能源科技:融合布局,支撑未来
文/本刊记者 张琴琴
75年前,刚刚成立的新中国百废待兴,能源产业几乎一穷二白,科研人才匮乏,在技术发展上更注重实用性,对前沿研究投入相对较少。
历经75年的探索与发展,如今我国的能源科技正朝着绿色、低碳的方向大步前进,并取得了诸多令人瞩目的成果。
8月底国务院新闻办公室发布的《中国的能源转型》白皮书显示,我国已建成完备的风电、光伏全产业链研发设计和集成制造体系,高效晶体硅、钙钛矿等光伏电池技术转换效率多次刷新世界纪录,量产先进晶体硅光伏电池转换效率超过25%。陆上风电机组最大单机容量突破10兆瓦,单机18兆瓦的海上风电机组顺利下线。水电设计、施工、设备制造全产业链体系全球领先,世界最大单机容量100万千瓦水电机组已在白鹤滩水电站投运。代表“中国名片”的自主三代核电技术“华龙一号”首批机组陆续投运,“国和一号”示范工程正在建设,全球首座第四代核电技术商业电站高温气冷堆示范工程建成投运。
作为新能源领域中的重要分支,氢能具有零排放、能源效率高等特性,被视为一种“终极能源”,正逐步成为推动我国能源转型的重要力量。
近年来,我国着力推动氢能产业发展,从中央层面到地方政府,出台了一系列支持政策。
2022年3月,国家发展改革委、国家能源局发布了《氢能产业发展中长期规划(2021~2035年)》,首次明确氢能是未来国家能源体系的重要组成部分,确定可再生能源制氢是主要发展方向。这份规划也系统性提出了氢能在交通领域以外的多个规模化应用场景的发展规划。
今年8月,中共中央、国务院发布的《关于加快经济社会发展全面绿色转型的意见》也明确提出,推进氢能制储输用全链条发展,完善充(换)电站、加氢(醇)站等基础设施网络,建立健全氢能制储输用标准。
在一系列政策支持下,我国基本构建了较为完整的制氢、储运、加注和应用的氢能产业链,初步形成了协同创新的产业生态。
从汽车到船舶,从工厂到家庭,氢能已经广泛应用于社会生产生活的诸多方面,不少城市开始兴建加氢站等基础设施,推动氢能源技术与产业的大规模推广。在技术方面,我国碱性电解水制氢技术达到国际领先水平,单槽3000标准立方米/时碱性电解槽研制成功,兆瓦级质子交换膜电解水设备开展工程验证。
与此同时,一些科研人员将目光投向海上,利用海水直接电解制氢技术和海上风电技术,在海洋里打造“氢矿”。深圳清华大学教授邝允团队与深圳能源集团在深圳清华大学研究院成立了联合研究平台,融合产业与技术,于今年成功投运全球首台单机规模最大的海水制氢装置。
技术突破将加速产业变革,而技术和产业的融合促进,则在能源领域不断激发出新模式和新业态。
依托“互联网+”智慧能源建设,新能源发电与农业、渔业、牧业、建筑等融合发展渐成趋势,“光伏治沙”“渔光互补”“海上风电+海洋牧场”“农光互补”等一批批生态示范项目涌现,为未来新能源与产业融合发展提供了可复制、可推广的成功经验。
新能源的不断发展,催生出对储能的巨大需求。
我国新型储能技术路线多样,压缩空气储能、液流电池储能、钠离子电池储能已有项目投产,正在探索构网型储能。国家能源局的数据显示,截至2024年上半年,我国已建成投运新型储能项目累计装机规模达4444万千瓦/9906万千瓦时,较2023年底增长超过40%。
新能源及储能技术的发展也为智能微电网的发展提供了良好的基础。
在成都天府软件园C区西北角的智慧充电场站,充电装置采用智能群管群控系统,支持同时为56台新能源汽车充电。它本质是个“光储充放”智能微网项目,集成了碲化镉光伏、梯次储能、电动汽车充放电功能,实现充电网、微电网、储能网一体化互联互通。智能微电网是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。近年来,随着新能源成本和储能成本不断下降,微电网的经济性已经略有显现,市场已经进入了商业化应用的阶段。
新能源发电高比例并网也给电力系统调节能力提出更高要求。发展虚拟电厂,将数量多、分布广、单体规模小的需求侧资源“化零为整”,通过聚合方式参与电网调节,成为支撑能源电力安全的一种重要手段。
3月1日,国家发展改革委、国家能源局发布《关于新形势下配电网高质量发展的指导意见》,四次提到“虚拟电厂”,在健全市场交易机制方面,提出要明确虚拟电厂等新主体、新业态的市场准入、出清、结算标准,研究设计适宜的交易品种和交易规则,鼓励多样化资源平等参与市场交易。
科技的进步,也为虚拟电厂这一新业态的兴起创造了条件,各地正加速推进虚拟电厂发展:在杭州,虚拟电厂可用于系统电源性缺电、电力市场化交易、配网故障性调节等场景;在天津,多家虚拟电厂参与今年春节填谷电力需求响应,国网天津电力正在通过强化政企协同、优化服务平台、拓展产品种类等举措,推进虚拟电厂运营体系深化应用……
如今,各类能源新技术、新模式、新业态持续涌现,能源发展的“聚变效应”正逐渐形成。