新型能源体系发展思考与建议

加快规划和建设新型能源体系,构建能源体系发展新格局,对保障国家能源安全、实现绿色低碳转型具有重要意义。本文在回顾10年来我国能源体系发展历程,把握当前国际能源领域形势和我国能源发展新目标的基础上,明晰了由安全高效、清洁低碳、多元协同、智能普惠构成的新型能源体系的内涵,深化了对包括能源消费总量与结构演变、煤炭安全兜底、油气增储上产、非化石能源降本增效在内的新型能源体系的认识。进一步,提出了坚持系统思维、坚持创新引领、坚持深化改革的新型能源体系发展思路,凝练了面向2035年、2050年的新型能源体系建设目标,梳理出稳妥有序推进能源绿色低碳转型、推动城乡能源体系协同发展、构建多轮驱动能源供给体系、加强关键核心技术攻关、构建新型能源评估体系等新型能源体系建设的重点举措。相关内容提供了建设新型能源体系所需的理论引导与实践支持,可为新时期新型能源体系发展研究提供参考。

多种能源融合发展战略研究

我国能源强国和“双碳”战略目标的实现,需要加速构建现代能源体系,加快转变能源发展方式和提高能源生产保障能力;多种能源融合是解决各能源分系统割裂、调整优化能源格局、提高能源清洁利用效率的有效解决方案。本文在分析多种能源融合发展现有模式的基础上,总结了国外多种能源融合发展的趋势、我国多种能源融合的发展现状和瓶颈;对标能源强国建设的清洁、高效等特征,提出了集能源转换、互补、再利用以及零碳生产生活功能于一体的新型多能融合模式,进而提出了多种能源融合的基本发展路径。研究建议,立足资源禀赋、建立支撑多种能源融合发展的中长期规划,加快突破多种能源融合关键核心技术、提高装备可靠性,加强“多种能源融合”相关人才培养,优化多种能源融合产业链结构,以更好推进我国多种能源融合发展的规划、建设与实践。

中国现代能源体系建设进程评估

能源是国家经济社会发展的基石,构建现代能源体系对保障国家能源安全,如期实现“双碳”目标,推动经济社会高质量发展具有重要意义。本文基于清洁、低碳、安全、高效4个维度构建了现代能源指标体系,运用序关系分析法定量评价中国现代能源体系的历史进程,并进行国内外横向对比。结果表明:过去11年(2010—2020年),中国推动能源革命进程成效显著,2020年达到了世界平均水平,在全球76个主要经济体中排名第38位,落后于欧盟、美国、日本等发达经济体,领先于俄罗斯、印度等发展中经济体。中国高效指数排名明显落后于发达经济体,表明中国能效提升方面空间巨大,也说明更要重视科技投入;中国的安全指数排名比较靠前,证明了中国煤炭在能源安全中的“压舱石”地位,但是同样的原因导致中国的低碳指数相对落后;过去10年,中国能源清洁利用成效显著,但是排名整体靠后,说明中国能源的清洁开发利用依然任重道远。其中,中国能源结构指标、碳排放系列指标、能源强度指标是影响中国综合指数水平的关键性指标,尤其是能源强度指标。因此,首先,未来要加快构建以可再生能源为主、以化石能源为辅的现代能源体系;其次,新能源与低碳技术达到体量尚需时日,长期以来,煤炭支撑中国经济和社会较快发展,是中国能源安全保障的压舱石和稳定器,煤炭清洁高效利用仍需加强,而实现了清洁高效利用的煤炭就是能源清洁;最后,能源转型的关键是优化能源结构,要多能互补,集成热、电、气、冷,提升火电机组灵活性,而在终端消费方面提高能源效率,降低能源强度,实施电能替代,形成以电为中心的能源消费格局。

能源匮乏型城市新型电力系统构建的电源侧多情景分析——以广州市为例

“安全高效”“清洁低碳”是构建新型电力系统的基本要求和核心目标。化石能源、可再生能源“双匮乏”的超大型城市在新型电力系统电源侧建设方面面临巨大挑战。构建指标体系并量化探测电源侧建设现状、未来趋势和存在的短板是精准推动新型电力系统建设的关键环节。以具有“能源匮乏严重、电力负荷密度极高”典型特征的广州市为例,构建新型电力系统电源侧指标体系,设置六种可能的供电情景,分析不同情景下新型电力系统的特征演进趋势,探寻能源匮乏型城市构建新型电力系统的突破口。结果显示,广州市电力自给率逐年提升,至2030年,A5情景下电力自给率可以达到80%,其他情景下可达68%。但电量自给率在“十五五”期间不升反降,2030年A5情景最高可达50%,A1情景最低仅有36%,电力电量差距大,电力供应安全依然难以保障。六种供电情景下,A3情景相对最为清洁低碳,A5情景最为安全,A4情景在不同阶段可以兼顾安全和低碳,政府可根据其发展目标和侧重点选择最适合的发展情景。广州市构建新型电力系统最大的短板是“低清洁度”,而广州市无法通过发展本地高比例可再生能源来破解这一难题,提高外购电的可再生能源比例才是其最优突破口。到2030年,外购电中可再生能源供电占总用电量的比例分别提高至35%、40%和45%左右时,广州市可以分别实现慢速、中速和快速新型电力系统电源侧建设目标。研究可为构建新型电力系统指标体系奠定前期研究基础,为能源匮乏型城市探索出一套新型电力系统电源侧构建的最佳组合模式。

美国发展煤炭清洁高效利用技术对中国的启示

近年来,美国一直通过“煤炭优先”计划等推动先进燃煤电厂、先进煤化工等技术和装备的发展,并进一步提高效率、降低与碳捕集相关的成本从而支持“煤+碳捕集、利用与封存(carbon capture,utilization and storage,CCUS)”技术的开发与部署,同时还重点研发从煤及煤基能源等中回收稀土元素的技术。系统梳理了美国煤炭清洁高效利用全过程的研发投入、研发方向和研发机构等情况,结合中国清洁煤技术发展现状,提出在“双碳”目标下发展煤炭清洁高效利用前沿技术的发展建议,可为中国进一步构建绿色低碳、安全高效的现代能源体系提供参考。

四川盆地深层海相碳酸盐岩气藏开发技术进展与发展方向

近年来,深层海相碳酸盐岩气藏成为四川盆地常规天然气增储上产的重要领域,但由于该类气藏成藏条件复杂、埋藏深且气水关系复杂,其高效开发面临着巨大的挑战。为此,通过剖析该盆地深层海相碳酸盐岩气藏开发历程,结合深层碳酸盐岩气藏的开发特点与实践,总结梳理了专项技术,并指出了下一步的攻关方向。研究结果表明:①四川盆地深层海相碳酸盐岩气藏的储量规模差异大、类型多,储层品质差、非均质性强,边、底水活跃,且原料气普遍含酸性气体,同时开发井多位于山地,钻遇地层纵向上展布复杂;②四川盆地已形成了一系列专项技术——深层低缓构造强非均质气藏精细描述技术、小尺度缝洞发育的有水气藏治水优化技术、深层复杂气井钻完井及增产工程技术、含硫气藏清洁安全开发配套技术,支撑了该盆地特大型海相碳酸盐岩气藏的高效建产及优化开发;③随着盆地内碳酸盐岩气藏开发开始向超深层的复杂构造带气藏转移,针对该类气藏的构造精细描述和薄储层预测技术、跨尺度数值模拟技术、钻完井及采气工程技术是下一步的技术攻关方向。结论认为,所形成的深层海相碳酸盐岩气藏高效开发专项技术为中国石油西南油气田建成百亿立方米特大型气田、实现天然气产量跨越式增长提供了有力的支撑,相关研究成果可以为国内外深层海相碳酸盐岩气藏的开发提供借鉴。

面向2035年我国能源发展的思考与建议

2035年前是我国基本实现社会主义现代化的关键时期,能源高质量发展是支撑经济社会可持续发展的先决条件,应立足基本国情和所处发展阶段,在保障能源安全供应的前提下推进能源清洁低碳转型。本文从能源总量、能源结构、综合能效、能源科技、体制机制、能源安全六方面阐述了我国能源发展现状,重点分析了未来一段时期内能源发展的关键问题,涵盖煤炭兜底保障作用、能源消费增量的可再生能源替代、油气供给安全、核电发展立足自主、氢能和储能全产业链规模化发展等。着眼2035年能源领域高质量发展,提出了能源革命,碳达峰、碳中和4个阶段的战略目标。研究建议,各环节全面落实节能优先方针,继续实施煤炭清洁高效低碳利用,站位全局谋划和推动可再生能源成为未来能源供应增量的主体,加快低碳转型并统筹构建多能互补能源系统。

新工科背景下煤炭洁净利用相关专业交叉融合升级改造

基于能源升级和结构调整,煤炭开发利用亟需向清洁化、低碳化转变,作为能源矿业类特色优势的中国矿业大学(北京),以新兴产业需求为导向、以学生培养为中心,研究提出了新理念、新模式、新方法、新内容、新质量的工程教育改革思路,包括成立多学科交叉融合的新专业、孕育多元协同煤基能源清洁低碳利用的新方向、提供多学科交叉的特色课程资源、形成以学生为中心的个性化培养方案、打造高水平“四位一体”的培养平台、建立“立体化保障体系”的人才培养模式,阐述了各方面的实施途径,以构建新时代复合型人才培养模式。研究结果有助于更好地开展多学科融合的新工科建设和新工科背景下的教学改革,调整高素质综合人才培养模式,应对能源转型升级和新经济革命挑战。

2017年我国能源形势分析及2018年预测

2017年,全国能源消费总量约44.9亿吨标准煤,同比增长2.9%,增速较上年提高1.5个百分点,能源行业呈现"消费全面回升、供给质量提升、结构持续优化、供需总体平衡"等特点。展望2018年,受宏观经济小幅放缓、经济结构转型升级加快、能源消费总量过快增长得到有效控制、能源供需结构清洁低碳化趋势明显等因素影响,预计2018年能源消费增速小幅回落,全年能源消费约45.8亿吨标准煤,同比增长2.1%,增速较2017年回落0.8个百分点,总体呈现"一减两稳一增"态势,即煤炭再次转为负增长、石油和电力稳定增长、天然气快速增长,能源供需宽松格局仍将延续。2018年亟须以解决新时代能源行业新矛盾为核心,从"坚持能源规划指导、提高能源供给质量、补齐能源民生短板、深化体制机制改革"四个方面重点着力,为建设美丽中国构建清洁低碳安全高效的能源体系。

贵州发电侧低碳效益关键因素建模与实证研究

清洁能源发电在促进传统电力行业向低碳化电力行业转型方面起着十分重要的作用。因此,转变传统的发电结构,降低火电厂CO_2的排放量,提高清洁能源发电的比例,对实现低碳效益最大化起着十分重大的理论意义和现实意义。为此,本文首先阐述了发电侧低碳效益因素的选取原则和关键因素,其次运用回归分析、指数平滑法和NAR动态神经网络对贵州发电量进行了训练分析,再次利用NAR动态神经网络对贵州省发电量、火力发电量和火电供电煤耗进行了预测,最后结合"十三五"规划目标,研究了2018—2020年贵州发电侧的低碳效益,并提出了相应的政策性建议。

能源转型与我国煤炭高效清洁利用

煤炭清洁高效利用是我国减少大气污染物排放的最有效路径。在我国煤炭消费总量控制政策导向的大背景下,煤炭清洁高效利用也可以对减少CO2排放起到积极作用。然而,煤炭清洁高效利用与能源低碳转型既有一致性,也存在冲突和矛盾。从大气污染治理角度看,煤炭清洁高效利用给煤炭提供了一个至少与其他化石能源一样的"发展权",但对能源低碳转型而言,煤炭与其他化石能源一样都是过渡能源。更重要的,我国目前以"大"为美的能源和环境政策与能源(电力)低碳转型对能源系统"灵活性"需求增加之间存在着内在矛盾。因此,应尽快从能源低碳转型的逻辑出发,调整我国能源政策与环境政策。

山东电力产业低碳化技术路线研究

目前山东省年CO2排放量超过10亿t,电力行业的排放量占40%,因此,电力产业低碳化对山东省发展低碳经济具有举足轻重的作用。山东具有丰富的风能、生物质能等清洁能源,据规划,到2020年,清洁能源发电实现年减排CO210%;国内首座整体煤气化联合循环项目于山东投产,与相同装机容量燃煤电厂相比,其CO2排放量降低13.73%,若与碳捕捉和封存(CCS)技术联用,可实现CO2近零排放;山东省超临界/超超临界机组装机容量达932万kW,关停小机组600万kW,年减排CO22100万t。山东电力产业应因地制宜发展清洁能源发电,大力发展IGCC、超临界/超超临界等高效发电技术。同时,鼓励电力产业积极借助清洁发展机制(CDM),完善低碳路线。

高含硫气藏开发关键技术新进展、挑战及攻关方向

四川盆地高含硫气藏储量规模较大,产量占比高,其安全、高效开发对于助力四川盆地千亿立方米天然气产能基地建设和国家“双碳”目标实现具有重要意义。为此,在系统回顾四川盆地高含硫气藏开发历程的基础上,梳理了“十三五”以来高含硫气藏开发的生产需求,明确了钻完井工程、气藏工程、采气工程、地面集输与腐蚀防护工程和天然气净化与安全环保工程等5个方面研究取得的进展、面临的挑战及攻关方向。研究结果表明:①四川盆地高含硫气藏勘探开发区存在多压力系统、漏喷同存、盐水发育等现象,钻井安全风险大,需持续攻关复杂地质条件下安全高效钻完井主体工艺技术,实现高含硫气井安全优快钻完井;②资源品质劣质化导致高含硫气藏规模效益开发难度增加,要不断创新和优化气藏开发技术对策,实现气藏技术—经济一体化开发模式下的效益最优;③超深、有水高含硫气井井下环境给采气工艺带来新的挑战,要加强新材料、新工艺研发力度,推进人工智能和大数据在地质—工程一体化技术中的应用;④元素硫与集输系统间的复杂物化作用机理仍有待探索,高温高压复杂多相流条件下的硫腐蚀预测模型还需要不断完善,要融合多学科持续开展前沿基础理论研究,降低元素硫对气藏生产的影响;⑤绿色矿山治理行动对高含硫气藏安全环保技术提出了更高要求,亟需攻关废水、废液高附加值资源多级利用关键技术,高质量推进高含硫气藏全生命周期绿色低碳开发。结论认为,高含硫气藏开发技术的不断完善,是保障将资源量转化为储量、产量的关键,该研究成果对我国高含硫气藏的安全、清洁、高效开发具有指导和借鉴作用,对保障国家能源安全战略具有积极作用。

基于循环流化床燃烧技术的煤泥利用

煤泥是煤炭加工的一个主要副产物,它难以存储,容易造成严重的环境污染。我国煤泥产量大,但是综合利用率较低,煤泥的清洁规模化消纳对我国的低碳发展有重要意义。循环流化床(CFB)燃烧技术具有燃料适应性广的特点,有规模化消纳煤泥的潜能,若能在燃用煤泥的情况下保证CFB锅炉机组的稳定运行,发电成本将会大幅降低。历经30余年的研发,CFB锅炉在我国现已广泛应用于煤泥的燃烧,处于世界领先地位。目前在中小机组上已经可以实现大比例掺烧或者全燃煤泥的运行,掌握了煤泥CFB燃烧的关键技术,带来了显著的社会效益和经济效益。100 MW级CFB锅炉可实现全燃煤泥的满负荷稳定;300 MW级CFB锅炉在满负荷时最大掺烧比可达84%,在中低负荷时可实现全燃煤泥运行;超临界CFB锅炉机组在进行低、中比例掺烧煤泥实践。燃用煤泥对CFB锅炉机组的影响是煤泥规模化清洁消纳工程应用的关键研究方向。在运行参数方面,由于燃用煤泥含水量高,造成床温降低和尾部烟道中烟气温度、流量和流速的改变,可通过加大引风机的功率维持系统正常的运行;因煤泥颗粒较细,含灰量大,容易随高温烟气进入尾部烟道,实际运行中通过配合调整给料方式、煤泥粒度、锅炉负荷等工况,可有效降低CFB锅炉排渣量,且可能存在一个最佳的掺烧比,使锅炉整体效率达到最高;此外,掺烧煤泥引发的床温影响了炉内脱硫效率,在实际运行中,通过综合调整一次风量,二次风量,石灰石的钙硫比等多个运行参数,减少污染排放量。在运行问题方面:对于燃用煤泥流动性较差,现一般采用达到兆帕级的高压泵施加输运压力,和通过多个并联的给料口同时给料等方式应对;同时,燃用高灰分煤泥会引起循环流率的显著提升,造成炉膛内床压大幅波动,普遍采取从炉顶给入炉膛,形成煤泥颗粒团和注意保持床存量等方式处理;另外,燃用高灰分煤泥会造成CFB锅炉烟气中粉尘浓度较高,尾部受热面积灰严重,过热器/再热器的金属管壁温度升高,会带来过热超温隐患。在经济性方面:燃用煤泥运行时引风机电耗增大会提高部分发电成本,但是掺烧煤泥以及增大煤泥掺烧比可以节约入炉原煤,减少燃料的成本;同时,若机组能稳定运行,可避免频繁的停机与检修,总体上发电成本将会显著降低。未来,更加高效清洁地消纳煤泥和煤矸石将是提高煤炭利用水平的重要工程实践,因此,有关煤泥清洁规模化利用的研究与工程实践的发展应该主要体现在以下三个方面:第一,燃烧煤泥机组的大容量、高参数发展是CFB燃烧技术进一步发展的方向;第二,提升单个锅炉的燃料灵活性,在燃料热值、含水量、含灰量等参数大范围波动时均能保证锅炉的稳定运行;第三,满足煤泥消纳的需求,适时建设大容量高参数CFB锅炉坑口电站,实现在煤炭产地就地规模化消纳煤泥及其它煤炭洗选加工产生的低热值燃料。

“双碳”背景下我国推广干法选煤必要性及其应用策略研究

选煤加工是煤炭清洁高效利用的源头和基础,其自身也应低碳发展。干法选煤具有不用水、投资少、运营成本低等低碳优势,不仅可以满足化工原料煤与电煤提质需要,还可以为冶金用煤湿法选煤加工预排矸,提高单位处理能力,降低加工成本。为了实现低碳选煤、助力实现“双碳”目标,结合我国选煤产业的发展趋势,阐述了推广应用干法选煤的必要性,梳理了干法选煤推广应用过程中存在的主要问题,针对性地提出了我国干法选煤推广应用策略。

亚硫酸法低碳澄清新工艺的应用探讨

介绍了亚硫酸法低碳澄清新工艺,即利用锅炉烟气二氧化碳饱充中和汁的内循环螺旋连续式饱充反应方法应用于糖厂。结果表明,与传统的亚硫酸法生产工艺相比,清汁的清净效率和重力纯度差有所提高,清汁的色值、钙盐含量、浊度、过滤速度、沉降速度以及还原糖含量都有所降低,白砂糖的色值、浊度、水不溶物以及含硫量都有所降低。亚硫酸法低碳澄清新工艺的应用不仅能提高清净效率,提高白砂糖的品质,而且还能降低企业的生产成本,给企业带来可观的经济效益。

绿色能源的发展之路

改善生态环境、应对气候变化、实现可持续发展,必须进行能源生产和消费革命。现阶段,我国能源转型主要途径是实现化石能源的清洁、高效、低碳化以及可再生能源的高比例利用。探讨了如何使燃煤发电更高效、更灵活、更清洁、更低碳、更循环和更智慧。通过应用二次再热等技术提高燃煤发电的效率;优化机组运行灵活性,提高深度调峰能力;燃煤灵活掺烧生物质发电技术,实现燃煤发电低碳化;发展循环经济,做到能源资源的最大化利用;建设智慧电厂,携手智能电网,开创智慧电力时代。

梅钢低碳减排举措思考

以绿色发展为统领践行新发展理念,以低碳冶金和智慧制造实现钢铁生产过程绿色化,为构建碳中和社会作贡献。从公司高层重视、统筹推进,能效高效提升、极致碳利用效率,极致铁钢比、提升废钢利用,拓展清洁能源、实现零碳生产,融入宝武低碳布局、借鉴国内外先进技术五个方面部署梅钢低碳发展。

新一代钢铁制造流程绿色化高效运行实践探索

首钢京唐钢铁厂是以冶金流程工程学理论为指导,采用一系列先进技术构建的具有“动态-有序、协同-连续”特征的新一代钢铁制造流程。十余年的运行实践表明,新一代钢铁流程构建简捷顺畅的流程网络更有利于物质流高效快捷流动、能量流最小耗散、信息流全面贯通。高炉通过采用50%以上高比例球团冶炼、高富氧高风温、喷煤降焦、烧结降碳减排综合技术等措施,实现长周期绿色低碳高效顺稳运行,高炉利用系数达到2.52 t/(m^(3)·d)、焦比达到264.1 kg/t,煤比达到203.2 kg/t。通过高炉-转炉界面采用铁水罐多功能化技术并实施智能化管控,实现月均铁水温降小于95℃;1400℃以上的高温铁水经过KR铁水脱硫预处理后w(S)不大于0.0020%的比例超过95%。炼钢厂借助洁净钢平台先进的流程网络,采用专线化生产组织,通过一系列工艺技术提升,使转炉全炉役吹炼终点熔池平均碳氧积降低至0.00147,2022年全年转炉平均出钢温度降低至1641℃,生产IF钢中间包钢水全氧质量分数2022年全年平均低至0.0015%,连铸低碳钢拉速达到2.0 m/min以上,实现了高品质洁净钢薄板持续稳定、高效、绿色化生产。通过高效能源转换、回收、利用技术,污染物及固体废弃物源头减量、高效处理、资源化再利用技术,实现了流程能效大幅度提升、CO_(2)减排,全流程吨钢新水消耗仅为2.62 m^(3)(其中海水淡化水占66%),气体污染物排放全面达到超低排放水平、固体废弃物及水实现近零排放。

“双碳”目标下的化石能源高效清洁利用

在碳达峰、碳中和(以下简称“双碳”)目标下,化石能源利用面临新挑战。文章梳理总结了目前我国化石能源利用现状,立足我国能源资源状况,提出了“双碳”约束下化石能源高效清洁利用思路,从煤炭高效燃烧与转化、石油天然气高效利用及煤化工“三废”处理方面提出技术发展建议,以期为“双碳”目标实现和新型能源系统构建提供科技支撑。