2023年，我國以更大力度深入推進能源低碳轉型，能源生產和利用方式發(fā)生了重大變革。
這一年，綠電、綠氫靈活轉換難題得以解決，海上稠油開發(fā)取得重要技術突破，我國可再生能源裝機歷史性超煤電，綠證核發(fā)范圍擴大至所有可再生能源上網電量，具有完全自主知識產權的全球首座第四代核電站投運……
我國能源事業(yè)在實現(xiàn)高質量發(fā)展的道路上步穩(wěn)蹄疾，一個更加清潔、高效、可持續(xù)的能源體系正逐步建立。
解決綠電、綠氫轉換難題
固態(tài)儲氫開發(fā)項目并網發(fā)電
2023年3月25日，國家重點研發(fā)計劃固態(tài)儲氫開發(fā)項目(以下簡稱固態(tài)儲氫開發(fā)項目)在廣東省廣州市和云南省昆明市并網發(fā)電。在用電高峰時，該項目存儲的165公斤氫能可持續(xù)穩(wěn)定出力23小時。這是我國首次利用光伏發(fā)電制成固態(tài)氫能并將其應用于電力系統(tǒng)，破解了常溫條件下以固態(tài)形式存儲氫氣的技術瓶頸，對于推進可再生能源大規(guī)模制氫、加快建設新型電力系統(tǒng)具有重要意義。
固態(tài)儲氫的原理是在常溫下通過氫氣與合金發(fā)生化學反應，讓氫原子進入金屬的空隙中儲存。需要釋放氫氣時，升高合金的環(huán)境溫度即可。相比于高壓氣態(tài)儲氫和低溫液態(tài)儲氫，固態(tài)儲氫的體積儲氫密度高、充放氫壓力低、安全性好，可實現(xiàn)氫能的跨季節(jié)長周期存儲。
固態(tài)儲氫裝置利用光伏電、風電等制備氫氣，并把制成的氫氣高密度存儲起來。這既有利于解決風光發(fā)電波動性的問題，也有利于改變目前我國過度依賴煤炭、石油等化石能源制氫的現(xiàn)狀。
“固態(tài)儲氫解決了綠電與綠氫靈活轉換的難題。這一重大變革性技術未來有望成為推動電力系統(tǒng)向高級形態(tài)演化的重要驅動力量。”中國工程院院士王成山說。
降低稠油開發(fā)經濟門檻
海上稠油熱采關鍵技術實現(xiàn)突破
2023年4月25日，中國海油宣布，由其研發(fā)的、具有我國自主知識產權的稠油熱采電潛泵注采一體化技術現(xiàn)場試驗成功。該技術將大大降低稠油熱采開發(fā)經濟門檻，可解決我國海上稠油開發(fā)面臨的關鍵難題，標志著我國海上稠油進入新的規(guī)?；_發(fā)時代。
稠油是一種比較黏稠的石油。因其黏度高、密度大，國外一般稱之為重油。稠油的特性導致其開采難度較大，但也不能因此而放棄對其進行開采。數(shù)據顯示，在世界剩余的石油資源中，約有70%都是稠油。我國渤海稠油資源十分豐富。截至2021年底，渤海共發(fā)現(xiàn)49個稠油油田，稠油探明地質儲量占渤海海域總探明石油地質儲量的一半以上。
目前，陸上稠油開采技術已相對成熟，但海上稠油開發(fā)依然困難重重。比如，作為采油核心設備的電潛泵及關鍵井下工具耐高溫能力差，在高溫注熱條件下極易“中暑”失效。
稠油熱采電潛泵注采一體化技術，解決了井下設備的“防暑降溫”問題，可確保其在注采過程中安全、穩(wěn)定運行。該技術可滿足350攝氏度高溫蒸汽注熱工況，實現(xiàn)了一個注采周期內注采兩次作業(yè)到一次作業(yè)的重大跨越，兩個吞吐輪次內可節(jié)省井下作業(yè)成本約70%。
這項技術可在渤海、南海東部、南海西部等海域的稠油油田推廣應用。該技術的推廣，有利于推動海上稠油油田的規(guī)?；洕_發(fā)，助力中國油氣產量提升。
開啟鉆探“萬米時代”
深地塔科1井塔里木油田開鉆
2023年5月30日，我國首個萬米深地科探井——深地塔科1井在位于塔克拉瑪干沙漠的塔里木油田開鉆。這既是我國深地探索領域的重要進展，也是人類拓展認知邊界的一次大膽嘗試。
塔里木油田是我國最大超深油氣生產基地。開鉆萬米深井，不斷向深地“要油”，是保障國家能源安全的重要舉措。但經過幾億年的地殼運動，塔里木盆地的地層變得支離破碎，其構造被地質學家形象地稱為“一摞盤子摔碎了，又被踢了幾腳”。在此地鉆井施工，難度超乎想象。
不僅如此，越接近萬米深地，鉆井施工難度越呈幾何倍數(shù)增加。比如，在萬米深的地下，施工設備將面對超過200攝氏度的高溫和1700倍大氣壓的高壓。在這種極端環(huán)境中，鉆桿“像面條一樣柔軟”，其表面壓力相當于“在指甲蓋上站了一頭大象”。
近年來，我國不斷向地球深部進軍，并多次刷新“中國深度”。僅在塔里木油田內，超過6000米的深井數(shù)量就已達1700多口，占全國的80%以上，其中最深井深度已達9396米。這為萬米深井工程提供了基礎條件、技術儲備和經驗積累。
為保證鉆井施工順利，科研和工程人員通過世界領先的三維物探技術，大致“看清”了井位所在的地層結構。這相當于為萬米深井要穿越的地層做了一次CT。為克服超高溫、超高壓的地下極端環(huán)境，科研人員還自主研發(fā)了一系列搭載“硬核”科技成果的鉆井裝備，如鉆深可達12000米的鉆機、適用于復雜地層的特種鉆頭等。
深地塔科1井標志著我國鉆探能力開啟“萬米時代”。它將為我國未來的科學研究和油氣資源開發(fā)提供重要支持。
提升能源安全保障能力
國內首個電力充儲放一張網上線
2023年6月29日，深圳市發(fā)改委發(fā)布深圳市電力充儲放一張網1.0(以下簡稱“一張網”)。“一張網”是我國首個聚合了充電設施、新型儲能、分布式能源等各類電力充儲放資源的平臺，能有效提升能源安全保障能力。
以往，電力充儲放資源較為分散，缺乏統(tǒng)一管理，資源價值沒有得到有效發(fā)揮。“一張網”可將各類分布式資源聚合起來，形成規(guī)模化的整體性資源。這將對深圳的電力削峰填谷、能源保障和能源安全產生積極作用，可提升城市能源安全韌性。
“一張網”是目前國內數(shù)據采集密度最高、接入負荷類型最全、直控資源最多、應用場景最全的虛擬電廠平臺。它以數(shù)字孿生、全景可控的形式，全量接入分布式資源，融合多源異構數(shù)據，包括17萬個充電樁、5100個5G儲能基站、6000個電動自行車充換電柜、1200個光伏站、15個儲能示范站、13個車網互動站、46個換電站以及大型數(shù)據中心等資源。“一張網”還可與虛擬電廠管理平臺協(xié)同，實現(xiàn)分布式資源可觀、可測、可控。
同時，“一張網”還提供了統(tǒng)一公益性服務入口。它將給市民帶來更便利的生活體驗。比如， “一張網”將在小程序上提供充電樁智能推薦、查詢等功能。這些功能可在方便用戶的同時智能引導用戶充電，紓解交通擁堵，幫助運營企業(yè)引流，從而實現(xiàn)多方多贏。
在建設過程中，“一張網”面臨海量多源異構分布式電力資源的管理和應用難題。數(shù)字孿生、物聯(lián)網、人工智能等技術的應用有效解決了這些難題。
優(yōu)化能源結構
我國可再生能源裝機歷史性超煤電
截至2023年上半年，全國可再生能源裝機突破13億千瓦，達到13.22億千瓦，同比增長18.2%，歷史性超過煤電，約占我國總裝機的48.8%。其中，水電裝機4.18億千瓦，風電裝機3.89億千瓦，光伏發(fā)電裝機4.7億千瓦，生物質發(fā)電裝機0.43億千瓦。這是我國提出新型電力系統(tǒng)構想后取得的標志性成就。
在可再生能源新增裝機方面，2023年上半年，全國可再生能源新增裝機1.09億千瓦，同比增長98.3%，占新增裝機的77%。其中，常規(guī)水電新增并網206萬千瓦，抽水蓄能330萬千瓦，風電新增并網2299萬千瓦，光伏發(fā)電新增并網7842萬千瓦，生物質發(fā)電新增并網176萬千瓦。
從發(fā)電量來看，2023年上半年，全國可再生能源發(fā)電量達1.34萬億千瓦時。其中，風電光伏發(fā)電量達7291億千瓦時，同比增長23.5%。
值得關注的是，全國新型儲能裝機規(guī)模實現(xiàn)半年翻番。隨著可再生能源裝機規(guī)模的快速增長，電力系統(tǒng)對各類調節(jié)性資源的需求也迅速增長，新型儲能項目正加速落地。截至2023年6月底，全國已建成投運的新型儲能項目累計裝機規(guī)模超過1733萬千瓦/3580萬千瓦時，平均儲能時長2.1小時。
在各類型儲能技術中，鋰離子電池儲能仍占絕對主導地位。壓縮空氣儲能、液流電池儲能、飛輪儲能等相對成熟的儲能技術保持快速發(fā)展。超級電容儲能、固態(tài)電池儲能、鈦酸鋰電池儲能等新技術也已經開始投入工程示范應用，各類新型儲能技術總體呈現(xiàn)多元化快速發(fā)展態(tài)勢。
推動綠色電力消費
綠證覆蓋所有可再生能源上網電量
2023年8月3日，國家發(fā)改委、財政部、國家能源局聯(lián)合發(fā)布《關于做好可再生能源綠色電力證書全覆蓋工作 促進可再生能源電力消費的通知》(以下簡稱《通知》)，實現(xiàn)綠證對可再生能源電力的全覆蓋。
我國于2017年試行綠證核發(fā)和自愿認購制度，對享受補貼的陸上風電和集中式光伏發(fā)電項目核發(fā)綠證，用戶可通過購買綠證作為消費綠電的憑證。隨著我國可再生能源進入全面平價上網新階段，綠證制度可為發(fā)電企業(yè)提供物理電量之外的綠色環(huán)境價值收益。
《通知》的發(fā)布，標志著綠證的發(fā)展迎來了新風口?！锻ㄖ肥状螌⒕G證明確定義為“可再生能源電量環(huán)境屬性的唯一證明”，并將綠證核發(fā)范圍擴大到風電、太陽能發(fā)電、常規(guī)水電、生物質發(fā)電、地熱能發(fā)電、海洋能發(fā)電等。
我國擁有世界規(guī)模最大的可再生能源裝機和發(fā)電量。在國內“雙碳”目標的推動下和國外產業(yè)鏈、碳關稅的壓力下，不少企業(yè)選擇擴大綠電消費規(guī)模。比如江蘇省無錫市新吳區(qū)的無錫普洛菲斯電子有限公司在2023年3月購買了6732張綠證，實現(xiàn)了100%使用綠電。江蘇是全國首批開展綠證交易的省份之一。2023年一季度，江蘇創(chuàng)下同期單筆成交7萬張綠證的全國最高紀錄。
此次《通知》將綠證核發(fā)范圍擴大至所有可再生能源上網電量，并使綠證能直接用于全社會的綠電消費核算與認證。這讓綠電交易體系更統(tǒng)一、更清晰。
迎來綠氫產業(yè)發(fā)展里程碑
我國萬噸級光伏綠氫示范項目投產
2023年8月30日，我國首個萬噸級光伏綠氫示范項目——中國石化新疆庫車綠氫示范項目全面建成投產。這標志著我國綠氫規(guī)?；I(yè)應用實現(xiàn)“零的突破”，被業(yè)界認為是我國綠氫產業(yè)發(fā)展的一個里程碑。
綠氫，就是指通過太陽能、風能等可再生能源發(fā)電直接制取的氫氣。相比于以往利用化石燃料發(fā)電制成的灰氫，綠氫在生產過程中基本不產生溫室氣體。
新疆庫車綠氫示范項目電解水制氫能力達每年2萬噸，現(xiàn)場10個儲氫罐的儲氫能力達21萬標準立方米，管道輸氫能力達每小時2.8萬標準立方米。
該項目制氫廠所用的電力都源自位于庫車市牙哈鎮(zhèn)的300兆瓦光伏電站。光伏電站發(fā)出的電會被輸往中國石化新星公司制氫廠區(qū)用于電解制氫。制好的綠氫會被收集起來輸往中國石化塔河煉化公司，作為含氫汽油、柴油的原料進行進一步加工，余下的廢液則會重新用于綠氫制取。
此外，這些綠氫在生產全流程中不會產生碳排放。按一年2萬噸綠氫產量計算，該項目每年可減少二氧化碳排放48.5萬噸，相當于植樹2600萬棵。
作為我國首個規(guī)?；G電制綠氫項目，該項目的建設面臨著規(guī)模大、工藝技術新、無成熟工程案例可借鑒等難點。中國石化通過聯(lián)合攻關、“揭榜掛帥”等形式，破解了新能源波動電力場景下柔性制氫及連續(xù)穩(wěn)定向下游煉化企業(yè)供應的難題。其中，面對可再生波動電源制氫的技術難題，中國石化通過自主開發(fā)綠電制氫配置優(yōu)化軟件，將電控設備與制氫設備同步響應匹配，實現(xiàn)了“荷隨源動”，大幅提升了設備對波動的適應性。此外，項目中形成的萬噸級電解水制氫工藝與工程成套技術、綠氫儲運輸工藝技術等創(chuàng)新成果均實現(xiàn)了工業(yè)應用，項目已申報專利及專有技術10余項。
助力非常規(guī)油氣增儲上產
我國首個千億方深煤層大氣田發(fā)現(xiàn)
2023年10月23日，中國海油在鄂爾多斯盆地東緣2000米地層發(fā)現(xiàn)我國首個千億方深煤層氣田——神府深煤層大氣田。該氣田探明地質儲量超1100億立方米。
煤層氣是指儲存在煤層中的天然氣，業(yè)內通常將埋深超過1500米的煤層氣稱為深部煤層氣。我國煤層氣資源豐富，埋深在2000米以內的煤層氣資源量超過30萬億立方米。其中，深部煤層氣資源量約占1/3。
神府深煤層大氣田位于陜西省榆林市，地處鄂爾多斯盆地東緣，煤層主要埋深2000米左右，單層厚度在6.2米至23.3米之間，噸煤平均含氣量達15立方米。
隨著埋藏深度的增加，地層溫度、壓力和應力等會大幅提升。這會導致煤層氣勘探開發(fā)難度不斷加大。一直以來，我國煤層氣勘探開發(fā)大多集中在埋深小于1000米的淺煤層。由于缺乏配套的工藝技術，超過1500米的深煤層長期以來被視為勘探禁區(qū)。
科研人員通過加強深部煤層氣成藏機理研究，創(chuàng)新提出致密氣與煤層氣“互補式”“立體式”勘探理念;加強儲層改造和排采工藝研究，利用已鉆致密氣低效井開展深部煤層氣試驗，實現(xiàn)了“老井新用”。這不僅大幅降低了作業(yè)成本，更加快了深煤層的勘探進程。針對深部煤層氣增產難題，中國海油運用超大規(guī)模壓裂技術，形成了適用于神府區(qū)塊的深煤層開發(fā)技術體系，僅用一年半時間，就成功發(fā)現(xiàn)了地質儲量超千億立方米的深煤層氣田。
神府深煤層大氣田是中國海油繼山西臨興氣田后發(fā)現(xiàn)的第二個千億方大氣田。神府深煤層大氣田的發(fā)現(xiàn)展現(xiàn)出鄂爾多斯盆地東緣深部煤層氣藏勘探開發(fā)的廣闊前景，對我國類似盆地資源勘探和非常規(guī)油氣增儲上產具有重要意義。
增強核電科技創(chuàng)新能力
全球首座第四代核電站投運
2023年12月6日，具有我國完全自主知識產權的全球首座第四代核電站——華能石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程(以下簡稱示范工程)商運投產。這標志著我國在高溫氣冷堆核電技術領域達到了全球領先水平，對推動我國實現(xiàn)高水平科技自立自強、建設能源強國意義重大。
高溫氣冷堆是國際公認的第四代核電技術先進堆型，是世界核電未來發(fā)展的重要方向。
該堆型具有“固有安全性”，即在喪失所有冷卻能力情況下，不采取任何干預措施，反應堆都能保持安全狀態(tài)，不會出現(xiàn)堆芯熔毀和放射性物質外泄的情況。
高溫氣冷堆具有固有安全性、發(fā)電效率高、應用領域廣等優(yōu)良性能，在核能發(fā)電、熱電冷聯(lián)產及高溫工藝熱應用等領域應用前景廣闊。
示范工程位于山東省榮成市，是世界首座球床模塊式高溫氣冷堆項目，由中國華能牽頭，聯(lián)合清華大學、中核集團共同建設。建設過程中，產業(yè)鏈上下游聯(lián)合開展關鍵技術攻關和核心設備研制，攻克了一批關鍵核心技術，研發(fā)出2000多套世界首臺套設備。
依托示范工程，我國系統(tǒng)掌握了高溫氣冷堆設計、制造、建設、調試、運維技術，培養(yǎng)了一批具備高溫氣冷堆建設和運維管理經驗的專業(yè)人才隊伍，形成了一套可復制、可推廣的標準化管理體系，并建立起以專利、技術標準、軟件著作權為核心的高溫氣冷堆自主知識產權體系。
來源：科技日報 記者 張 曄
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