先导科技或将能源低效利用历史

　　能源是人类社会发展的重要物质基础,攸关国计民生和国家核心竞争力。当前,世界能源格局深刻调整,供求关系总体缓和,应对气候变化进入新阶段,新一轮能源蓬勃兴起。我国经济发展步入新常态后,能源消费增速趋缓,但发展质量和效率问题依旧突出,供给侧结构性刻不容缓,但能源转型变革任重道远。深入推进能源,着力推动能源生产利用方式变革,建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系,是能源发展的重大历史。

　　如何更加高效的利用低阶煤?如何发展清洁、高效、安全、可靠的核裂变能?这些问题在近日举行的中国科学院新闻发布会上得到回应。

　　中国科学院日前在召开2017年第二季度例行新闻发布会,通报了中科院战略性先导科技专项(A类)实施进展情况。中科院重大科技任务局和部分A类先导专项负责人在会上介绍了有关情况,并回答了提问。

　　界能源结构中,煤炭一直处于重要地位。在我国能源结构中,煤炭居主导地位。然而,记者在发布会上了解到,占我国已探明煤炭储量(10200亿吨)55%以上的低阶煤(褐煤/次烟煤)煤化程度却偏低,“由于低阶煤水含量高,直接燃烧或气化效率低、且现有技术无法充分利用其资源价值,导致了煤炭资源的巨大浪费。”中国科学院山西煤炭化学研究所所长王建国指出。

　　在这一背景下,中科院2012年2月启动战略性先导科技专项“低阶煤清洁高效梯级利用关键技术与示范”,依据低阶煤的组成与结构特征,提出低阶煤清洁高效梯级利用的整体解决方案,形成“热解-油气提质-半焦燃烧-发电”、“热解-气化-费托合成-油品共处理”和“热解-气化-合成”技术线年的努力,突破十项以上关键示范技术,形成适合我国资源特征的高能效、低污染、低排放和高值化的低阶煤综合利用技术体系,使系统能效提高5~8个百分点,硫、硝和重金属等污染物排放显著降低,二氧化碳减排,推动我国煤电和煤化工行业的技术进步。

　　经过近5年的努力,王建国指出,在低温热解方面通过独创的固体物料加热、物料循环控制、热解炉排焦等手段,目前已成功控制了固体热载体燃烧床和热解床的能量和物料交换,实现了双床的有机耦合。2015年11月,240吨/天固体热载体煤低温热解中试装置实现满负荷稳定运行,这是国内首次实现10万吨/年规模的循环流化床粉煤热解装置满负荷运行,为后续热解半焦的燃烧和气化目标的实现奠定了基础。专项实施期间,带动大中型企业投入约100亿元,预计“十三五”期间将有400亿元投资,为企业的转型、产业的提升以及我国煤炭清洁高效利用起到重要的技术保障作用,为经济社会发展培育了新动力、拓展了新空间。

　　在政策方面,《煤炭工业发展“十三五”规划》提出,促进煤炭清洁高效利用。按照“清洁、低碳、高效、集中”的原则,推进煤炭深加工产业示范。以国家能源战略技术储备和产能储备为重点,在水资源有保障、生态可承受的地区,开展煤制油、煤制天然气、低阶煤分质利用、煤制化学品、煤炭和石油综合利用等5类模式以及通用技术装备的升级示范,加强先进技术攻关和产业化,提升煤炭效率、经济效益和环保水平,发挥煤炭的原料功能。其中,低阶煤中低温热解分质被列为“十三五”煤炭科技发展重点。

　　同时,《能源发展“十三五”规划》提出,采用先进煤化工技术,推进低阶煤中低温热解、高铝粉煤灰提取氧化铝等煤炭分质梯级利用示范项目建设。新型低阶煤热解分质被列为需要集中攻关的能源科技创新关键技术。

　　“按照现在的利用效率,地球上的铀资源只能用约百年,但应用这一系统可让铀资源的利用提升至数万年。”中科院近代物理研究所副所长徐瑚珊说。

　　据徐瑚珊在发布会上介绍,2011年中科院启动了战略性先导科技专项(A类)——“未来先进核裂变能-ADS嬗变系统”。经过6年多的攻关,专项从零开始,突破ADS强流超导质子直线加速器、高功率散裂靶、次临界反应堆等关键核心技术并部分引领国际发展。同时,随着专项工作不断深入开展,对核裂变能可持续发展进行了再思考。在认识到传统的ADS方案在经济性上缺乏竞争力且技术挑战巨大之后,原创地提出了“加速器驱动先进核能系统ADANES(Accelerator Driven Advanced Nuclear Energy System)”全新概念,并已通过大规模并行计算模拟研究证明了其原理上的可行性,完成了一系列实验室模拟原理验验并取得了突破性进展。

　　核燃料的利用效率和乏燃料的安全处理处置问题,是国际核能界面临的共同挑战。加速器驱动次临界系统(ADS,Accelerator Driven Subcritical system)被国际为最有前景的乏燃料安全处理的技术途径。我国科学家在未来先进核裂变能——加速器驱动次临界系统(ADS)研究中取得重大,并基于此在国际上首次提出一种新核能系统——加速器驱动先进核能系统(ADANES),有望使核裂变能成为可持续近万年、安全、清洁的战略能源。

　　目前,战略性先导科技专项(A类)团队已成功研制出国际上第一台ADS超导质子直线加速器前端示范样机,能量突破25MeV(兆电子伏),成为国际同行开展合作的研究平台;原创性地提出颗粒流散裂靶概念,并完成分项关键技术验证,建成颗粒流靶原理样机(调试中),引致国际研究;原创提出了全新的加速器驱动先进核能系统(ADANES),为探索更高效、更安全的核燃料循环体系奠定了基础;次临界堆装置关键技术研究取得重大突破。

　　据悉,这一系列重大在国内外交流、中科院组织的国际评估、中期检查、绩效评估中均得到专家的高度认可。

　　在政策方面,《2017年能源工作指导意见的通知》对沿海核电的发展做出明确,并首次明确提出年度审批开工和建设完工目标。新核电厂的审批工作将于2017年重启是大概率事件,2017年计划开工8台机组,推进新的8台机组的项目前期工作。

　　根据我国《能源发展战略行动计划(2014~2020年)》,到2020年我国在运和在建核电装机容量将达到8800万千瓦,预计至2020年将招标30台以上机组,如果按照每台机组150亿元计算,则总体市场空间近5000亿元。中国核工业集团表示,国际上现在有70多个国家已经或正在计划发展核电,其中“一带一”沿线年前在“一带一”沿线次常务会议审议通过了中科院“创新2020”规划,其任务之一是由中科院组织实施战略性先导科技专项。先导专项充分利用中科院建制化优势,组织院内外优量,共同实施的跨学科、跨领域的重大科技任务,致力于突破带动技术创新、促进产业的前沿科学问题,突破提高健康水平、保障改善民生、破解资源瓶颈制约的重大公益性科技问题,突破增强国际竞争力、的战略高技术问题,促进技术变革和战略性新兴产业的形成发展,服务我国经济社会可持续发展,取得世界领先水平的原创性,占据未来科学技术制高点并形成集群优势。