积极探索带来广阔前景

2023-06-21 理论教育版权反馈

【摘要】：欧盟、美国及日本，正在开发用于700℃新一代超超临界燃煤发电机组的镍基合金材料及加工工艺，预计2015年以后，相关的高温材料可以进入商业化开发阶段。同时，二氧化碳封存的安全性、可靠性，以及对生态环境的影响也在积极探索之中。之后，各国将会研究可持续发展的商业模式，预计在2030年以后，碳捕集技术有可能得到规模化的推广应用。目前，超导技术已在产生磁场方面得到实际应用，在输变电方面开展了应用研究，并取得了积极进展。

（1）新一代超超临界燃煤发电机组

以超超临界燃煤发电、超临界循环流化床发电、整体煤气化联合循环发电为代表的先进燃煤发电技术，将传统燃煤发电带入了高效、清洁利用的新阶段，开辟了绿色煤电的广阔发展空间。

未来燃煤发电技术，将向进一步提高燃煤效率和减少污染排放方向发展。为此，有采用更高蒸汽参数的新一代超超临界燃煤发电机组的趋势。

目前，欧盟、美国和日本都在开发更高参数的新一代超超临界燃煤发电机组，以实现更高的发电效率和更低的污染排放。新一代超超临界燃煤发电技术将蒸汽温度提高到700℃，可大幅提高热效率，使其达到50%～55%，其煤耗将比目前投运的超超临界燃煤发电机组减少10%～15%；新一代超超临界燃煤发电机组的减排效果更加明显，二氧化碳排放量将比现有超超临界燃煤发电机组减少15%左右，二氧化硫和烟尘的排放量也将大幅减少。

高温材料，是发展新一代超超临界燃煤发电机组是否能实际工程应用的关键。欧盟、美国及日本，正在开发用于700℃新一代超超临界燃煤发电机组的镍基合金材料及加工工艺，预计2015年以后，相关的高温材料可以进入商业化开发阶段。

我国已建立“国家700℃超超临界燃煤发电技术创新联盟”，正积极跟踪、研发700℃新一代超超临界燃煤发电机组的重要高温合金部件，积累高温合金部件的制造和运行经验，力争掌握新一代超超临界燃煤发电机组的关键技术，实现燃煤发电技术的新突破。

（2）碳捕集与封存技术装备

努力减少燃煤发电的污染物排放，是电站前沿技术的重要研究课题。碳捕集与封存（Carbon Capture and Storage，简称CCS）技术，为我国未来燃煤发电减少温室气体排放直至实现近零排放带来了新的希望。

目前，世界各发达国家都在开展各种形式的碳捕集与封存技术的研发和示范工作。澳大利亚、日本和英国等发达国家均建设了千吨级的小规模试验示范装置。同时，二氧化碳封存的安全性、可靠性，以及对生态环境的影响也在积极探索之中。

我国也在开展碳捕集与封存技术的研究。在华能集团北京高碑店电厂建成3000吨/年碳捕集装置后，又在上海石洞口第二发电厂建设了10万吨/年规模的碳捕集装置。

展望未来，低能耗、低成本的新型碳捕集技术是研发重点。随着世界各国研发投入力度的加大，预计今后将有一批较大规模的碳捕集技术示范工程出现。之后，各国将会研究可持续发展的商业模式，预计在2030年以后，碳捕集技术有可能得到规模化的推广应用。我国将积极跟踪相关技术进展，开展攻关研究并进行技术储备，以满足低碳经济发展需要。

（3）核聚变技术

核聚变被认为是最有发展前景的核电技术。与核裂变不同，核聚变是氢元素发生原子核互相聚合作用时伴随着能量释放的核反应过程。相比核裂变，核聚变几乎不会带来放射性污染等环境问题。核聚变的燃料来自于水中的氘和氚元素，是近乎取之不尽、安全清洁的能源。

核聚变可释放出巨大的能量，但要利用核聚变产生的巨大能量为人类服务，必须使核聚变在人类的控制下进行，这就是受控核聚变。为促进核聚变研究，目前世界上已实施国际热核聚变实验堆（ITER）计划，目标是在2050年实现核聚变堆的示范应用。2006年，我国签署了加入国际热核聚变实验堆计划的协定。

我国核聚变研究以实现受控热核聚变为主要目标，从20世纪70年代开始，集中选择了托克马克为主要研究途径，先后建成并运行了一批托克马克实验装置。

目前，国际核聚变研究正处于自由交流与合作阶段，如果把握好当前国际合作与交流的时机，加大国内核聚变研究的投入，在未来几十年，我国也有可能在聚变核电站的设计和制造方面，迈出重大步伐。

（4）超导电力技术装备

1911年，荷兰科学家昂尼斯（Onnes）发现，在温度达到-269℃（4.15K）时，金属汞的电阻突然降低到仪器无法测出的程度。这种在低温条件下物质电阻突然消失的现象称之为超导现象。具有超导现象的材料被称为超导体。

从发现超导体开始，人们就普遍认识到，有了电阻为零、传输电流没有损耗的材料将对整个电机工业的发展产生重大革命性影响。经过不断努力，随着实用超导材料的发现，超导的实际应用已经具有了重要现实意义。

在电力系统中，应用超导技术可以提高电网的输电容量、降低电网的损耗、实现电能储存、限制短路电流、改善电能质量、提高电力系统运行的稳定性和可靠性。目前，超导技术已在产生磁场方面得到实际应用，在输变电方面开展了应用研究，并取得了积极进展。

与常规输电技术相比，超导输电具有传输能力大、损耗小的优越性，占地面积可大为减少。2008年，美国纽约长岛一条138千伏、额定电流2千安、长609米的超导电缆投入商业运行。我国已研制成功35千伏/2千安、长30米和10.5千伏/1.5千安、长75米的三相超导电缆，并分别在云南普吉与甘肃白银长期试验运行。随着技术的不断成熟和经济性的日益提高，超导电缆输电将得到更加广泛的应用。

图8-7 云南普吉变电站高温超导电缆项目

与现有变压器相比，超导变压器具有温度稳定、寿命长、绝缘性能好等一系列优点，特别适合作为容量为数万千伏安变电站的主变压器。1997年，ABB公司研制成功一台18.7千伏/420伏、630千伏安的三相高温超导变压器，并在日内瓦投入试验运行。1999年，美国Wakusha公司与IGC公司，研制成功1兆伏安单相超导变压器。我国也于2005年研制成功10.5千伏/400伏、630千伏安的超导变压器。

未来超导电力技术将开展与电力电子技术相结合的研究，探索新的、高性能和高临界温度的超导材料，并进行超导电力装置与电力系统相互作用的机理研究。可以预计，在超导电力设备规模化生产和大幅度降低成本的基础上，超导电力技术装备将发展成为电机工业的重要分支。

积极探索带来广阔前景

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