關注國家重點研發(fā)計劃“煤炭清潔高效利用和新型節(jié)能技術”重點專項②
相比于水蒸氣發(fā)電機組挤土，sCO2發(fā)電是一項顛覆性技術怒央，涉及到許多關鍵技術的研發(fā)倦微，商業(yè)化還需一段時間炬山，但它代表能源動力行業(yè)的發(fā)展方向烤脾。
徐進良(項目負責人疙赠、華北電力大學教授交掏、教育部重點實驗室主任)
在日前閉幕的中央經濟工作會議上枫浙，“做好碳達峰呐缸、碳中和工作”被列為2021年的重點任務之一。
在國家重點研發(fā)計劃專項成果中尼缨，就有一批煤炭清潔高效利用和新型節(jié)能技術疫谱。科技日報記者從科技部高技術研究發(fā)展中心獲悉综货，國家重點研發(fā)計劃“煤炭清潔高效利用和新型節(jié)能技術”重點專項部署的“超高參數高效二氧化碳燃煤發(fā)電基礎理論與關鍵技術研究”項目姚菱，由華北電力大學牽頭，取得重要突破葛暇。超高參數二氧化碳(簡稱sCO2)燃煤發(fā)電系統(tǒng)采用高溫高壓二氧化碳代替水蒸氣皂汞，實現動力循環(huán)和電力生產。項目最終完成發(fā)電效率51%的1000兆瓦(MW)級系統(tǒng)概念設計，為逐步推進大容量超高參數二氧化碳燃煤發(fā)電系統(tǒng)示范及應用奠定理論與技術基礎熄晕。
與水蒸氣發(fā)電相比傲丹，可實現快速升降負荷
為做好碳達峰與碳中和，中國承諾2030年左右使二氧化碳(CO2)排放達到峰值尔网，爭取2060年前實現碳中和酬俯，這就需要大幅減少CO2排放。
“一方面顷歌，發(fā)揮煤炭‘壓艙石’作用锰蓬，支撐清潔煤炭發(fā)電。另一方面眯漩，大力發(fā)展可再生能源芹扭，實現多能源互補，保證能源安全赦抖。”項目負責人舱卡、華北電力大學教授、教育部重點實驗室主任徐進良在接受科技日報記者采訪時表示队萤。
可再生能源發(fā)電時大時小轮锥、不穩(wěn)定，“變臉變得快”要尔，導致棄風棄光現象的發(fā)生舍杜。煤炭發(fā)電要跟上這種“變臉”，就需要快速變負荷赵辕。
“超高參數二氧化碳煤炭發(fā)電由于熱源溫度高蝴簇，相比于水蒸氣發(fā)電機組，具有明顯效率優(yōu)勢探快，減少了CO2排放鹤曼。同時，sCO2發(fā)電機組設備少榨狐，體積小暇创，機組慣性小，非常靈活咱漱，可實現快速升降負荷屈腻，這對于水蒸氣發(fā)電來說是難以實現的。”徐進良說温履，sCO2發(fā)電對于平衡電網負荷波動姑王，保持供給側和需求側平衡，具有重要意義亥护，是未來發(fā)展方向盆战。
基于此粗排，國家重點研發(fā)計劃“煤炭清潔高效利用和新型節(jié)能技術”重點專項中的“超高參數高效二氧化碳燃煤發(fā)電基礎理論與關鍵技術研究”項目應運而生。
既考慮原始創(chuàng)新诈火，又考慮工程落地需求
記者獲悉兽赁，項目旨在研究解決超高參數二氧化碳燃煤系統(tǒng)能量梯級利用、熱力學循環(huán)及熱學優(yōu)化理論冷守，以及關鍵部件能質轉換與傳遞機理的關鍵科學問題刀崖，突破鍋爐燃燒及污染物控制、換熱器拍摇、透平及一體化系統(tǒng)設計等關鍵技術亮钦。
為什么要設定如此的目標?
“在我國發(fā)展sCO2燃煤發(fā)電過程中，基于我國國情及自主創(chuàng)新指導思想充活，走與國外不同的技術路線蜂莉。我們既考慮原始創(chuàng)新，又考慮工程落地需求堪唐。”徐進良說。
在目標方面翎蹈，我們要梳理sCO2煤炭發(fā)電和水蒸氣發(fā)電淮菠，在熱力系統(tǒng)構建、關鍵設備機理荤堪、設計合陵、制造及運行方面，哪些是相同的办适，哪些是不同的玉唉，重點要攻克哪些技術難題?
“針對關鍵技術突破，形成系統(tǒng)的熱力系統(tǒng)構建点溶、關鍵設備工作機理婚拭、以及經過實驗驗證的理論和方法，支撐我國sCO2煤炭發(fā)電事業(yè)的發(fā)展比端。”徐進良說墅波，通過研究，需回答采用sCO2煤炭發(fā)電在節(jié)省煤炭資源侵念、降低二氧化碳排放及經濟性方面的優(yōu)勢帚棚，這些分析需建立在定量數據基礎上。
在循環(huán)熱力系統(tǒng)的構建上取得突破
徐進良介紹捎虚，項目實施分兩個階段兆性，第一階段是2019年的中期驗收。第二階段是從中期驗收到目前泳柴。
第一階段在sCO2煤炭發(fā)電循環(huán)熱力系統(tǒng)的構建上取得突破性進展赋荆。
“超高參數二氧化碳循環(huán)最初不是針對煤炭發(fā)電提出的。這個循環(huán)要用到煤炭發(fā)電上，出現了許多新的問題糠睡。在項目第一階段挽鞠，圍繞循環(huán)流量大，鍋爐管堵塞引起機組效率下降狈孔，以及如何實現煙氣熱量‘吃干榨凈’等關鍵問題信认，項目提出了鍋爐模塊化設計以及能量復疊利用原理，徹底解決了循環(huán)構建方面的難題均抽。”徐進良說嫁赏。
第二階段在關鍵部件能量傳遞轉化上取得突破。
“最典型的是發(fā)現超臨界流體的不均勻物質結構油挥，顛覆了超臨界流體具有均勻流體結構的常規(guī)認知潦蝇，這一發(fā)現對于發(fā)展關鍵部件設計及運行技術意義重大，大幅提高關鍵設備設計精度并保證安全深寥。”徐進良說攘乒。
超臨界態(tài)是物質的一種狀態(tài)，超臨界流體在自然界和工程上廣泛應用怀程。項目關于超臨界不均勻物質結構的研究也引起國際學術界關注袁挟，美國學者在發(fā)表的論文中，長篇幅正面引用及評價了本項目工作遣备。
“本項目的工作指導了工程實際拘栅，項目理論指導了在華北電力大學建立的超高參數二氧化碳實驗設施的建設，該實驗臺壓力高達26兆帕(MPa)休贴，而國際上超高參數二氧化碳數據集中在8MPa左右角涯，難以滿足工程實際的需求，該實驗臺的建立彌補了國際上超高參數二氧化碳傳熱數據的不足钥陪。”徐進良說腻区，另外，本項目成果還指導了我國建設的小容量超臨界二氧化碳煤炭機組的研發(fā)螟扮。
以能解決關鍵科學技術問題為檢驗標準
在徐進良看來变抡，項目取得關鍵突破有三個原因。
第一是“反四唯”的結果括绣，項目實施不以發(fā)表論文和專利為指揮棒酌省，而以能真正解決關鍵科學技術問題為檢驗成果的標準。為此监氢，項目組克服困難布蔗，大膽創(chuàng)新，取得好的效果浪腐。
第二是管理體制的改革纵揍，使項目實施更順利顿乒。科技部實行“放管服”改革泽谨，簡化了項目管理璧榄，減少了各類表格的填寫，科研人員有更多時間思考科學技術問題和做研究吧雹，提高了研發(fā)效率骨杂。
第三是項目組實行了“掛圖施工”，項目負責人嚴格按時間節(jié)點雄卷，督促項目組成員完成研發(fā)任務搓蚪，保證質量，保證各課題間的數據交匯等丁鹉。
對于未來項目的攻關工作妒潭，徐進良認為，相比于水蒸氣發(fā)電機組榆博，sCO2煤炭發(fā)電是顛覆性技術仲及，涉及到許多關鍵技術的研發(fā)，商業(yè)化還需一段時間侧焚，但它代表能源動力行業(yè)的發(fā)展方向锭偿。
徐進良建議，我國“十四五”期間雏仆，應圍繞sCO2煤炭發(fā)電葫柴，建設綜合性關鍵技術及系統(tǒng)集成平臺聂弓，驗證已取得的sCO2煤炭發(fā)電理論和方法狠浮，取得運行數據，系統(tǒng)評估材料的耐久性拔若，評估sCO2煤炭發(fā)電在經濟及環(huán)保方面的優(yōu)勢门冷，為建設商業(yè)化的sCO2煤炭發(fā)電機組進行技術儲備和奠定基礎。
“同時驳楞，著手進行大型sCO2煤炭發(fā)電機組發(fā)電的設計工作叮凸。地方政府和企業(yè)也積極加入sCO2發(fā)電技術的研發(fā)行列，并開辟sCO2太陽能發(fā)電献烦、sCO2中高溫余熱發(fā)電的新模式滓窍。”徐進良說。
