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國家電投三大創新引領企業發展 兩個國家科技專項創新成果顯著
2019-05-21
 1.國家電投三大創新引領企業發展。
  國家電投作為大型先進壓水堆核電站重大專項的牽頭實施單位和重型燃氣輪機重大專項的實施責任單位,始終秉持創新是引領發展的第一動力,不斷追求創新、高效的運作模式:
  完善創新體系,強化創新戰略的制定與執行,構建縱向一體、橫向協同的組織管理體系和“寶塔型”研發體系;加大創新投入,建立多層次、多渠道、多元化科技創新投入機制;夯實研發平臺,建成一批國內領先的研發機構,具備雄厚的科研開發、技術驗證和設備鑒定能力;構筑合作聯盟,加強“產學研用”一體化協同創新,推進軍民融合協同發展,牽頭組建6個產業技術創新聯盟;培育新興產業,開展氫能、儲能等綜合利用示范項目,建立智慧能源生態體系,著力推動新業態、新商業模式創新;強化人才保障,建設結構合理、素質優良的科技人才隊伍,形成可持續科技創新能力;打造雙創平臺,以“線上平臺(和創網)+線下空間”協同模式,促進資源共享、供需對接,獲批國家工業和信息化部2018年制造業“雙創”試點示范項目。
  通過管理創新、技術創新、商業模式創新等一系列創新舉措,國家電投有效實現了“低碳能源規?;?,傳統能源清潔化,能源供應多能化,終端用能高效化,能源系統智能化”的整體思路與戰略布局。近3年來,國家電投獲得省部級以上科技獎勵93項,累積獲得專利授權2721件,主持和參與制定國際、國家和行業技術標準共計620余項。
  2.兩個國家科技重大專項創新成果顯著。
  國家電投肩負國家三代核電自主化、產業化、國際化的光榮使命,勠力以赴完成國家賦予的重任。彰顯了國家電投在核電研發、工程建設、相關設備材料制造和運營管理方面的強大的技術實力和產業鏈整合能力,有力帶動和促進了我國整個核電產業的發展。
  “國和一號”(CAP1400)自主化型號開發依托國家電投牽頭承擔的國家重大專項課題研究成果,旨在實現我國核電核心技術自主化,以及核電關鍵設備及材料國產化。
  “國和一號”是在引進消化吸收AP1000三代核電技術的基礎上,通過再創新形成的具有自主知識產權、功率更大的大型先進非能動壓水堆核電型號,功率達到1500MWe。
  “國和一號”基于非能動安全理念,采用最新國際標準,滿足最嚴排放要求、全面貫徹縱深防御理念、實現非能動安全,事故后72小時內操縱員不需干預。充分考慮福島核事故后相關技術要求,能有效應對地震、海嘯、大飛機撞擊等極端事件,滿足實際消除大規模放射性釋放要求,是當今世界上最安全、最先進的三代核電型號。2016年4月通過國際原子能機構IAEA的通用安全審評,獲得了國際認可。
  如今,國和一號設備研制基本完成,示范工程設備國產化率達到85%以上,有效形成了國內三代核電裝備產業鏈。壓力容器、蒸汽發生器、控制棒驅動機構、爆破閥等主設備已全部實現國產化;大鍛件、蒸汽發生器690傳熱管、核級鋯材、核級焊材等關鍵材料基本實現國產化;自主化先進核燃料定型組件研制成功;11種泵、10類閥門工程樣機基本研制完成。國和一號綜合性能特別是經濟性優于AP1000,后續批量化造價還能再降低10%以上。
  “國和一號”自主化型號的成功開發,標志著我國已經全面掌握了第三代非能動核電技術,也標志著我國核電技術達到世界一流水平。
  重型燃氣輪機集新技術、新材料、新工藝于一身,以超級高效、清潔、靈活的特點,被譽為裝備制造業“皇冠上的明珠”。
  2012年國務院啟動“航空發動機及燃氣輪機”國家科技重大專項論證。國家電投牽頭聯合哈爾濱電氣集團公司、東方電氣集團公司、上海電氣集團公司,開展重型燃氣輪機自主研制,按照“小核心、大協作、開放式、專業化、輕資產”的工作指導思想,打造自主知識產權重型燃機產品,建立完整的產業鏈和自主創新體系,助力我國“制造強國”和“走出去”戰略的實施。
  經過不懈的努力,重型燃機產品自主化研制取得了突破性進展。現已完成F級300MW重型燃機概念設計階段主要設計工作,正在開展壓氣機、燃燒室和透平三大部件等關鍵零部件試制和試驗工作,在設計研發、材料和試制、零部件試驗等方面取得階段進展。壓氣機完成進口多級試驗件加工和裝配,即將開始試驗;燃燒室完成噴嘴和火焰筒等加工制造,正在進行噴嘴低壓性能試驗;透平完成第一級靜、動葉鑄件首件鑒定,實現重型燃機大尺寸高溫透平葉片的自主設計及材料、冶煉、制造等國產化。
  秉承以我為主、自主可控的原則,分別與意大利安薩爾多能源公司、德國西門子公司簽署技術合作協議,充分借鑒國際廠商的先進經驗,加快實現具有完全自主知識產權的重型燃機技術的研發目標。
  3.推動火電轉型,打造能源標桿。
  高效靈活,推動能源轉型。百萬千瓦高效寬負荷超超臨界機組開發與應用。國家電投牽頭承擔的“1000MW高效寬負荷率的超超臨界機組開發與應用”科技支撐計劃課題,給國家科技部交出了一份滿意的答卷??翁夂誦某曬哐?000MW一次中間再熱超超臨界示范機組,實現50%負荷機組效率提升超過3個百分點,供電煤耗平均降低約25g/kWh,同時保證了機組在低負荷時具有較強的靈活性;課題在汽輪機葉型優化、爐膛選型、高效低氮燃燒、煙氣深度梯級利用、全容量蛇形管零號高加制造等方面完成了多項核心技術突破,取得26項國家專利,同時解決了低負荷下催化劑失效、空預器堵塞、布袋損傷等頑疾,實現了寬負荷高效可靠運行??翁獬曬っ鞲咝Э碭漢墑淺俳緇櫸⒄溝男路較?,并將為提升機組調峰的經濟性,消納新能源提供重要保障。
  創新無止境,打造新標桿。國家電投圍繞超高參數發電技術,對系統集成、工藝設計等關鍵技術創新研究,提出二次再熱汽溫最佳控制措施、集成超凈排放與深度節能等59項新技術,首次將百萬機組二次再熱溫度提高到620℃,通過工程應用,發電效率達到48.12%、供電煤耗255.29g/kWh,均刷新世界紀錄。項目獲2018年“亞洲電力金獎”。 技術創新永無止境,在鄆城示范項目中,首次應用國產G115新型高溫材料,帶功率平衡發電機雙機回熱、四梯度機爐耦合煙氣余熱利用等先進技術,將百萬機組二次再熱溫度提高到630℃,發電效率超過50%,成功打造我國超高參數火電機組新標桿。
  以匠心技術,提升火電性能。為化解新能源消納與火電產能過剩的矛盾,國家電投利用自身技術優勢,致力于火電機組靈活性提升技術的研究與應用。在運行靈活性方面,攻克了深度調峰下設備安全性、低負荷穩燃、全負荷脫硝及系統協調控制等難點問題,實現了深度調峰技術在不同類型燃煤機組的工程應用,純凝工況下最大調峰負荷可達20%。在燃料靈活性方面,攻克了大比例摻燒劣質煤技術、污泥摻燒、煤泥摻燒、垃圾氣化耦合等相關技術;首創利用抽汽增加鍋爐干燥出力,實現磨煤機滿出力摻燒褐煤。在供能靈活性方面,攻克了超臨界機組主汽供熱、低壓缸零出力、循環冷卻水余熱利用及大溫差余熱利用等技術。該技術已在集團內東北公司,吉電股份,河南公司等單位得到示范應用,同時已推廣應用到利港電廠等集團外發電企業。
  4.挖掘清潔能源潛力,構筑多能互補“智慧”生態
  智能調控,構筑多能互補新生態。水光互補技術通過水輪機組的快速調節應對氣象變化對光伏發電的影響,使發電出力平穩輸出。針對獨立太陽能光伏發電具有的間歇性,波動性和難以預測性等特點,充分利用庫存水量及水力發電進行彌補性調節,將原本不穩定的光伏電源,調整為更加均衡的平滑穩定電源,解決了大規模光伏發電直接接入電網后對電能質量和安全穩定運行的影響。該技術的研究提出了水光互補運行分析的關鍵技術及分析方法,建立了水光互補協調運行數據模型,制定了一套水光互補調節運行控制的方法,并取得兩項國家發明專利,提升了水電站調峰調節的備用能力,達到水電與光伏發電互補的雙贏格局,為清潔能源多能互補提供了新型發展模式,為國際能源結構調整探索了新道路。該技術已在龍羊峽水光互補電站示范應用,未來將在青海千萬千瓦級新能源基地中推廣應用。
  依托聯盟優勢,實現多種孤立電網聯合運行。國家電投聯合清華大學、武漢大學等單位共同承擔“含可再生能源的孤立電網的運行控制技術及示范”863重大計劃課題。通過課題研究,提出了通過直流電壓控制快速調節電解鋁負荷有功的方法,以及發電機勵磁電壓控制器、電解鋁裝置飽和電抗控制器的設計研究,尋找到頻率偏差快速調節電解鋁負荷電壓和電抗器飽和度的方法??⒘撕呱嘎史緄綣鋁⒌繽丶刂葡低秤牘こ碳際跫白氨?,并在霍林河建成了百萬千瓦級示范工程。在世界上首次實現了含風電、火電和電解鋁負荷的百萬千瓦級孤立電網的聯合運行,攻克了高載能工業孤立電網消納大規模風電的難題,打造了循環經濟產業鏈。該項目成果取得國家發明專利7項,榮獲聯合國氣候大會“今日變革進步獎”,近三年新增利潤5億元。
  科技“捕風手”,挖掘清潔能源潛力。國家電投通過將新能源技術和電力氣象技術有效結合,依托精細化的風資源普查及評估手段、高效的風電場運維模式,打造了自主可控關鍵核心技術軟件平臺——御風系統。該系統集風資源評估、電力氣象預報、風場控制優化等功能于一體。采用四維實時同化預報模式,提供短期和超短期天氣預報,為陸上和海上新能源項目建設、運維提供全方位氣象預報保障,并實時追蹤各氣象要素變化,為場站提供動態最優邊界條件,通過主動調整風機運行狀態,提升場站發電效率。該系統集成最高分辨率的全球新能源資源圖譜,實現新能源開發與消納的精準規劃,成功應用于內蒙古烏蘭察布600萬千瓦外送風電基地。
  國內首創智能場站,提升生產管理效能。該項目多項技術成果達國內領先。首次在發電領域應用5G通訊組網技術;首次在同一平臺實現新能源多場站、不同類設備的遠程診斷;在國內發電站首次實現無人機、機器人現場無人控制、自動巡檢;首次在新能源智能安防應用虛擬電子圍欄;首次采用集團公司全景業務編碼和故障分類代碼標準,實現數據統一建模和多系統數據標準化集成。首次將區域集控系統與ERP集成,實現工單預警自動觸發機制和作業成本自動歸集。該項目對實現“區域維檢、無人值班、場站安保”,提升生產管理效能具有典型示范作用和重大推廣價值。
  5.“智慧大腦”促發展站穩新業態前沿
  關鍵環節自主化,推動氫能市場化應用。國家電投在電堆產品研發中,自主掌控了從原料到產品的全部關鍵環節,突破了高活性高耐久性催化劑、氣體擴散層等膜電極關鍵材料和膜電極制備技術,并在國內首次開發出高性能鈦材金屬雙極板,攻克了大功率電堆設計和組裝技術。在此基礎上,自主研發了第三代高性能、低成本燃料電池產品——30kW級燃料電池電堆,其綜合性能已達到國內領先、國際先進水平。氫能電池電堆產品具有高性能、低成本的特點,它的成功開發實現了氫能產業鏈關鍵環節的自主化,在氫能交通、分布式供能、備用與應急電源等領域具有很強的市場的競爭力。
  站穩儲能技術前沿,提高電力設施利用率。鐵鉻液流電池具有效率高、循環壽命長、使用溫度范圍大,功率??榛?、成本低廉等優點,是目前最具有發展前景的儲能技術之一。國家電投已完成實驗室研發,中試等環節,正在建設國內首個百千瓦(兆瓦時)級示范電站,計劃于2019年9月落成,2020年正式示范運行。同時開發三代鐵鉻液流電池技術,將電流密度提升一倍,產業化后的度電成本將大幅降低,可與抽水蓄能技術的經濟性相競爭。該技術整體具有國際領先水平,在配合可再生能源友好上網、提供發電機組的調峰調頻服務、提高輸配電設施利用率、提高電能質量、微電網應用等方面極具優勢。
  “智慧大腦”,促生態能源系統實現應用。國家電投北科產業園綜合智慧能源項目,采用“市電補充、削峰填谷、熱電協同、多能互補、梯級利用、智能控制”的設計理念,集成天然氣三聯供、分布式光伏、分散式風機、電儲能、燃氣鍋爐、直燃機、螺桿式電制冷機組、分體空調等多種供能、儲能與用能設備,在對能源生態系統科學規劃的基礎上,實現電、熱、冷、氣的統一供給與協同轉化。該項目配置了與清華大學聯合開發的多能流能量管理系統IEMS,通過對負荷進行精確預測與智能控制,實現能量梯級利用與協同轉化,增加了供能可靠性,充分消納風、光等清潔能源,提高能源綜合利用效率10%-30%,有效促進綠色能源供結與消費。
  分布式能源系統,實現全時自動化。國家電投積極推進上海前灘分布式能源示范項目,旨在為區域內單體建筑集提供空調冷熱源和生活熱源,有效提高能源利用效率,實現低碳排放,并已正式投產。該項目是以天然氣為基礎能源的冷熱電聯供的分布式能源系統,能源站由三個子系統構成,承擔蓄能、冷/熱/電聯供、尖峰負荷供能三大功能,能源綜合利用效率達到83%以上,節能20%以上,減排溫室氣體40%。能源中心采用高效蓄能技術,擁有亞洲最大的單體鋼結構2萬5千噸蓄能水槽,利用夜間用能低谷時段蓄能。同時建設了“互聯網+”分布式控制系統,高度集成的信息采集和設備運維管理系統,實現全站運行自動化。
  6.協同產業顯成色,多領域應用顯成效
  打破壟斷,自主研制,國際先進。多晶硅是電子信息行業的“基石”,是以光伏為代表的智慧能源產業最基礎的原材料。半導體級多晶硅要求硅純度達到9N以上。作為戰略性原材料,半導體級多晶硅的生產技術和市場長期由國外壟斷。國家電投是國內第一家掌握半導體級多晶硅生產和質量控制核心技術的生產企業,年產量2500噸,國內市場占有率13%,為國內同類產品第一名,硅純度達到11N,,質量處于國際先進水平,打破了我國集成電路戰略原材料完全依賴進口的局面。2018年,入選工業強基工程重點產品,存儲器工藝“一條龍”應用計劃示范企業和示范項目。
  機械化掘進技術,跨行業效率應用。國家電投對煤礦行業中廣泛運用的綜合機械化掘進工藝技術進行創新,開發了鋁土礦山綜掘巷道長抽短壓通風方式與可調式組合噴頭高壓細水降塵技術;改進和完善了綜掘機內外噴霧系統;開發了巖巷變形吸能錨桿鋼纖維噴射混凝土支護技術,形成了與綜掘工藝相匹配的快速支護方式與支護工藝。該成果的成功應用,顯著提升挖掘效率,提高現場作業安全,實現瓦廠坪礦建工程提前2年,大竹園礦建工程提前3年建成,節約投資2.3億元。為地下鋁土礦快速高效建設生產帶來革命性變化,為在鋁土礦山或非煤礦山推行長臂采礦方法和機械化綜合采礦工藝奠定了成功的基礎。
  高效低耗超低排放,多領域應用顯成效。為響應國家超低排放號召、滿足高效低成本超低排放技術需求,國家電投在常規濕法脫硫技術基礎上開發了沸騰式泡沫脫硫除塵一體化技術。該技術通過強化吸收塔內氣、液、固傳質效果提高脫硫效率,同時實現對細顆粒粉塵的高效脫除,脫硫系統粉塵總體脫除率>80%,單塔脫硫效率超過99%。經專家鑒定認為“整體水平達到國際先進水平”。該項目先后獲得省部級科技獎勵6項,并入選環保部3iPET百強技術,申請專利20件,其中通過PCT途徑提交國際專利申請2件。截止2018年底,該技術已廣泛應用于電力和非電領域煙氣超低排放項目126臺燃煤機組,應用裝機容量超70000MW,每年減排粉塵3.19萬噸、二氧化硫471.64萬噸。
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