 

我国油气资源分布不均匀,地质结构复杂,开发难度大。相对世界先进水平,我国油气勘探开发技术发展起步较晚,直到上世纪50年代初期,我国的油田开发开采技术和装备还非常落后,开采经验严重不足。主要勘探设备是数量有限的浅中钻机、重力仪、手摇绞车、人工点测的测井仪等,勘探主要靠地面地质调查方法,1951年才成立第一支地震队。在大庆油田开发建设过程中,我国的地质学家在成油理论、成油构造、地层、沉积、生油环境及生产技术方面开展了大量科研工作。经过几十年的跨越式发展,我国非常规和难开采油气勘探开发应用总体上达到国际先进水平,基本形成适合我国陆相储层的有效致密气勘探开发技术,打造复杂山地高精度三维地震技术、深井和长水平段水平井钻完井技术、压裂等大幅度增产技术,为实现稳油增气提供强有力的技术支撑。截至目前,我国已掌握了高分辨率地震、山地地震、水平井、多分支井、欠平衡井、超深井、三次采油等各种先进的陆上油气勘探开发技术;掌握了滩海和中深海油气勘探开发技术、复杂条件下的管道施工技术。初步掌握了浅层海相页岩气成套开发技术和致密油开发关键技术,高煤阶煤层气勘探开发技术基本成熟,3000米深水半潜式钻井船等装备实现自主化,建立了浅层超稠油油藏经济高效开发技术体系。在页岩气等非常规勘探开发技术体系方面,已掌握了页岩气地球物理、钻完井、压裂改造等技术,具备了3500米以浅(部分地区已达4000米)水平井钻井及分段压裂能力,初步形成了适合我国地质条件的页岩气勘探开发技术体系。2019年2月,中国石化西北油田顺北鹰1井完钻井深8588米,创亚洲陆上钻井最深纪录,标志着我国已掌握世界最先进的超深井钻井技术。

 

 

(二)石油装备制造技术

 

改革开放以来,我国油气技术快速提高,装备制造能力明显增强,逐步打破国外公司的技术垄断,油气开采技术国产化水平日益提高。大部分装备产品实现了国产化。12000米特深井钻机、大口径高钢级油气输送管、海洋981和982钻井平台、百万吨级海上浮式生产储油系统等已达到国际先进水平;千万吨级炼油装置设备国产化率达到90%以上,百万吨级乙烯装置设备国产化率也已达到85%以上。新一代有线地震仪、地震数据处理解释和“两宽一高”地震勘探等核心设备、软件比肩世界一流;先进测井装备和软件已实现国产化;精细控压钻井、3000型成套压裂机组等重大装备打破了国外技术垄断。
 

(三)煤炭开采装备技术

 

煤炭是我国的主体能源和重要的工业原料,新中国成立70年来,煤矿技术装备水平明显提升。新中国成立之初,我国煤矿主要采用穿峒式、高落式、残柱式等旧的采煤方式,1978年改革开放后,我国煤炭工业经历了从炮采、普通机械化采煤到综合机械化采煤的转变,机械化程度进入快速发展时期。进入21世纪后,我国加快了大型煤矿机械装备自主研发。党的十八大以后,煤矿绿色安全开采技术水平进一步提升,大型煤炭气化、液化、热解等煤炭深加工技术、煤制清洁燃料和化学品技术已实现产业化,有的达到世界领先水平。低阶煤分级分质利用正在进行工业化示范。年产1000万吨的综采设备、采煤机、液压支架和运输机等成套装备达到世界先进水平,年产2000万吨级大型露天矿成套设备实现国产化。8.8米超大采高智能综采工作面成功应用,智能工作面技术达到国际先进水平。全国煤矿采煤、掘进机械化程度已分别达到78.5%、60.4%,已建成183个智能化采煤工作面,煤炭生产实现由手工作业向机械化、自动化、信息化、智能化的历史性跨越。总的来看,我国在煤炭勘探开发及转化利用方面技术基本达到世界先进水平甚至领先水平。
 

二、火力发电和污染控制技术

 

(一)火电技术

 
改革开放初期,我国电力科技水平较为落后,只有为数不多的20万千瓦火电机组,30万千瓦火电机组尚需进口。70年来,特别是党的十八大以来,随着技术进步及电源结构的优化,目前我国不仅在装机总量和发电量上是世界大国,而且电力装备技术全面崛起,并已跻身世界先进行列。我国装备了具有国际先进水平的大容量、高参数、高效率的发电机组。目前,30万千瓦、60万千瓦及以上大型发电机组已成为电源的主力机组,并逐步向世界最先进水平的百万千瓦级超超临界机组发展。同时,高效、清洁、低碳火电技术不断创新,相关技术研究达到国际领先水平,超超临界机组实现自主开发并广泛应用,投运机组数量位居世界首位。大型循环流化床发电、大型IGCC、大型褐煤锅炉已具备自主开发能力,二氧化碳利用技术研发和二氧化碳封存示范工程顺利推进。燃气轮机设计体系基本建立,初温和效率进一步提升,2018年12月,我国首件300兆瓦F级重型燃气轮机第一级静叶铸件通过鉴定,是我国在重型燃机热端核心部件上取得的重要突破。

(二)煤电污染控制技术

 

新中国成立以来,电力行业持续致力于污染物控制技术的创新发展,目前煤电机组发电效率、资源利用水平、污染物排放控制水平、二氧化碳排放控制水平等均达到世界先进水平。目前,电厂锅炉烟气平均除尘器效率达到99.95%左右,脱硫技术平均脱硫综合效率达到98%左右。低氮燃烧技术、烟气脱硝技术已全覆盖常规燃煤机组。我国在火电厂用水优化设计、循环水高浓缩倍率水处理技术、超滤反渗透的应用边界拓展、高盐浓缩性废水处理等方面已经走在世界前列。

 

三、非化石能源发电技术

 

(一)水电技术

 

我国水电发展起步较早,并长期在世界水电领域保持领先地位。2004年,以公伯峡水电站1号机组投产为标志,我国水电装机容量突破1亿千瓦,居世界第一。2012年,三峡水电站最后一台机组投产,成为世界最大的水力发电站和清洁能源生产基地。此后,溪洛渡、向家坝、锦屏等一系列巨型水电站相继开工建设。总的来看,我国水电装备制造、关键技术、建设能力全面领先世界。自主研发和制造了世界最大单机容量水轮发电机组,筑坝技术居于世界前列,世界最高的拱坝、面板堆石坝、碾压混凝土坝等均在我国;泄洪消能、抗震、高边坡治理、导截流施工、地下工程等关键技术处于国际领先水平。我国水电在核心的坝工技术和水电设备研制领域,形成了规划、设计、施工、装备制造、运行维护等全产业链高水平整合能力。

 

(二)风电技术

 

从新中国成立直到改革开放初期,我国风机制造技术几乎是一片空白。1984年启动我国首台国产风机设计制造,单机容量只有55千瓦。1999年,我国研制出国产化率达到90%以上的600千瓦风电机组,主要经济指标达到20世纪90年代国际先进水平。进入21世纪,风机设备制造产业终于完成了由风机整机进口到关键零部件进口,再到关键零部件自主研发的快速升级,华锐、金风、联合动力等一大批本土风机制造企业迅速崛起壮大。2007年新增风电装机中,国产设备占比已达到55.9%,首次超过外资设备;到了2009年,国产化率已达85%以上,0.15万千瓦、0.2万千瓦机组基本实现国产化,取代进口机组成为国内主流机型。党的十八大以后,我国风电技术水平明显提升,已经形成了大容量风电机组整机设计体系和较完整的风电装备制造技术体系。风机呈现大容量发展趋势,关键零部件基本国产化,5~6兆瓦大型风电设备已经试运行,特别是低风速风电技术取得突破性进展,并广泛应用于中东部和南方地区。风电机组高海拔、低温、冰冻等特殊环境的适应性和并网友好性显著提升。海上风电4兆瓦机组成为主流机型,5~8兆瓦机型逐步进入商业化运行阶段,2019年8月,具有完全自主知识产权、国内首台10兆瓦海上永磁直驱风力发电机研制成功。海上风电整机和关键零部件设计制造技术水平逐渐成熟,海上风电装备基本具备国产化;自主研发了一系列海上风电场的设计、施工技术,研制了一批专用的海上风电施工机械装备,海上风电勘测设计、施工能力不断提升。

 

(三)光伏发电技术

 

从新中国成立到改革开放初期,我国光伏产业“一穷二白”,直到1983年,总装机10千瓦的我国第一座光伏电站在甘肃省兰州市榆中县园子岔乡诞生。上世纪80年代末,我国在自主研发基础上,先后引进国外多条太阳能电池生产线,相继在浙江、云南、河北等地成立了相关机构研发生产太阳能电池,用于国内离网的太阳能发电项目,电池生产能力由原来的几百千瓦向万千瓦级别迈进。上世纪90年代以后,我国太阳能电池生产技术和工艺稳步发展,不断提高。进入新世纪,在国内外市场带动下,无锡尚德等一批企业成立,开启了我国太阳能产业快速发展历程。2001年,无锡尚德在国内建立了首个1万千瓦太阳能电池生产线并于次年9月正式投产,产能相当于此前四年全国太阳能电池产量的总和,电池产业由此步入快速发展期。与此同时,光伏设备国产化也在加速之中。2005年以前,我国多晶硅生产几乎完全依赖进口。凭借在半导体设备制造领域丰富的技术积累,我国在光伏设备制造领域很快实现突破。党的十八大以后,我国光伏电池技术创新能力大幅提升,转换效率不断提高,规模化光伏开发利用技术取得重要进展。晶体硅太阳能电池产业技术具备较强的国际竞争力,P型单晶及多晶电池技术持续改进,2018年常规生产线平均转换效率分别达到20.5%和18.8%,采用PERC和黑硅技术的先进生产线则分别达到21.3%和19.2%,创造了晶硅等新型电池技术转换效率的世界纪录。异质结(HJT)、IBC、N型双面等技术线路加快发展;除个别高效电池生产用PECVD设备、硼扩散设备等设备外,光伏制造的整套生产线均已实现国产化;我国光伏发电技术整体达到世界领先水平。同时,我国光热发电技术取得新突破,初步具备产业化发展基础。八达岭1兆瓦太阳能热发电技术及系统示范工程于2012年建成,首座商业化运营的青海中控1万千瓦塔式太阳能热发电机组于2013年投运。

 

(四)核电技术

 
20世纪80年代世界核电发展进入高峰时期,我国也先后引进了法国、加拿大、俄罗斯和美国的核电技术。1991年12月15日,我国自行设计、研制、安装的第一座核电站——秦山一期核电站并网发电,从此结束了中国大陆无核电的历史。1994年5月,大亚湾核电站正式投产,通过引进法国M310技术,成为了国内首座百万千瓦级商用核电站。此后,在M310技术基础上,中核集团与中广核集团分别进行设计改进,在“十一五”期间的一批核电站大量应用了自主设计的改进型“二代加”技术。2011年福岛事故后,国务院要求新建核电机组必须符合三代安全标准,中核与中广核分别推出自己的三代核电技术型号ACP1000与ACPR1000+,并在此基础上联手打造出我国拥有自主知识产权的三代技术“华龙一号”。由国家电力投资集团牵头在AP1000基础上成功研发“国和一号”(CAP1400)技术,突破了135万千瓦净功率的限制,技术团队系统完整地掌握了CAP1400关键设计技术及关键设备设计技术,使之成为我国真正具有自主知识产权和独立出口权的三代核电技术。目前,我国核电技术与世界先进水平保持同步,核电已经从最初的完全靠技术引进,到如今三代核电技术研发和应用走在世界前列,四代核电技术、模块化小型堆、海洋核动力平台、先进核燃料与循环技术取得突破,可控核聚变技术得到持续发展。此外,我国核电装备制造能力持续提升,百万千瓦级三代核电机组关键设备和材料的国产化率达到85%以上,具备年产8至10台套百万千瓦级压水堆核电主设备制造能力。
 

四、电网技术和前沿技术

 

 

(一)输变电技术

 

 

新中国成立时,我国输变电技术十分落后,华北、华东、华中的最高电压仅分别为77千伏、33千伏和6.6千伏,全国的电网格局基本上还主要是分散孤立的城市电网。全国35千伏及以上线路加起来只有6475千米,还不及现在220千伏及以上输电线路的百分之一;35千伏及以上变电设备容量约350万千伏安,不及现在220千伏及以变电设备容量的千分之一。经过70年的大发展,如今我国运行着全球最大的电网,掌握了具有国际领先水平的长距离、大容量、低损耗的特高压输电技术。电网的总体装备和运维水平处于国际前列。具体看,特高压输电技术处于引领地位,掌握了1000千伏特高压交流和±800千伏特高压直流输电关键技术。完成世界上电压等级最高、容量最大的换流变压器、晶闸管、换流阀、直流套管等全套直流设备研制和批量生产。全面掌握特高压GIL关键技术,研制成功世界首台特高压GIL设备。完成世界首台±500千伏直流断路器、换流阀、直流电网控制保护装置等关键设备研制。深入推进柔直技术研究,研制成功世界上电压等级最高、容量最大的柔性直流换流阀;提出提升柔性直流可靠性的具体措施,并全面应用于工程实践。我国已全面掌握国际领先的大电网仿真技术,构建起大电网仿真技术支撑体系及大电网安全防御体系;自主创新研发出大电网智能调度控制系统、大规模源网荷友好互动系统,可增强电能平衡能力、优化电能配置率、激发供需互动能力。建成一批技术水平国际领先的示范工程:江苏500千伏统一潮流控制器、冀北虚拟同步机示范工程、舟山多端柔性直流输电示范工程、乌东德电站送广东广西特高压多端直流示范工程等。

 

 

(二)新能源并网技术

 
党的十八大以来,我国积极推动新能源大规模、大比例市场消纳,在新能源优化配置与规划技术、新能源发电基础平台研究、风电机组状态监测与故障分析、新能源场/站故障穿越与保护配置等方向研究突破。近年来,我国在新能源并网和大规模外送、柔性直流输电、新能源发电集群控制、风光储输等新能源并网调控相关领域累计完成多项示范工程;建成具有国际领先水平的风电、光伏并网研发(实验)中心;突破新能源并网智能控制和调度运行技术,开发应用高精度新能源功率预测、监控系统、风场AGC系统,并在主要省区实现全面覆盖。在新能源微电网规划与控制技术、新能源虚拟同步机技术、风电联网高效规划与脱网防御技术等方面加速创新。同时,多能源互补综合利用、分布式并网及微网控制、大容量储能、智能配电网与微电网等系列新技术的接连突破和实现商业化应用,使风能、太阳能、生物质能和地热能的能源效率不断提升,应用领域不断扩大。
 

(三)前沿新兴技术

 

当前,发电技术、电网技术与信息技术的融合不断深化,大数据、移动通信、物联网、云计算等前沿数字技术与电力技术的融合正在成为新的科技创新方向,以互联网融合关键技术应用为代表的电力生产走向智能化。在储能技术方面,突破能量转换和储能系统规模化集成等技术,成功实现百兆瓦级储能电池、变流器、能源管理和监控等核心装备国产化,实现百兆瓦级多种类型储能的功率协调控制与能量优化管理,实现动力电池与储能电池的无缝拓展应用;在燃料电池催化剂国产化方面取得突破,打破氢燃料电池催化剂材料长期被国外垄断的局面。在电动汽车充换电设备技术方面,我国已构建起国内外技术最先进、接入充电桩数量最多、覆盖范围最广的电动汽车运营服务平台,并加速电动汽车充换电设备关键技术及建模仿真技术创新;在氢能技术方面,我国已具备良好的制氢工业基础,拥有规模较大的制氢设备能力,单台装置煤制氢能力最高可达30万吨/小时,煤气化炉近1000台,碱性水电解制氢装置最高可达1000标准立方米/小时,河北张家口和吉林白城等可再生能源丰富的地区正在组织更大规模的风电、光伏水电解制氢示范项目,以满足燃料电池汽车示范运营用氢的需求。在能源互联网方面,我国已开展新能源微电网、“互联网+”智慧能源、新型储能电站等示范项目建设,2018年10月同里小镇能源互联网一期工程暨同里综合能源服务中心示范工程建成投运,包含15项世界领先的能源创新示范项目。前沿新兴技术正在推动能源行业新模式和新业态的兴起。
 

参考文献

[1]国家统计局.中国能源统计年鉴2018[M].北京:中国统计出版社.2018.

[2]国家发展改革委宏观经济研究院能源研究所.伟大的飞跃:中国能源发展40年[M],人民出版社,2018.

[3]电力规划设计总院.中国能源发展报告2018[R].中国电力出版社,2019.

[4]周大地等.迈向绿色低碳未来 中国能源战略的选择和实践[M].外文出版社,2018.

[5]中国电力企业联合会. 中国电力行业年度发展报告2018[R].中国市场出版社,2018.

[6] 谢治国.新中国能源政策研究[D].中国科学技术大学,2006.

[7]周文媛.新中国成立以来我国新能源政策回顾与展望[J].求知导刊,2016,(10):21-22.

[8]王衍行,汪海波,樊柳言.中国能源政策的演变及趋势[J].理论学刊,2012,(9):70-73.

[9]刘满平.改革开放以来我国油气产业主要成就[J].能源情报研究,2018,(8):91-100.

[10]国家统计局.能源发展实现历史巨变 节能降耗唱响时代旋律——新中国成立70周年经济社会发展成就系列报告之四[R].2019-07-18.

[11]张雷,黄园淅.改革开放以来中国能源供需格局演变[J].经济地理.2009,(2):3-10.[12]代红才.我国改革开放以来用电状况分析[J].大众用电.2009,(1):5-7.

 

 

原文首发于《电力决策与舆情参考》2019年第36、37期

 

 

 

审核:齐正平

编辑:邱丽静

 

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