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先导科技,或将颠覆能源低效利用历史

——从中科院公布的战略性先导科技专项成果看我国清洁能源利用前景

2017-6-13 18:07:31 来源:中国矿业报社 本报记者:吴启华综合报道

能源是人类社会生存发展的重要物质基础,攸关国计民生和国家核心竞争力。当前,世界能源格局深刻调整,供求关系总体缓和,应对气候变化进入新阶段,新一轮能源革命蓬勃兴起。我国经济发展步入新常态后,能源消费增速趋缓,但发展质量和效率问题依旧突出,供给侧结构性改革刻不容缓,但能源转型变革任重道远。深入推进能源革命,着力推动能源生产利用方式变革,建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系,是能源发展改革的重大历史使命。

如何更加高效的利用低阶煤?如何发展清洁、高效、安全、可靠的核裂变能?这些问题在近日举行的中国科学院新闻发布会上得到回应。

鄂尔多斯一煤制甲醇项目 资料图

中国科学院日前在北京召开2017年第二季度例行新闻发布会,通报了中科院战略性先导科技专项(A类)实施进展情况。中科院重大科技任务局和部分A类先导专项负责人在会上介绍了有关情况,并回答了媒体提问。

热解是低阶煤清洁高效梯级利用的龙头技术

在世界能源结构中,煤炭一直处于重要地位。在我国能源结构中,煤炭居主导地位。然而,记者在发布会上了解到,占我国已探明煤炭储量(10200亿吨)55%以上的低阶煤(褐煤/次烟煤)煤化程度却偏低,“由于低阶煤水含量高,直接燃烧或气化效率低、且现有技术无法充分利用其资源价值,导致了煤炭资源的巨大浪费。”中国科学院山西煤炭化学研究所所长王建国指出。

在这一背景下,中科院2012年2月启动战略性先导科技专项“低阶煤清洁高效梯级利用关键技术与示范”,依据低阶煤的组成与结构特征,提出低阶煤清洁高效梯级利用的整体解决方案,形成“热解-油气提质-半焦燃烧-发电”、“热解-气化-费托合成-油品共处理”和“热解-气化-合成”三条技术路线,目标是经过5~10年的努力,突破十项以上关键示范技术,形成适合我国资源特征的高能效、低污染、低排放和高值化的低阶煤综合利用技术体系,使系统能效提高5~8个百分点,硫、硝和重金属等污染物排放显著降低,二氧化碳减排,推动我国煤电和煤化工行业的技术进步。

经过近5年的努力,王建国指出,在低温热解方面通过独创的固体物料加热、物料循环控制、热解炉排焦等手段,目前已成功控制了固体热载体燃烧床和热解床的能量和物料交换,实现了双床的有机耦合。2015年11月,240吨/天固体热载体煤低温热解中试装置实现满负荷稳定运行,这是国内首次实现10万吨/年规模的循环流化床粉煤热解装置满负荷运行,为后续热解半焦的燃烧和气化目标的实现奠定了坚实基础。专项实施期间,带动大中型企业投入约100亿元,预计“十三五”期间将有400亿元投资,为企业的转型、产业的提升以及我国煤炭清洁高效利用起到重要的技术保障作用,为经济社会发展培育了新动力、拓展了新空间。

在政策方面,《煤炭工业发展“十三五”规划》提出,促进煤炭清洁高效利用。按照“清洁、低碳、高效、集中”的原则,推进煤炭深加工产业示范。以国家能源战略技术储备和产能储备为重点,在水资源有保障、生态环境可承受的地区,开展煤制油、煤制天然气、低阶煤分质利用、煤制化学品、煤炭和石油综合利用等5类模式以及通用技术装备的升级示范,加强先进技术攻关和产业化,提升煤炭转化效率、经济效益和环保水平,发挥煤炭的原料功能。其中,低阶煤中低温热解分质转化被列为“十三五”煤炭科技发展重点。

同时,《能源发展“十三五”规划》提出,采用先进煤化工技术,推进低阶煤中低温热解、高铝粉煤灰提取氧化铝等煤炭分质梯级利用示范项目建设。新型低阶煤热解分质转化被列为需要集中攻关的能源科技创新关键技术。

ADANES系统让乏燃料处理更安全高效

“按照现在的利用效率,地球上的铀资源只能用约百年,但应用这一系统可让铀资源的利用提升至数万年。”中科院近代物理研究所副所长徐瑚珊说。

据徐瑚珊在发布会上介绍,2011年中科院启动了战略性先导科技专项(A类)——“未来先进核裂变能-ADS嬗变系统”。经过6年多的攻关,专项从零开始,突破ADS强流超导质子直线加速器、高功率散裂靶、次临界反应堆等关键核心技术并部分引领国际发展。同时,随着专项工作不断深入开展,对核裂变能可持续发展进行了再思考。在认识到传统的ADS方案在经济性上缺乏竞争力且技术挑战巨大之后,原创地提出了“加速器驱动先进核能系统ADANES(Accelerator Driven Advanced Nuclear Energy System)”全新概念,并已通过大规模并行计算模拟研究证明了其原理上的可行性,完成了一系列实验室模拟原理验证实验并取得了突破性进展。

核燃料的利用效率和乏燃料的安全处理处置问题,是国际核能界面临的共同挑战。加速器驱动次临界系统(ADS,Accelerator Driven Subcritical system)被国际公认为最有前景的乏燃料安全处理的技术途径。我国科学家在未来先进核裂变能——加速器驱动次临界系统(ADS)研究中取得重大成果,并基于此在国际上首次提出一种新核能系统——加速器驱动先进核能系统(ADANES),有望使核裂变能成为可持续近万年、安全、清洁的战略能源。

目前,战略性先导科技专项(A类)团队已成功研制出国际上第一台ADS超导质子直线加速器前端示范样机,能量突破25MeV(兆电子伏),成为国际同行开展合作的研究平台;原创性地提出颗粒流散裂靶概念,并完成分项关键技术验证,建成颗粒流靶原理样机(调试中),引致国际跟踪研究;原创提出了全新的加速器驱动先进核能系统(ADANES),为探索更高效、更安全的核燃料循环体系奠定了基础;次临界堆装置关键技术研究取得重大突破。

据悉,这一系列重大成果在国内外交流、中科院组织的国际评估、中期检查、绩效评估中均得到专家的高度认可。

在政策方面,《2017年能源工作指导意见的通知》对沿海核电的发展做出明确指示,并首次明确提出年度审批开工和建设完工目标。新核电厂的审批工作将于2017年重启是大概率事件,2017年计划开工8台机组,推进新的8台机组的项目前期工作。

根据我国《能源发展战略行动计划(2014~2020年)》,到2020年我国在运和在建核电装机容量将达到8800万千瓦,预计至2020年将招标30台以上机组,如果按照每台机组150亿元计算,则总体市场空间近5000亿元。中国核工业集团表示,国际上现在有70多个国家已经或正在计划发展核电,其中“一带一路”沿线国家占40多个。我国力争2030年前在“一带一路”沿线国家建造约30台海外机组。

2010年3月31日,国务院第105次常务会议审议通过了中科院“创新2020”规划,其任务之一是由中科院组织实施战略性先导科技专项。先导专项充分利用中科院建制化优势,组织院内外优势力量,共同实施的跨学科、跨领域的重大科技任务,致力于突破带动技术创新、促进产业革命的前沿科学问题,突破提高健康水平、保障改善民生、破解资源环境瓶颈制约的重大公益性科技问题,突破增强国际竞争力、维护国家安全的战略高技术问题,促进技术变革和战略性新兴产业的形成发展,服务我国经济社会可持续发展,取得世界领先水平的原创性成果,占据未来科学技术制高点并形成集群优势。□

编辑:宫莉

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