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超高參數高效二氧化碳燃煤發電基礎理論與關鍵技術研究項目取得重要突破
發布者:admin | 來源:科技日報 | 0評論 | 4622查看 | 2021-01-27 18:59:14    

在日前閉幕的中央經濟工作會議上,“做好碳達峰、碳中和工作”被列為2021年的重點任務之一。


在(zai)國家(jia)(jia)重(zhong)點研發計劃專(zhuan)項(xiang)(xiang)成果中,就有(you)一批煤炭清潔高(gao)效利(li)用和新型節能(neng)技(ji)(ji)術。記者(zhe)從科(ke)技(ji)(ji)部(bu)(bu)高(gao)技(ji)(ji)術研究發展中心獲(huo)悉,國家(jia)(jia)重(zhong)點研發計劃“煤炭清潔高(gao)效利(li)用和新型節能(neng)技(ji)(ji)術”重(zhong)點專(zhuan)項(xiang)(xiang)部(bu)(bu)署的“超高(gao)參數高(gao)效二氧化(hua)碳(tan)燃煤發電基(ji)礎理(li)論與(yu)關鍵技(ji)(ji)術研究”項(xiang)(xiang)目,由華北電力大學牽頭,取(qu)得(de)重(zhong)要(yao)突破。


超(chao)(chao)高(gao)(gao)參數(shu)二(er)氧化碳(簡稱sCO2)燃(ran)煤發電(dian)系統采用高(gao)(gao)溫(wen)高(gao)(gao)壓二(er)氧化碳代替水(shui)蒸氣,實現動(dong)力(li)循環和電(dian)力(li)生產。項(xiang)目最終完成發電(dian)效率51%的1000兆瓦(wa)(MW)級(ji)系統概(gai)念(nian)設計,為逐步(bu)推進大容量超(chao)(chao)高(gao)(gao)參數(shu)二(er)氧化碳燃(ran)煤發電(dian)系統示范及應(ying)用奠定(ding)理論與技術基礎(chu)。


與水蒸氣發電相比,可實現快速升降負荷


為做好碳達(da)峰與碳中(zhong)和(he)(he),中(zhong)國承諾2030年左(zuo)右使二氧化碳(CO2)排放(fang)達(da)到峰值,爭取2060年前實現碳中(zhong)和(he)(he),這就需(xu)要大幅(fu)減少CO2排放(fang)。


“一(yi)方面,發(fa)揮煤炭‘壓艙石’作用,支撐清(qing)潔煤炭發(fa)電。另一(yi)方面,大(da)力發(fa)展可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan),實現多能(neng)源(yuan)互補(bu),保(bao)證能(neng)源(yuan)安全。”項目負責人、華北電力大(da)學教授、教育部(bu)重點(dian)實驗(yan)室主(zhu)任徐進(jin)良在(zai)接受記(ji)者采訪(fang)時表示。


可再(zai)生能源發(fa)電(dian)時大(da)時小、不(bu)穩(wen)定,“變(bian)臉變(bian)得快”,導致棄(qi)風棄(qi)光(guang)現象的發(fa)生。煤(mei)炭發(fa)電(dian)要跟上(shang)這種“變(bian)臉”,就需要快速變(bian)負荷。


“超高參數二氧化碳煤(mei)炭(tan)發(fa)電(dian)(dian)由于熱(re)源溫度高,相比于水蒸氣(qi)發(fa)電(dian)(dian)機(ji)組(zu)(zu),具(ju)(ju)有明(ming)顯效率優(you)勢,減少(shao)了CO2排放。同時,sCO2發(fa)電(dian)(dian)機(ji)組(zu)(zu)設備少(shao),體(ti)積小,機(ji)組(zu)(zu)慣性小,非常靈(ling)活,可(ke)實現(xian)快速升(sheng)降負(fu)荷,這對(dui)于水蒸氣(qi)發(fa)電(dian)(dian)來(lai)說(shuo)是難以(yi)實現(xian)的(de)。”徐進良說(shuo),sCO2發(fa)電(dian)(dian)對(dui)于平(ping)衡電(dian)(dian)網負(fu)荷波動,保持供(gong)給側(ce)和需求側(ce)平(ping)衡,具(ju)(ju)有重要(yao)意義,是未來(lai)發(fa)展方向。


基于此,國家重點研(yan)(yan)發計(ji)劃(hua)“煤炭清潔高(gao)(gao)效利用和新(xin)型節能技術(shu)”重點專項中的“超高(gao)(gao)參數(shu)高(gao)(gao)效二氧化碳燃煤發電基礎理論與關鍵技術(shu)研(yan)(yan)究(jiu)”項目應運(yun)而生。


既考慮原始創新,又考慮工程落地需求


記者獲悉(xi),項目旨(zhi)在研究解決(jue)超高參數(shu)二氧化(hua)碳燃煤系統能量梯級(ji)利用(yong)、熱力學循環及(ji)(ji)熱學優(you)化(hua)理論,以及(ji)(ji)關(guan)鍵(jian)部件(jian)能質(zhi)轉換與傳(chuan)遞機理的關(guan)鍵(jian)科學問題,突破鍋(guo)爐燃燒及(ji)(ji)污染(ran)物(wu)控制(zhi)、換熱器、透(tou)平及(ji)(ji)一(yi)體化(hua)系統設(she)計等關(guan)鍵(jian)技(ji)術。


為什么要設(she)定如此的目標?


“在(zai)我國(guo)(guo)發展(zhan)sCO2燃煤(mei)發電過程中(zhong),基于(yu)我國(guo)(guo)國(guo)(guo)情及自主(zhu)創新(xin)指導(dao)思想(xiang),走與國(guo)(guo)外不同(tong)的(de)技術(shu)路線。我們既(ji)考慮(lv)原始創新(xin),又(you)考慮(lv)工程落(luo)地(di)需(xu)求。”徐進良說。


在(zai)目標(biao)方面,我們要梳(shu)理(li)sCO2煤(mei)炭發電和(he)水蒸氣發電,在(zai)熱力(li)系統(tong)構建、關鍵設備機理(li)、設計、制造及運行方面,哪(na)些是相同的(de)(de),哪(na)些是不(bu)同的(de)(de),重(zhong)點(dian)要攻(gong)克哪(na)些技術(shu)難題(ti)?


“針對關(guan)鍵技(ji)術突破,形成系統的(de)(de)熱力(li)系統構建、關(guan)鍵設備工作機(ji)理、以及(ji)經(jing)過(guo)實驗驗證(zheng)的(de)(de)理論和方(fang)法,支(zhi)撐我國sCO2煤炭發(fa)(fa)電事業的(de)(de)發(fa)(fa)展(zhan)。”徐進良說,通過(guo)研究,需(xu)回(hui)答采用sCO2煤炭發(fa)(fa)電在節省煤炭資源(yuan)、降低二(er)氧化碳排放(fang)及(ji)經(jing)濟(ji)性方(fang)面的(de)(de)優勢,這些分析需(xu)建立在定量數據基礎(chu)上(shang)。


在循環熱力系統的構建上取得突破


徐(xu)進良介(jie)紹,項目(mu)實施分兩個階段(duan)(duan),第一階段(duan)(duan)是2019年的中(zhong)期驗收(shou)。第二階段(duan)(duan)是從(cong)中(zhong)期驗收(shou)到目(mu)前。


第一階段(duan)在sCO2煤炭(tan)發電循(xun)環熱(re)力系統的(de)構建上(shang)取得突破性進展。


“超高參數(shu)二氧化(hua)碳循環(huan)最(zui)初不是針對煤炭(tan)發電(dian)提出的(de)。這個循環(huan)要用(yong)到煤炭(tan)發電(dian)上,出現了(le)許多新的(de)問題。在項目(mu)第(di)一階段(duan),圍繞循環(huan)流量大,鍋(guo)爐管堵塞引起機組效率下降(jiang),以及如何實現煙氣(qi)熱量‘吃干榨凈’等關鍵問題,項目(mu)提出了(le)鍋(guo)爐模塊化(hua)設計以及能量復疊利用(yong)原理,徹底解決了(le)循環(huan)構(gou)建方面的(de)難題。”徐進良說。


第(di)二階段在(zai)關鍵部(bu)件能量傳遞轉化上(shang)取得突(tu)破。


“最(zui)典型的是發(fa)(fa)現(xian)超臨(lin)界(jie)流(liu)(liu)體(ti)的不均(jun)勻物(wu)質結構(gou),顛(dian)覆(fu)了超臨(lin)界(jie)流(liu)(liu)體(ti)具有均(jun)勻流(liu)(liu)體(ti)結構(gou)的常(chang)規認(ren)知,這一發(fa)(fa)現(xian)對于發(fa)(fa)展關鍵(jian)部件(jian)設計及運行技(ji)術意義重大(da),大(da)幅提高關鍵(jian)設備(bei)設計精度并保證安全。”徐進(jin)良說(shuo)。


超(chao)臨(lin)(lin)界態(tai)是物(wu)(wu)質的一(yi)種狀(zhuang)態(tai),超(chao)臨(lin)(lin)界流體在自(zi)然界和工程(cheng)上廣泛應(ying)用(yong)(yong)。項目關(guan)于超(chao)臨(lin)(lin)界不均勻物(wu)(wu)質結構的研究也引起(qi)國(guo)際學術界關(guan)注,美國(guo)學者(zhe)在發表(biao)的論文中,長(chang)篇幅正(zheng)面(mian)引用(yong)(yong)及(ji)評價了本項目工作。


“本(ben)項(xiang)目的(de)工作指(zhi)導了工程(cheng)實(shi)(shi)際,項(xiang)目理(li)論指(zhi)導了在華北電力(li)大學建(jian)立的(de)超(chao)高(gao)(gao)參(can)數(shu)二(er)(er)氧化(hua)碳(tan)實(shi)(shi)驗設施的(de)建(jian)設,該實(shi)(shi)驗臺壓(ya)力(li)高(gao)(gao)達26兆帕(MPa),而國(guo)際上(shang)超(chao)高(gao)(gao)參(can)數(shu)二(er)(er)氧化(hua)碳(tan)數(shu)據集中在8MPa左右,難以滿足工程(cheng)實(shi)(shi)際的(de)需(xu)求,該實(shi)(shi)驗臺的(de)建(jian)立彌補了國(guo)際上(shang)超(chao)高(gao)(gao)參(can)數(shu)二(er)(er)氧化(hua)碳(tan)傳熱數(shu)據的(de)不足。”徐進良說,另外,本(ben)項(xiang)目成(cheng)果還指(zhi)導了我國(guo)建(jian)設的(de)小容(rong)量超(chao)臨界(jie)二(er)(er)氧化(hua)碳(tan)煤炭機組的(de)研發。


以能解決關鍵科學技術問題為檢驗標準


在徐(xu)進良看(kan)來(lai),項(xiang)目(mu)取得(de)關鍵突破有三(san)個(ge)原因(yin)。


第一是“反(fan)四唯”的結(jie)果(guo),項目實施不以發(fa)表論(lun)文和專利(li)為(wei)指揮棒,而以能真正解決(jue)關鍵科學技術問(wen)題為(wei)檢驗成果(guo)的標(biao)準。為(wei)此(ci),項目組克服困難,大(da)膽創新,取得(de)好的效果(guo)。


第二是管理體制(zhi)的改(gai)革,使項(xiang)目實施更順(shun)利。科技部實行(xing)“放管服”改(gai)革,簡化了項(xiang)目管理,減少(shao)了各類表(biao)格(ge)的填寫,科研人員(yuan)有更多時間思考科學技術(shu)問(wen)題和做研究(jiu),提高了研發(fa)效率(lv)。


第(di)三是項(xiang)目(mu)組(zu)實行了“掛圖施工”,項(xiang)目(mu)負責人(ren)嚴格按(an)時間(jian)節點,督促(cu)項(xiang)目(mu)組(zu)成員完成研(yan)發任務,保證質量,保證各課題間(jian)的數據交匯等。


對(dui)于(yu)未來項目的(de)(de)攻關工(gong)作,徐進良認為,相比于(yu)水蒸氣發電機(ji)組,sCO2煤炭發電是(shi)顛覆性技術,涉及到許(xu)多關鍵技術的(de)(de)研發,商業化還需(xu)一(yi)段時(shi)間,但它代(dai)表(biao)能源動力行業的(de)(de)發展方向。


徐進良建(jian)議,我國“十四五”期(qi)間,應圍繞sCO2煤炭(tan)發電(dian)(dian),建(jian)設(she)綜合性關(guan)鍵技(ji)術(shu)及系(xi)統集成(cheng)平臺(tai),驗證(zheng)已取(qu)得(de)的(de)sCO2煤炭(tan)發電(dian)(dian)理論和方(fang)法,取(qu)得(de)運行(xing)數據(ju),系(xi)統評估材(cai)料(liao)的(de)耐久性,評估sCO2煤炭(tan)發電(dian)(dian)在(zai)經濟(ji)及環(huan)保方(fang)面的(de)優(you)勢,為建(jian)設(she)商(shang)業化的(de)sCO2煤炭(tan)發電(dian)(dian)機組進行(xing)技(ji)術(shu)儲備和奠定(ding)基礎。


“同(tong)時,著(zhu)手(shou)進(jin)行大(da)型sCO2煤炭發(fa)(fa)(fa)(fa)電機(ji)組發(fa)(fa)(fa)(fa)電的設計(ji)工作。地方(fang)政府和(he)企業也積極加(jia)入sCO2發(fa)(fa)(fa)(fa)電技術的研發(fa)(fa)(fa)(fa)行列,并開辟(pi)sCO2太陽能發(fa)(fa)(fa)(fa)電、sCO2中高溫余(yu)熱發(fa)(fa)(fa)(fa)電的新模式。”徐進(jin)良說(shuo)。

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