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中国新能源革命三部曲:落后、追赶到努力赶超

时间:2022-01-06 15:10 来源:   点击: 103 次    打印 关闭

2021年12月26日,北京,第六届“中国制造日”活动现场,会场内圆桌论坛正在进行,一位工作人员用手机拍摄“中国制造日”宣传板留念。

在如今“双碳”目标下,以清洁能源代替化石能源的必要性已不言而喻,而属于中国的这场能源革命的序幕早在几十年前便已徐徐展开。

不论是从葛洲坝到白鹤滩,还是从秦山核电站到华龙一号,它们的背后都是几代中国青年筚路蓝缕、接续奋斗的胜利果实,也是中国制造从无到有、由苦及甜的真实写照。这一张张亮眼的成绩单表明,中国正走在世界能源革命的最前列。

葛洲坝、三峡、白鹤滩

1970年,已身患重病的周恩来总理,几次召集有关人员开会,反复告诫大家:“长江出乱子,不是一个人的事,不是你的事,也不是我的事,是整个国家、整个党的事。”是“要载入党史的问题”,“我对这个问题是战战兢兢,如临深渊,如履薄冰”。

让周总理如此关注的正是刚刚开工建设两年的葛洲坝工程。

我国水力资源蕴藏丰厚,大江大河源远流长,但水利工程的发展却可谓步履维艰。1949年新中国刚成立时,全国水电装机容量只有36万千瓦,与如今三峡工程单台发电机组的一半相当,水电设备制造业也微乎其微。在当时,想要上马葛洲坝工程,将长江水截流,不外乎“天方夜谭”。

这个当年全国最大的水电工程建设项目,仅混凝土浇筑量便相当于刘家峡、丹江口、三门峡、映秀湾和新安江五个枢纽工程量的总和。两台17万千瓦发电机设备零件,重则几千吨,工厂都见所未见、闻所未闻。葛洲坝的设计,光原图就画了1.3万多张,蓝图200万张,图纸有100吨重。参与建设的大学生,拿咸菜坛子当椅子,在工地一扎就是10年。

就是在这样的条件下,1981年葛洲坝建成投产,总装机271.5万千瓦,实现了我国大江大河大电站大机组的设计制造和运营。当年的人们也许无法想象,这个曾经的“长江巨无霸”在短短的30年后,仅及三峡工程总装机容量的1/10。

尽管三峡工程让我国成功跻身世界水电前列,但在三峡左岸电站建设初期,国内还生产不了单机70万千瓦的发电机组,设备还需进口。1996年年初,中国工程院专家提出关键技术“引进、消化、吸收”的路线,以三峡工程为契机,由简单的设备购买向引进核心技术转变。

三峡集团原副总工程师、机电总工程师程永权介绍,通过这样一条技术路线,国内厂家承让技术并且分包生产,国家学会了70万千瓦整套设计制造技术,在三峡右岸、地下电站建设中实现了70万千瓦设备的国产化。

2021年6月28日,全球在建装机容量最大、世界唯一单机容量百万千瓦的白鹤滩水电站首批机组正式投产发电,全部机组也将于今年7月收官。这是我国首次采用完全自主设计制造的百万千瓦级水轮发电机组,实现了我国高端装备制造的重大突破。

在程永权看来,白鹤滩水电站标志着中国水电已处于世界领先水平,“从金沙江下游到长江中下游的一系列大电站,总装机容量已达到1.4亿千瓦,年发电量达到3000亿度,相当于节约了9000万吨标准煤。从葛洲坝、三峡到白鹤滩,我们经历了从落后、追赶到努力赶超的大跨越”。

秦山、大亚湾、华龙一号

与水电一样,我国的核电技术也走过一段漫长的“自主路”。

上世纪60年代,我国的核工业者们在西方的技术封锁下,接连研制成功原子弹、氢弹。同样是在1970年,周恩来总理指出:“二机部(核工业部前身)不能光是爆炸部,要和平利用核能,搞核电站!”这就是著名的“728”指示。

经反复论证,1973年,上海市和二机部联合向国务院提出了“建设30万千瓦压水堆核电站的方案”。方案在周总理生前最后一次主持讨论核电站问题的中央专门委员会会议上通过。

18年后,这座由我国自行设计建造的秦山30万千瓦核电站并网成功,实现了中国内地核电零的突破。1994年,引进国外技术建成的中国内地第二座核电站大亚湾核电站也正式投入运行,不过接连投产的两座核电站,并不能改变我国核电落后的局面,因为在当时,甚至每一个零配件都要依赖进口。

直到2020年,我国拥有完全自主知识产权的“华龙一号”全球首堆并网发电,标志着中国打破了国外核电技术垄断,正式进入核电技术先进国家行列。

中国核电工程有限公司顾问刘巍表示,华龙的研发设计是基于中国核工业三四十年科研、设计、制造、建设和运行经验而成,从秦山核电站30万千瓦自主化时,就不断在深化和探索核电自主化的道路,一直到现在的百万千瓦级核电技术。

中广核集团华龙一号总设计师王鑫告诉记者,目前我国的核电国产化率、自主化率已达到87%,整体技术水平比较而言,与世界核电强国处于“并跑”阶段。

“核电在碳减排方面具有先天的优势,可以对双碳目标的实现起到重要的支撑作用。”他说,一方面,核电非常稳定,可保证18个月周期内满负荷发电,另一方面,核电近乎于零碳排放,且能量密度高,一公斤原材料的裂变可相当于2500吨标准煤的能量。

同时,自日本福岛核事故以来,国家对核电采取了最高最严的建设标准,“我们始终都把安全放在首位,比如不会在断裂带、海啸易发区选址,抗震可达到9级,对极端天气也有相应的防护,甚至我们考虑到恐怖袭击的飞机撞击可能,采用双层安全壳的技术等,形成全方位的最高等级安全保障。”王鑫说,“我相信未来中国的能源结构是多元的,但是它需要有压舱石来保证电网的稳定,核电必将在这个过程中起到关键作用。”

光伏、风电、特高压

近年来,在绿色能源的舞台上,不仅有水电、核电等传统“老大哥”的身影,更有“后浪”在奋起直追,比如光伏和风电。

中国光伏行业协会副秘书长刘译阳表示,我国的光伏产业已走上高质量快速发展之路。从2014年开始,我国已经42次打破了实验室的光电转换效率纪录,今年就打破世界纪录11次,“我们有着全球最多的发明和使用专利,量产的光伏电池转换效率已经突破了23%,而2005年这个效率只有10%”。

据介绍,在硅片、电池片组件等光伏产业链方面,中国的企业产量占据了全球产量的四分之三以上,甚至硅片接近100%,设备材料国产化率超过99%。在应用层面,中国连续8年新增光伏装机世界第一,过去十年间,光伏电价下降超过85%,成为全球最便宜的清洁能源。

“去年6月四川甘孜藏族自治州每度电0.1476元人民币的价格也创造了我国最低的光伏电价纪录。”刘译阳说,“光伏发电成本的下降不仅意味着我们可以用上便宜的能源,也意味着我们可以用更少的排放去消费更多的能源”。

2020年7月,在福建福清兴化湾二期海上风电场,我国首台10兆瓦、亚洲单机容量最大的海上风电机组成功并网发电,刷新了我国海上风电机组单机容量的新纪录。

东方电气风电股份有限公司副总经理刘世洪介绍,东方电气从2004年开始进入风电领域,经过10多年的发展,目前已提供陆上、海上风机超过1.3万余台。“在水电领域我们已经走到世界前列,但在风电,特别是海峡风电领域,我们跟国外还有一定的差距,所以这个10兆瓦海上风电机组就是我们打造海上风电大国重器的成果”。

他告诉记者,我们国家海上风电资源非常丰富,有1.8万公里的海洋线,海上可开发的风电资源能达到7.5亿千瓦。在10兆瓦机组并网以来,运行性能良好,创下了单周发电172万度的优异成绩,目前已经在福建海域批量投入运用,今年在此基础上,东方电气又着手开发了13兆瓦的海上风电机组,可将发电量进一步提高25%以上。

有人问,中国的水电、风电、光伏等发电区域很多都距离用电中心较远,清洁能源所在区与电力消费负荷区基本呈逆向分布,那从这些地方发出的电怎么输送给需要用电的区域?

刘东升是兵器装备集团首席科技专家、保变电气技术负责人、特高压变压器首席专家,他所从事的特高压领域便是实现电力远距离输送的关键技术。

他介绍,特高压是指交流1000千伏、直流正负800千伏以上的输电技术,可远距离、大规模输送电力,被称为电力的高速公路,“把大量的清洁电力从几千公里外输送到用电负荷中心,只有特高压能做到。实现能源革命,离不开特高压”。

2020年建成投运的青海-河南正负800千伏工程,便是世界上首条专门为输送清洁电力建立的特高压直流工程,该工程每年可将400亿度清洁电力从1600公里外送到中原地区。

国务院发展研究中心世界发展研究所研究员丁一凡说,过去没有特高压传输技术之前,我们想要输电只能把煤炭从西北运到沿海,在沿海造电站,浪费了很多人力、物力和时间成本。中国特殊的地域特点要求我们必须要掌握特高压技术。

刘东升表示,特高压可以说是中国的独创技术,是世界上最先进的输电技术,目前中国的特高压技术和装备已在全球范围得到了广泛应用,比如巴西水电的超远距离输送,未来,在促进全球能源互联互通以及全球清洁能源革命中,特高压也会发挥关键作用。

双碳、机遇、挑战

虽然我国的清洁能源在过去的几十年间经历了飞跃式发展,但面对“双碳”目标,仍旧是任重道远。其中首要任务,便是对清洁能源的进一步开发利用。

刘译阳表示,很多人听到碳达峰、碳中和,就认为我们要少开灯、少用能、少用车,要节衣缩食,其实不然。“刚刚结束的中央经济工作会议中指出,新增可再生能源和原料用能不纳入能源消费总量控制,创造条件尽早实现能耗‘双控’向碳排放总量和强度‘双控’转变。”他解释,“这也就是说,如果是风能、光伏、水电核电等零排放的清洁能源,我们用得越多越好”。

但从另一角度来看,目前我国的清洁能源还没有达到最大程度的开发利用,能否满足社会需求还要划上一个问号。

他进一步解释道,在《关于完成准确全面贯彻新发展理念做好“碳达峰”、“碳中和”的工作的意见》里面指出“到2060年,非化石能源消费比重要达到80%以上”,而目前这个比例只有16%。意味着未来40年,我们的电力系统,我们的能源系统要进行重构。

“以光伏行业为例,我们国家有261万平方公里的荒漠化土地,按照现有的发电效率,拿出里面3%-5%来建光伏电站,它发的电就足以够我们全年使用,更不要说我们的转换效率还在不断提升。”他说,“去年我国的风电光伏发电量大概占全社会用电量的11.5%,跟英国40%的比例相比,我们还有很大的发展空间。”

王鑫也认为,目前我国的核电装机容量相对偏低,2020年统计核电发电量只占全国发电量的4.7%,相对于其他国家差距较大,美国这个比例占到40%,法国占到将近70%。

对此,复旦大学特聘教授、重庆市原市长黄奇帆分析,在供给端,今后清洁能源的供应需要有120亿千瓦装机的光伏、水力、风力等清洁能源装置,如果按每一千瓦5000元便需要60万亿元的投资。

在消费端,各种终端用电用能设施更新改造,比如电动车、智能环保建筑以及储能技术、储能电池的投入,至少需要40万亿元的投资需求,再加上远距离输配电的特高压和智能电网设施等投资,就会达到150万亿元。

“对此要鼓励有条件的地区发挥自身优势,通过破链、强链、补链加快形成空间上高度集聚,上下游紧密协同,具有全球竞争力的世界级清洁能源、产业链集群,我相信在这个过程中中国将出现一批主导型的企业和几十甚至上百家独角兽企业,我们期待这些企业在绿色经济革命中发挥主力军的作用。”黄奇帆说。

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