【国家能源集团】发电领域低碳转型新技术_40页_7mb

发电领域低碳转型新技术总结

核心内容概述

本文档围绕发电领域的低碳转型新技术展开，涵盖世界及我国能源电力发展现状、主要国家转型战略、低碳转型技术方向及国家能源集团的低碳转型实践。重点分析了煤炭清洁高效发电、可再生能源发电、核能、储能、氢能等领域的技术进展与发展趋势。

一、世界能源及电力发展趋势

主要趋势

• 化石能源清洁化：全球化石能源消费占比预计降至20%。
• 清洁能源规模化：非水可再生能源占比将上升至60%。
• 电力终端占比提升：电力在终端能源消费中占比将增至50%以上。

全球一次能源消费结构

• BP《世界能源展望2020》数据显示，全球能源结构正逐步向低碳方向转型。

二、主要国家、地区能源及电力转型战略

美国

• 2009年清洁能源与安全法：确立清洁能源发展和节能减排目标。
• 特朗普政府：退出《巴黎协定》，但可再生能源发展未受显著影响。
• 拜登政府：
  • 2024年：重返《巴黎协定》，投入4900亿美元发展可再生能源。
  • 2030年：实现轻型和中型车辆零排放，商业建筑净零排放。
  • 2035年：电力部门实现碳中和。
  • 2050年：实现100%清洁能源和净零排放。

欧洲

• 欧洲绿色协议：2030年减排50%-55%，2050年实现碳中和。
• 退煤计划：15国计划在2030年前关闭35.4GW煤电。
• 可再生能源占比：2050年太阳能与风电将占终端能源需求50%。

日本

• 绿色成长战略：减少火力发电，加快可再生能源发展。
• 2050年目标：50%-60%发电量来自可再生能源。

三、我国能源及电力转型战略

碳达峰碳中和目标

• 2030年前：实现碳达峰，单位GDP碳排放下降65%以上。
• 2060年前：实现碳中和，非化石能源占比达25%左右。

电力发展趋势

• 装机容量：2020年为22亿千瓦，2050年预计达75亿千瓦。
• 非化石能源占比：2020年为43%，2050年将达88.1%。
• 技术方向：低碳化、清洁化、市场化、国际化、电气化、数字化。

四、发电领域低碳转型技术

1. 煤炭清洁高效发电

问题挑战

• 燃煤机组灵活性不足，低负荷工况安全性、经济性和环保性差。
• 老机组效率低，污染物排放高。
• 技术开发面临新循环、新工质、新材料等挑战。

方向布局

• 灵活智能燃煤发电：提升变负荷速率和范围，开发智能控制系统。
• 超高参数超超临界燃煤发电：建设650-700°C机组，提升净效率至50%。
• 新型高效燃煤发电系统：研究超临界CO₂发电、IGCC、IGFC等技术。
• CCUS技术：发展低成本碳捕集、封存与利用技术，目标碳排放强度≤450g/kWh。

2. 可再生能源发电

水电

• 现状：产业链完整，技术水平国际领先，但面临生态挑战。
• 发展趋势：提升高水头、超低水头机组技术，发展智能水电站。

风电

• 现状：大功率机组技术体系完善，但设计软件、海上漂浮式机组等存在差距。
• 发展趋势：推广先进并网技术，发展海上漂浮式风电，提升智能化水平。

太阳能发电

• 现状：光伏产业技术领先，光热发电技术与国外差距明显。
• 发展趋势：开发高效低成本技术，探索与储能协同运行，推广超临界CO₂发电系统。

其他可再生能源

• 水热型地热发电：提升设备制造与利用效率。
• 干热岩发电：加强资源勘察与高温深钻技术。
• 海洋能发电：推动工程示范与技术成熟度提升。

3. 核能

• 现状：第三代压水堆技术领先，部分第四代技术在研。
• 发展趋势：
  • 突破超高温气冷堆、核能制氢等技术。
  • 推进可控核聚变研究。
  • 完善闭式核燃料循环体系，提升核安全水平。

4. 先进储能

• 现状：2019年中国储能装机32.4GW，占全球17.6%。
• 发展趋势：
  • 物理储能：发展抽水蓄能、压缩空气储能等。
  • 电化学储能：锂离子电池主导市场，推动多种储运路径并行发展。

5. 氢能

• 现状：制氢规模全球第一，但以“灰氢”为主，制约可持续发展。
• 发展趋势：
  • 发展绿氢，推动电解水制氢、煤制氢+CCS等技术。
  • 推进氢能产业链各环节技术创新，构建多元化、网络化氢能基础设施体系。

五、国家能源集团低碳转型实践

1. 国家能源集团概况

• 成立于2017年，资产规模达1.8万亿元。
• 业务涵盖煤炭、火电、新能源、水电、化工等。
• 拥有四大世界第一：煤炭、火电、风电、煤制油化工。

2. 电力低碳转型形势

• 火电占集团碳排放86.5%，煤化工占9.1%。
• 新能源装机占比不到30%，需加快替代化石能源。

3. 低碳转型实践

• 高效灵活燃煤发电：

  • 首台高效灵活超超临界二次再热机组投入运行。
  • 集成“汽电双驱”引风机高效供热、智能控制系统等新技术。
  • 实现100%国产化智能控制系统，解决“卡脖子”问题。

• 新能源替代化石能源：

  • 加大风电、光伏开发力度，2021年新增装机7000-8000万千瓦。
  • 发起中国氢能联盟，推动氢能产业发展。
  • 建设风光耦合制-储-输-用氢系统示范工程。

• CCS/CCUS技术发展：

  • 鄂尔多斯煤制油化工CCS示范项目（10万吨/年）。
  • 锦界电厂燃烧后碳捕集示范工程（15万吨/年）。
  • 泰州电厂燃烧后碳捕集示范项目（50万吨/年）。

六、未来展望

国家能源集团将深入贯彻“双碳”战略，推动技术创新与产业升级，助力我国实现能源结构优化和绿色低碳发展。