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能源技术革命重点创新行动路线图
时间:2016-05-11 18:11:11  浏览:0次  来源: 国家发改委  编辑:科技处
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一、煤炭无害化开采技术创新

(一)战略方向

1.煤炭资源安全高效智能开发。重点在煤炭开采隐蔽灾害探查、重大灾害综合治理、应急救援技术及装备、煤系共生伴生资源综合高效开发利用、煤炭资源回收率提高、煤炭智能开采、地下气化开采等方面开展研发与攻关。

2.煤炭资源绿色开发与生态矿山建设。重点在绿色高效充填开采、绿色高效分选技术与装备、采动损伤监测与控制、采动塌陷区治理与利用、保水开采、矿井水综合利用及深度净化处理、生态环境治理等方面开展研发与攻关。

(二)创新目标

1.2020年目标。煤炭安全绿色、高效智能开采技术水平大幅提升。大中型矿区基本实现安全绿色开采,原煤入洗率达到80%,采动环境损害降低70%以上,煤矿稳定塌陷土地治理率达到85%以上;基本实现智能开采,机械装备及智能化控制系统在煤炭生产上全覆盖,重点煤矿区采煤工作面人数减少50%以上,全国煤矿采煤机械化程度达到90%以上,掘进机械化程度达到65%以上;单个气化矿井年气化50万吨煤炭。

2.2030年目标。煤炭实现科学产能。实现煤炭安全开采;基本建成绿色矿山,原煤入洗率达到应洗尽洗,采动环境损伤降低90%以上,煤矿稳定塌陷土地治理率达到90%以上;实现智能化开采,重点煤矿区基本实现工作面无人化、顺槽集中控制,全国煤矿采煤机械化程度达到95%以上,掘进机械化程度达到80%以上;规模化地下气化开采矿井实现工业示范。

 

 3.2050年展望。全面建成安全绿色、高效智能矿山技术体系,实现煤炭安全绿色、高效智能生产。

(三)创新行动

1.地质保障与安全建井关键技术。研究西部煤田地质勘探技术、大深度和智能化的地质钻探技术及装备、直升机时间域航空电磁技术、无人机航磁技术、环境地质和灾害地质的评价及煤矿安全地质保障技术;研究千米冲积层立井施工、西部弱胶结软弱岩层钻井法凿井和大斜长沿轴线斜井冻结等安全建井关键技术。

2.隐蔽致灾因素智能探测及重大灾害监控预警技术。研发煤矿水害、火灾、瓦斯、顶板及冲击地压等主要灾害隐蔽致灾因素智能探测技术与装备,研究重大灾害危险源及前兆信息识别与自分析评价技术,研发事故隐患相关基础参数、工程参数、人员及设备运行状态与故障参数等信息监测技术及装备,以及重大灾害智能预警技术。

3.深部矿井煤岩、热动力灾害防治技术。研发深部矿井采场及围岩控制技术与装备、以区域卸压增透和致裂卸压增透为主的深部矿井煤岩瓦斯灾害治理技术及装备,研发以阻化泥浆和液氮为主的深部矿井自然发火综合防治技术、工艺与装备;研究以集中降温和局部降温为主的深部矿井热害综合治理技术。

4.矿山及地下工程重大事故应急救援技术及装备。研发煤矿重大事故灾区高可靠性无人侦测技术、救援通道快速构建技术及装备、灾变环境应急通讯及遇险人员搜求技术与装备,以及分布式联合仿真救援培训演练系统与综合管理信息平台。

5.煤炭高效开采及智能矿山建设关键技术。研发煤矿智能化工作面成套技术及装备、巷道高效快速掘进技术与装备,以及薄和较薄、大倾角-急倾斜及特厚的煤层高效高回收率开采技术与装备;研发千万吨级矿井大型提升装备、煤矿智能供配电与节能技术;研究矿山海量数据存储管理和并行分析技术、基于云服务和大数据技术的煤矿智能预测和决策系统,以及矿业感知、管控、诊断与维护技术。

6.与煤系共伴生资源综合开发利用技术。研究煤矿区煤炭及伴生资源条件探测和精细识别技术,以及矿井水井下储存、深度净化处理、综合利用与水环境保护技术;研发西部煤田控火及热能利用技术、煤与煤层气共采及瓦斯高效抽采利用技术与装备;开发“煤-水-气-热-铀”多资源共采关键技术。

7.煤炭绿色开采与生态环境保护技术。研发井下采选充一体化技术及装备、绿色结构充填控制岩层沉陷关键技术,以及大型露天矿连续、半连续开采工艺生产系统关键技术与装备。开展无煤柱连续开采、保水开采、矿区环境遥感监测、采动损伤监测与控制、高强度大规模开采、西部浅埋煤层开采覆岩移动与控制等技术研究,研发毛煤井下分选与矸石井下充填处置技术与装备。

8.煤炭高效分选关键技术与装备。研发煤炭精细化重介质分选技术、高效干法选煤技术、煤炭产品质量监测与选煤过程智能控制技术、千万吨/年模块化洗选技术与装备,以及矿区煤泥综合利用技术。

9.矿区地表修复与重构技术。研究煤炭开采与城镇化建设协调开发技术、煤炭高强度开采沉陷与生态演变精准监测及修复治理技术,以及赤泥与煤矸石混合堆存技术;研发矿区地貌、土壤、植被、水体重构和景观再造技术。

10.煤炭地下气化开采技术。研究气化煤层的赋存条件判识,以及高可靠性的地下气化炉燃烧工作面位置监测方法,研发拉管法后退式注气装备与工艺,以及地下气化的燃空区充填及气化工作面组的接替技术与工艺。

二、非常规油气和深层、深海油气开发技术创新

(一)战略方向

1.非常规油气勘探开发。重点在页岩油气赋存机理、资源和选区评价等基础理论与技术,页岩油气藏地质建模、动态预测和开采工艺,页岩油气长水平井段水平井钻完井及压裂改造技术和关键装备等方面开展研发与攻关;在深层煤层气开发、复杂储层煤层气高效增产、低阶煤层气资源评价与开发、煤层气开发动态分析与评价,以及煤层气井高效排水降压工艺等方面开展研发与攻关;在新萄京ag65609com水合物勘探目标预测及评价、钻井及井筒工艺、高效开采,以及环境影响评价和安全控制等方面开展研发与攻关。

 

2.深层油气勘探开发。重点在深-超深层油气成藏地质理论及评价、储层地震预测及安全快速钻井、深层超高压油气流体评价,以及复杂储集层深度改造和开发配套等方面开展研发与攻关。

3.深海油气开发技术与装备。重点在深远海复杂海况下的浮式钻井平台工程、水下生产系统工程、海底管道与立管工程、深水流动安全保障与控制、深水钻井技术与装备,以及基于全生命周期经济性的开发技术评价及优选等方面开展研发与攻关。

(二)创新目标

1.2020年目标。在非常规油气勘探开发方面,初步明确页岩油气富集机理、流动机理,建立页岩油气资源与选区评价、储层微观孔隙结构表征、页岩含气量准确测定、页岩气测井综合评价、甜点地球物理预测、产能预测、长水平段水平井钻完井及分段压裂技术,陆相页岩油气地质与工程应用基础研究取得进展,主要装备、工具、材料基本实现自主化生产,单井成本降低10%以上,页岩油气勘探开发技术体系总体达到国际先进水平;主要煤层气基地直井平均产量达到2500方/天,水平井产量达到15000方/天,实现高煤阶煤层气高效开采;油页岩地面干馏收油率达到90%以上、尾料利用率达到80%以上,地下原位裂解技术实现产业化,建成3~5个示范工程;落实冻土区和海域新萄京ag65609com水合物资源潜力,建成2~3个先导开采试验区。在深层油气勘探开发方面,形成深层油气成藏地质理论体系,勘探开发技术体系完善,且总体上都达到国际先进水平;初步形成埋深7000米以上深层油气开发技术。在深海油气勘探开发方面,形成具有自主常识产权的深海油气田开发工程技术体系,自主建造效率更高、能耗更低的第七代超深水半潜平台,形成自主开发3000米深水大型油气田工程技术能力。

2.2030目标。在非常规油气勘探开发方面,查明不同类型页岩油气富集机理、开发机理、流固耦合机理,形成适合于中国地质特点的页岩油气资源与选区评价、储层微观孔隙结构表征、页岩含气量准确测定、页岩油气测井综合评价、甜点地球物理预测、产能预测、长水平井段水平井钻完井及分段压裂等技术,配套装备、工具、材料国产化率达到80%以上,水平井钻完井及压裂改造费用大幅度降低,部分技术达到国际领先水平,实现海相页岩气的高效开发和陆相页岩油气的有效开发;实现低煤阶煤层气选区动用;形成新萄京ag65609com水合物有效开发能力,初步建成新萄京ag65609com水合物试验基地。在深层油气勘探开发方面,技术水平总体达到国际领先且技术趋于成熟;深-超深层油气资源有效开发,勘探开发埋深突破8000米领域,形成6000~7000米有效开发成熟技术体系。在深海油气勘探开发方面,深海油气勘探开发技术水平总体达到国际领先且技术趋于成熟;实现深远海油气田工程技术有效开发达到4000米水深,深海油气勘探、钻井以及开发生产关键工程技术与装备完全国产化。

3.2050年展望。全面建成先进的页岩油气科技体系,配套的装备、工具、材料全面实现国产化,页岩油气资源实现高效开发,产量持续快速增长,页岩油气勘探开发技术全面达到国际领先水平,页岩油气勘探开发成本大幅度降低。全面建成深层油气科技创新体 系。全面突破深远海钻采工程技术与装备自主制造能力,建成先进深远海油气开发工程科技体系。非常规和深层、深海油气资源全面高效开发,产量持续快速增长,成为我国油气产量主力。

(三)创新行动

1.页岩油气富集机理与分布预测技术。针对我国海、陆相页岩层系特点,研究页岩油气赋存机理与分布规律,开展页岩储层微观孔隙结构定量表征、页岩含气量测定、页岩油可流动性评价、页岩油气资源评价与选区评价、页岩油气测井综合评价和“甜点”地球物理预测技术等研究,形成适合于我国地质特点的页岩油气地质理论与勘探技术体系。

2.页岩油气流动机理与开发动态预测技术。针对我国页岩油气藏的地质特点,以油气藏精细描述和地质建模研究为基础,借助现代油藏工程的技术手段,开展页岩油气多尺度耦合流动机理、物理模拟、产能预测和动态分析方法、数值模拟技术等基础研究,揭示页岩油气藏开发过程中的流动规律,发展页岩油气藏工程理论和技术方法,为页岩油气高效开发提供理论和技术支撑。

3.页岩油气成井机制及体积压裂技术。开展高精度长水平段水平井钻完井、增产改造与测试工艺技术研究,重点研发海相深层页岩气水平井优快钻井与压裂改造技术、陆相页岩油气长水平段水平井钻完井与压裂改造技术、无水压裂技术、重复压裂技术,实现不同类型(海相、陆相、海陆过渡相)、不同深度(3500米以浅、3500米以深)页岩油气高效开发。

4.页岩油气勘探开发关键装备与材料。针对页岩储层低孔、特低渗特点,研发适合于不同类型页岩的长水平段水平井钻完井关键装备、工具、钻井金属材料、油基钻井液和弹塑性水泥浆体系,开发制备低磨阻、低伤害、低成本的滑溜水压裂液体系和高效携砂、低伤害的冻胶压裂液体系,开展压裂返排液再利用技术研究,形成适合于中国页岩油气地质特点的钻完井关键装备、工具及材料,提高国产化比例,大幅度降低钻完井成本,实现页岩油气的高效开发。

5.煤层气资源有效勘探开发技术。开展超低渗透煤储层改造技术、多煤层煤层气合采技术、深层煤层气开发技术、复杂储层煤层气高效增产技术、低煤阶煤层气资源评价与开发技术、煤层气开发动态分析与评价技术和煤层气井高效排水降压工艺技术等研究,保障我国煤层气产量稳步增长。

6.新萄京ag65609com水合物勘探开发技术。研究水合物勘探目标预测评价技术、钻井及井筒工艺技术、高效开采和复合开采技术、安全控制技术、开采环境监测技术,建设新萄京ag65609com水合物开采示范工程,掌握有效开采技术,实现新萄京ag65609com水合物安全高效开发。

7.深层油气高效勘探开发技术。开展深层-超深层油气成藏地质理论及评价技术、深层-超深层油气储层地震预测技术、深层超高压油气流体评价技术、深层复杂储集层深度改造与开发配套技术,以及深-超深层安全快速钻井技术等研究,实现深层油气高效开发。

8.深海油气有效勘探开发技术与装备。开展深远海浮式钻井平台工程技术、水下生产系统工程技术、深水海底管道和立管工程技术、深水流动安全保障与控制技术,以及深水大载荷采油装备关键设备轻量化技术、深水油气田全生命周期监测技术研究。研发水深3000米领域油气资源的勘探开发技术与装备,建设海洋深水油气配套产业链。构建基于海洋工程大数据的全景式全生命周期应用研究技术。全面提升海洋工程装备从概念研发到总装设计及其建造的完整自主研发设计能力。

9.海洋油气开发安全环保技术。研发海底管道运行监测技术、海洋油气泄漏应急处理技术与装备。针对深远海作业,开展海工装备零排放技术、节能技术,健康、安全与环境管理体系(HSE)分析,以及海底油气设备安全监测技术等研究。

10.非常规及深海油气高效转化及储运技术。研究新萄京ag65609com水合物高效储运技术。针对海上及偏远地区油田,重点开展新萄京ag65609com就地高效转化紧凑型高通量转化技术研究。

三、煤炭清洁高效利用技术创新

(一)战略方向

1.煤炭分级分质转化。重点在先进煤气化、大型煤炭热解、加氢液化、焦油和半焦高效转化等方面开展研发与攻关。

2.重要能源化工产品生产。重点在新萄京ag65609com、超清洁油品、航天和军用特种油品、基础化学品、专用和精细化学品的生产工艺技术等方面开展研发与攻关。

3.煤化工与重要能源系统耦合集成。重点在与火力发电、炼油、可再生能源制氢、生物质转化、燃料电池等系统的耦合集成方面开展研发与攻关。

4.煤化工废水安全高效处理。重点在提高复杂废水处理能力、降低成本、资源化利用和减少排放等方面开展研发与攻关。

5.先进煤电技术。重点在常规煤电参数等级进一步提高、新型煤基发电和污染物一体化脱除等方面上开展研发与攻关。

 

 

(二)创新目标

1.2020年目标。开发出3000吨/天以上大型煤气化技术及煤种适应性强的新一代气化技术;形成成熟的低阶煤热解分质转化技术路线,完成百万吨级工业示范。煤制燃料技术、能效水平进一步提升,掌握成熟高效的百万吨级煤制油及特种油品工业技术和催化剂,完成10亿方级自主甲烷化技术开发及工业示范,实现煤制化学品技术的升级和技术集成。突破煤气化废水预处理、改善可生化性、特征污染物降解及深度处理等关键技术,完成废水处理技术工业示范。全面掌握700℃等级高温材料制造和加工技术,掌握新型煤基发电技术,开发和示范燃煤机组烟气多污染物(SO2、N0x、Hg等)一体化脱除技术。

2.2030年目标。形成适应不同煤种、系列化的先进煤气化技术体系,突破基于新概念的催化气化、加氢气化等技术。实现百万吨级低阶煤热解转化技术推广应用,突破热解与气化过程集成的关键技术。开发出一批高效率、低消耗、低成本的煤制燃料和化学品新技术并实现工业化应用。突破煤化工与炼油、石化化工、发电、可再生能源耦合集成技术并完成工业化示范。建设700℃超超临界燃煤电站,建成新型煤基发电技术示范工程并推广,形成具有自主常识产权的燃煤污染物净化一体化工艺设备成套技术。

3.2050年展望。形成完整的煤炭清洁高效利用技术体系,整体达到世界领先水平,煤炭加工转化全生命周期经济、社会和环保效益显著提高,支撑产业实现绿色可持续发展。700℃常规煤电技术供电效率达到56~60%;掌握磁流体发电联合循环(MHD-CC)发电等探索技术,实现示范应用;全部煤电机组实现低成本污染物超低排放,重金属污染物控制技术全面应用。

(三)创新行动

1.先进煤气化技术。研发适应于高灰熔点煤的新型超高温气流床气化技术、处理能力3000吨级/天以上大型气化炉、千吨级/天连续自动液态排渣床加压气化炉;突破大型流化床加压气化关键技术,开展2000吨级/天气化炉工业示范;研制日输送量千吨以上煤气化专用粉煤输送泵;开展新一代煤催化气化和加氢气化技术研究,并推进工业示范。

2.先进低阶煤热解技术。研发清洁高效的低阶煤热解技术,开展百万吨级工业化示范。加强热解与气化、燃烧的有机集成,开发气化-热解一体化技术和燃烧-热解一体化技术,与燃气循环发电或蒸汽循环发电结合,开展油化电多联产工业示范。研究更高油品收率的快速热解、催化(活化)热解、加压热解和加氢热解等新一代技术。

3.中低温煤焦油深加工技术。研发煤焦油轻质组分制对二甲苯、中质组分制高品质航空煤油和柴油、重质组分制特种油品的分质转化技术,开展百万吨级工业示范。研究中低温煤焦油提取精酚、吡啶、咔唑等高附加值精细化工产品技术。建设50万吨/年中低温煤焦油全馏分加氢制芳烃和环烷基油工业化示范工程。

4.半焦综合利用技术。研究半焦在民用散烧、工业锅炉、冶金、气化、发电等方面的高效清洁利用技术,完成清洁高效的民用炉灶和工业窑炉燃烧试验、示范及推广;完成半焦用于烧结、高炉喷吹、大型化气流床和固定床气化、粉煤炉和循环流化床锅炉工业化试验、示范及推广。

5.超清洁油品和特种油品技术。研发温和反应条件下的新一代煤直接液化技术、高温费托合成等新型煤间接液化技术;开发超清洁汽柴油以及军用柴油、大比重航空煤油、火箭柴油等特种油品生产技术;研究煤衍生油预处理、芳香化合物提取、分离及深加工技术。加强煤直接液化与间接液化、高温费托合成与低温费托合成的优化集成,完成百万吨级工业示范。

6.煤制清洁燃气关键技术。开发煤经合成气完全甲烷化制新萄京ag65609com成套工艺技术,开展10亿方/年工业示范。研究煤气化与变换、甲烷化的耦合集成技术,探索一步法煤制新萄京ag65609com技术。开发新一代氢气分离技术,中小型洁净煤气化制工业燃气成套技术。

7.新一代煤制化学品技术。研发新型的氨、甲醇、煤制烯烃、煤制乙二醇合成技术和催化剂;突破甲醇制芳烃、石脑油与甲醇联合制烯烃、二甲醚羰基化/乙酸甲酯加氢制乙醇、合成气制高碳伯醇、煤制聚甲氧基二甲醚、甲醇甲苯烷基化制对二甲苯、煤氧热法制电石等技术,并开展大型工业示范。探索合成气一步法制烯烃、乙醇等技术。开展煤制化学品高效催化剂研发、放大与工业制备,设计制造配套的大型工业反应器及其他关键设备。

8.煤油共炼技术。研究煤油共炼协同反应机理、原料匹配性调控技术,以及新一代高活性、高分散性催化剂制备技术;开发定向转化生产清洁油品、特种油品和芳烃技术;自主研制单台150万吨/年大型浆态床加氢反应器、新型高压差减压阀、高压油煤浆输送泵等关键装备;研发含油残渣高效综合利用技术。

9.煤化工耦合集成技术。研发煤与生物质和垃圾共气化、煤化工制(用)氢系统与风电(太阳能)制氢集成、煤化工与可再生能源电力储能和调峰集成、煤化工与整体煤气化联合循环发电集成、煤化工与燃料电池发电集成、煤化工与二氧化碳捕集、利用与封存集成等关键技术。

10.高有机、高盐煤化工废水近零排放技术。开发典型污染物高效预处理、可生化性改善、去除特征污染物酚及杂环类和氨氮等高有机废水近零排放关键技术;开发包括臭氧催化氧化的深度处理技术及浓盐水分离、蒸发结晶组合技术;研究废水处理各项技术的优化组合,完善单质结晶盐分离流程和结晶盐利用,开展废水近零排放技术优化和工业示范。进一步研发基于新概念、新原理、新路线的煤化工废水全循环利用“零排放”技术。

11.700℃等级镍基合金耐热材料生产和关键高温部件制造技术,以及主机和关键辅机制造技术。研发700℃镍基合金高温材料生产和加工技术,耐热材料大型铸件、锻件的加工制造技术,高温部件焊接材料、焊接工艺及高温材料的检验技术等;研究700℃机组主辅机关键部件加工制造技术;研发700℃超超临界发电机组锅炉、汽轮机及关键辅机和阀门国产化制造技术。

12.新型煤基发电技术。研究600MW及以上容量机组褐煤预干燥及水回收高效褐煤发电集成及设备开发技术,实现在600MW等级或以上容量机组褐煤高效发电集成技术的工程应用;研发1000MW等级超超临界褐煤锅炉配套风扇磨煤机设计制造技术。研究并掌握全燃准东煤锅炉燃烧技术,建设示范工程。

13.多污染物(SO2、NOx、Hg等)一体化脱除技术。研发自主常识产权的多污染物(SO2、NOx、Hg等)一体化脱除技术,包括研发具有同时吸附多污染物的新型高效吸附剂及高效、低成本氧化剂、氧化工艺与设备、以及高效催化剂等,研发多污染物一体化脱除技术工艺关键装置设计与制造技术,研究工艺流程优化技术等。

14.煤电技术探索。重点探索研究基于富氧燃烧的超临界二氧化碳布雷顿循环发电及碳捕集技术、整体煤气化燃料电池联合循环(IGFC-CC)发电技术,以及磁流体发电联合循环(MHD-CC)发电技术。

四、二氧化碳捕集、利用与封存技术创新

(一)战略方向

1.CO2的大规模、低能耗捕集。重点在燃烧后CO2捕集上实现重大突破,并积极在燃烧前CO2捕集及富氧燃烧等方面开展研发与攻关。

2.CO2的大规模资源化利用。重点在CO2的驱油、驱气、驱水及CO2的矿化发电和生物化工规模化利用等方面开展研发与攻关。

3.CO2的安全可靠的封存、监测及运输。重点在封存机理、适合我国地质特点的封存理论和工程技术体系建设、全流程的监测和预测(警)、安全高效的CO2长管道运输及管网优化设计等方面开展研发与攻关。

(二)创新目标

1.2020年目标。突破低能耗捕集关键材料和工艺,验证基于IGCC系统的CCUS技术,初步掌握富氧燃烧系统的放大规律和设计方法。集成、配套和完善CO2综合利用与封存的产业化技术,初步建成涵盖石油、化工、电力、煤炭和生物工程等的CCUS技术示范工程。建立封存的监测、核证和计量系统,形成安全环保评价标准;突破CO2长距离安全运输技术。建成百万吨级全流程CCUS技术示范工程。

2.2030年目标。燃烧后捕集材料和工艺获得革命性进展,建成基于IGCC系统的全流量CO2捕集示范工程,实现大规模富氧燃烧系统长时间稳定运行。构建涵盖石油、化工、电力、煤炭和生物工程等的CCUS技术产业项目集群。建立系统的CO2地质封存技术规范和安全保障体系,掌握CO2长距离安全运输技术。商业化碳捕集和封存技术在煤电机组得到应用。

 

3.2050年展望。革命性捕集技术得到产业化应用,CO2减排成本较2015年降低60%以上,经济安全的CO2捕集和封存技术发展成熟;全流量的CCUS系统在电力、煤炭、化工、矿物加工等系统实现覆盖性、常规性应用。

(三)创新行动

1.新一代大规模低能耗CO2捕集技术。研究新型高效CO2吸取(附)剂和材料,以及气、液二次污染物控制技术;研究新型捕集工艺及设备放大技术、吸取和再生过程强化技术、捕集系统与发电系统耦合集成技术,开发核心专有设备;研究CO2与细微颗粒物、SO2等污染物的协同脱除技术。

2.基于IGCC系统的CO2捕集技术。研发新型吸附材料和膜分离材料、低能耗CO2吸取(附)剂、合成气的高效变换技术和净化技术、碳捕集与富氢气体燃烧技术、新型化学链气化技术;研究基于IGCC的CO2捕集系统集成优化技术。

3.大容量富氧燃烧锅炉关键技术。研究大容量富氧燃烧系统放大技术、大容量富氧燃烧锅炉设计计算方法及工程放大规律、富氧燃烧用大型空分与锅炉系统动态匹配技术,研发适合于富氧燃烧烟气特点的压缩纯化技术(含酸性气体协同处理),以及富氧燃烧全厂系统动态特性、调节控制、节能(水)等技术。

4.CO2驱油利用与封存技术。开发特殊油气藏CO2驱油技术,研究CO2与典型油藏混相机理,发展油藏多相多组分相态理论,开发适合驱油封存的调剖技术、混相促进技术、大规模驱油封存场地稳定性评价与控制技术,开发CO2驱油与封存的动态跟踪与调控技术,优化油藏开采方案及相关配套监测方案。研究CO2/油/水多相渗流及油气藏CO2封存机理,发展封存潜力评价、CO2驱油与封存协同优化方法。

5.CO2驱煤层气与封存技术。研究低渗软煤的流固耦合作用理论,深化驱煤层气CO2封存潜力的评估方法;突破并验证适合深度1000米以上、渗透系数1mD以下煤层中驱煤层气的注入性增强技术;开发适合于吸附态CO2的监测技术,形成并验证驱煤层气监测技术体系。

6.CO2驱水利用与封存技术。研究封存与驱水相互作用规律,提出驱水利用的潜力评价方法与选址准则,并应用于典型盆地的目标区圈定;提出安全性、稳定性评价方法,开发封存与产水协同优化模型,构筑驱水利用全流程系统工艺。

7.CO2矿物转化、固定和利用技术。针对钢铁、化工等过程产生的大量工业固废,结合我国丰富的钾长石等天然矿物质,研发工业固废和典型钙镁基天然矿物中CO2矿化的高选择性产品分离技术,形成多级多相反应与分离一体化大型装备,实现矿渣的高效综合利用。

8.CO2矿化发电技术。利用大规模工业碱性固废、天然碱性矿物矿化CO2发电并联产化学品,研究CO2矿化电池(CMC)的化学反应过程、催化材料及传输机制,有效利用矿化反应低位化学能发电;研究CO2矿化电池的工程放大技术,形成可商业化电池堆;研发燃煤电厂低浓度烟气CO2直接矿化发电技术,以及纯碱、镁盐、硅氧化物等化工加工过程中应用CO2矿化电池发电的耦合技术。

9.CO2化学转化利用技术。研发CO2与甲烷重整制备合成气技术,研究CO2与氢气制液体燃料、甲醇、碳酸酯、丙烯酸等高值化学品及可降解塑料的高效催化剂和专属反应器的放大技术,研究并验证光/电、光/热的CO2转化技术、电解水与CO2还原耦合的电能和化学能循环利用技术。

10.CO2生物转化利用技术。研发高效低成本的固碳优良藻类(菌种)的大规模培育及高效生物光反应器放大技术,研究CO2微藻土壤改良、制备生物柴油和化学品、CO2气肥等技术。探索微藻基因工程改良前沿技术。

11.CO2安全可靠封存与监测及运输技术。研究地质封存机理、长期运移规律及预测方法,以及封存地质学理论与场地选址方法;开发注入过程和关井后的长期监测、风险预测、预警与应急管理技术与方法,以及长寿命井下设备与工程材料;研究CO2有效封存的计量和验证方法。研究长距离大输量CO2运输的管道微损伤监测和止裂及自封堵技术、管线泄漏检(监)测技术、沿线高后果区智能报警技术。

12.建设百万吨级碳捕集利用和封存系统示范工程。完成燃烧后CO2捕集技术的放大研究、脱碳工程与电厂系统的工程化集成技术研究;建设百万吨级大型CO2捕集系统示范工程,配合开展百万吨级CO2驱油和封存的协同优化,保证封存的长期安全性。

五、先进核能技术创新

(一)战略方向

1.核能资源勘探开发利用。重点在深部铀资源勘探开发理论、新一代高效智能化地浸采铀,以及非常规铀资源(主要包括黑色岩系型及海水中的铀资源等)开发利用等方面开展研发与攻关。

2.先进核燃料元件。重点在自主先进压水堆核燃料元件示范及推广应用、更高安全性及可靠性和经济性的压水堆燃料元件自主开发、先进燃料技术体系完善,以及智能制造在核燃料设计制造领域应用等方面开展研发与攻关。

3.新一代反应堆。重点在快堆及先进模块化小型堆示范工程建设、先进核燃料循环系统构建、超高温气冷堆关键技术装备及配套用热工艺,以及新一代反应堆的基础理论和关键技术等方面开展研发与攻关。

4.聚变堆。重点在ITER的设计和建造、堆芯物理和聚变堆工程技术、聚变工程技术试验平台(FETP)自主设计建造,以及大型托卡马克聚变堆装置设计、建造和运行等方面开展研发与攻关。

(二)创新目标

1.2020年目标。在核能资源勘探开发利用方面,创新深部铀成矿理论,实用性综合勘查深度达到1500米。实现埋深800米以内的可地浸砂岩铀资源经济开发利用,建成千吨级数字化、自动化的地浸采铀示范工程。黑色岩系型等低品位铀资源铀浸出率达超过80%。获得先进的盐湖、海水提铀功能材料,完成提铀放大工艺优化设计及配套装置加工。在先进核燃料元件方面,实现自主先进核燃料元件的应用;事故容错燃料元件(ATF)、环形燃料元件初步具备辐照考验条件;研制MOX燃料示范快堆考验组件并完成辐照考验。在反应堆技术方面,突破自主第三代超大型压水堆关键技术;示范快堆开工建设;完成超高温气冷堆在950℃高温运行及核能制氢的可行性论证,建设高温气冷堆700℃工艺热示范工程;建成先进模块化小型堆示范工程(含海上核动力平台)。熔盐堆、行波堆、聚裂变混合堆等先进堆型关键材料及部分技术取得重要突破;等聚变堆离子体的参数和品质获得提高,为设计建造聚变工程技术试验平台(FETP)奠定基础。

 

 

2.2030年目标。在核能资源勘探开发利用方面,形成国际领先的深部铀成矿理论体系及技术体系;实现深度1000米以内的可地浸砂岩智能化、绿色化经济开发利用;建成黑色岩系型等低品位铀资源综合回收示范工程,建成盐湖、海水连续提铀试验装置并获得技术经济评价参数。先进核燃料元件,具备国际领先核燃料研发设计能力,事故容错燃料先导棒/先导组件实现商用堆辐照考验,初步实现环形元件在压水堆核电站商业运行;MOX组件批量化生产管理技术达到国际先进水平,快堆金属元件具备规模化应用条件。在反应堆技术方面,第三代压水堆技术全面处于国际领先水平,实现系列化发展;突破100KW级商用增殖快堆电站关键技术,实现商业后处理厂-MOX元件-商业快堆闭路循环;建设完成950℃超高温气冷堆及高温热应用商业化工程;先进模块化小型堆实现标准化、规模化建设;熔盐堆等先进堆型关键设备材料取得重大突破,具备建设示范工程条件。聚变工程技术试验平台(FETP)成功运行,掌握聚变堆芯燃烧等离子体的实验、运行和控制技术。

3.2050年展望。完全掌握铀资源成矿理论,深部铀资源、非常规铀资源开发具备规模化经济开采能力,能保障核能长久发展。核燃料自主设计能力进入世界先进水平,智能制造、柔性制造等先进技术广泛应用。四代核能系统全面实现“可持续性、安全性、经济性和核不扩散”的要求,核能在供热、化工、制氢、冶金等方面具备规模建设条件。建设100万KW量级聚变原型电站,实现核聚变能源商用化应用。

(三)创新行动

1.深部铀成矿理论创新与一体化铀资源探测技术与装备。探索热液型铀多金属成矿带成矿体系、砂岩型铀矿超常富集机理及多能源矿产间作用关系、非常规铀资源富集模式与规律、纳米地学、铀成矿模拟试验,以及铀矿地质大数据规律等。研究大探深、高精度地面及井中地球物理勘查技术,以及高效钻进技术、纳米测试技术、基于互联网的综合分析评价技术、智能化预测技术;研制铀多金属勘查新型放射性仪器。

2.地浸采铀高效钻进与成井技术。研发专用地浸钻孔钻进设 备,采铀工艺钻孔结构,基于随钻测斜、定向钻进的高效安全钻孔成井技术、地浸井场快速开拓和布置技术;研究复杂难浸铀资源地浸高效浸出技术;开展绿色、智能地浸采铀技术研究,建设数字化、绿色地浸矿山。

3.黑色岩系型、磷块岩型的低品位铀资源开发技术及盐湖、海水提铀技术。研发工艺矿物学特征,选矿试剂合成、矿物分选工艺和选矿技术,铀高效浸出工艺及浸出装置、分离方法、产品制备及工艺废水处理技术,进行工业试验示范;研发盐湖和海水提铀装置、实验室平台,突破高性能提铀材料及功能材料提铀性能,建立国家级开放性的海水提铀方法测试平台,研究海水提铀与海水淡化耦合技术、铀酰化学技术。

4.先进自主压水堆元件。推进自主先进锆合金包壳核燃料元件技术攻关和产业化应用。研发事故容错元件(ATF)高铀密度或掺杂燃料芯块,先进金属、新型复合的新型包壳材料;完善适用于ATF元件包壳堆内辐照考验及辐照后检查技术,研究燃料制备和性能评价关键技术。研究压水堆环形燃料堆芯和组件设计技术,开展环形燃料组件堆外热工水力等验证、小组件试验堆内辐照考验和先导组件商用堆内辐照考验。

5.快堆及燃料元件设计与工程化技术。完善快堆法规、标准体系,突破大型商用快堆的热工水力、非能动事故余热排出等关键技术,形成快堆电站自主化的App及设计集成技术,实现设备自主化;突破快堆MOX组件芯块设计与成型工艺技术,高性能结构材料,组件制造工程化技术,掌握快堆MOX换料运行技术。突破大增殖比的(U、Pu)Zr金属元件及添加MA的金属燃料关键技术。

6.超高温气冷堆关键技术及高温热工程应用技术。攻关950℃超高温气冷堆关键技术,开展安全与事故分析、堆内构件材料及结构分析等。开发基于HTR-PM现有堆芯设计的气-气中间换热器,提供700℃的工艺热生产煤气、油品和焦炭。

7.先进小型堆关键技术及工程化。针对陆上模块式小型堆,突破关键设备、模块化建造技术、运行技术及安全审查技术,完善法规标准。针对海上核动力平台,开展工程设计、设备制造、工厂化总体建造和海上运行调试技术研究,建设示范工程,完善法规标准。开展大功率空间核反应堆电源技术研究,突破设计、关键材料、装备、运行技术等。

8.钍基熔盐堆基础理论与关键技术。建立完善的研究平台体系,研究关键基础理论和关键工艺技术,突破熔盐制备技术、高温材料腐蚀机理及控制技术、回路技术、反应堆运行控制技术,探索钍-铀循环在线后处理技术,建成2MW钍基熔盐实验堆。

9.聚变物理研究。完善等离子体诊断、控制、加热、加料等手段,研究先进托卡马克等离子体实验,实现高比压、高约束的等离子体实验运行,提升对聚变等离子体的认识水平和控制能力,设计建造聚变工程技术试验平台(FETP)。

六、乏燃料后处理与高放废物安全处理处置技术创新

(一)战略方向

 

 

1.乏燃料后处理。重点在大型商用水法后处理厂建设、全分离的无盐二循环流程研究、后处理流程经济性和环保性的提高,以及适用于快堆等的先进燃料循环的干法后处理等方面开展研发与攻关。

2.高放废物地质处置。重点在高放废物地质处置研发体系创新、高放废物处置地下实验室建设、地质处置及安全技术,以及高放废物地质处置理论和技术体系完善等方面开展研发与攻关。

3.高放废物处理。重点在高放废液处理、高放石墨处理、α废物处理,以及冷坩埚玻璃固化高放废物处理等方面开展研发与攻关。

4.放射性废物嬗变技术。重点在长寿命次锕系核素总量控制、次临界系统设计和关键设备研究、外中子源驱动次临界高效嬗变系统(含加速器驱动和聚变驱动)技术体系完善,以及降低高放废物安全处理(置)难度等方面开展研发与攻关。

(二)创新目标

1.2020年目标。在乏燃料后处理方面,掌握大型商用乏燃料后处理厂自主设计、建造及运行技术,突破动力堆乏燃料后处理工艺、设备等关键技术,建立动力堆高放废液分离工艺技术;针对快堆MOX乏燃料后处理,建立适用于我国乏燃料后处理中试厂的水法处理工艺流程,具备示范条件;推进乏燃料干法后处理技术研究,基础研究取得重要突破。在高放废物地质处置方面,建成高放废物处置地下实验室,掌握实验室现场试验关键技术体系;掌握场址评价方法,提出3~5个高放废物处置库候选场址,确定工程屏障选材,完成高放固化体多重介质多因素蚀变与核素迁移中间规模试验;提出废石墨、重水堆乏燃料等特殊废物的最终处置方案,完成可行性研究;掌握中等深度放射性废物处置技术。在放射性废物处理方面,突破高放废液煅烧、水冷鼓泡、出料和贵金属沉积等技术,研制出两步法冷坩埚玻璃固化科研样机(35L/h高放废液)、石墨自蔓延处理中间装置、有机物超临界水无机化工程样机,以及废水螯合吸附等工程样机,放射性废物处理技术水平显著提高。在先进分离嬗变技术方面,完成实验规模的MA嬗变技术和分离工艺研究,掌握分离-嬗变关键技术,获得整个环节的数据和经验;建成较完善的外中子源驱动次临界嬗变系统技术研究平台体系,掌握加速器中子源、紧凑型聚变中子源系统以及次临界反应堆或包层的系统关键技术,确定外中子源驱动次临界系统的嬗变性能等运行参数。

2.2030年目标。在乏燃料后处理方面,建成完善的先进水法后处理技术研发平台体系,基本建成我国首座800吨大型商用乏燃料后处理厂;建立我国锕系元素分离一体化先进水法后处理流程,提出干法后处理技术的优选路线,建成具备公斤级熔盐电解分离铀、钚的实验装置。在高放废物地质处置方面,确定高放废物处置库推荐场址,完成处置库工程设计,掌握地质处置技术和安全评价技术,具备建库条件;建成中等深度处置库。在放射性废物处理方面,全面掌握高放废液冷坩埚玻璃固化技术、石墨自蔓延处理技术、有机污物超临界水无机化技术、卤渣热等静技术、废水螯合吸附技术,放射性废物处理技术进入先进国家行列。在先进分离嬗变技术方面,完成使用于60万KW快堆核电站的含MA混合氧化铀钚燃料(MOX)的设计、研制及随堆考验,确定外源驱动次临界系统技术路线,掌握自主产权的关键设备设计制造技术,建成外源次临界系统工程性实验装置。

3.2050年展望。干法后处理实现工业化应用,逐步取代水法后处理,实现快堆嬗变、ADS嬗变技术的应用推广,逐步实现核能系统中次锕系核素总量的有效控制。解决历史上遗留废物隐患,废物最小化达到世界领先水平。掌握高放废物地质处置工业化技术,建成高放废物处置库并运行。

(三)创新行动

1.先进乏燃料后处理工艺及关键技术设备。针对大型核燃料后处理厂,开展首端处理技术及新型无盐试剂二循环流程开发、工艺流程台架热试验及验证;建设后处理全流程数字模拟平台,研究脉冲萃取柱数字模拟与仿真技术,实现大型关键设备国产化;研发自动化控制技术、远程操作系统与设备、大型先进热室设计,以及先进干法首端技术及干法分离技术。

2.高放废物地质处置库技术。围绕地下实验室工程及现场试验,开展高放废物处置库选址研究,并形成完善的场址评价技术体系;重点研究以地下实验室为研发平台的地质处置工程(艺)技术和工程屏障、处置库概念设计、处置库开挖技术,以及废物罐的运输、就位及回取技术和验证;研究处置库的核素释放和迁移、安全33评价和安全全过程系统分析,掌握概率安全评价技术;开展处置库屏障系统安全特性演化试验和评价。

3.先进废物处理技术。研究放射性石墨废物自蔓延处理技术;突破冷坩埚玻璃固化技术、有机污物超临界水处理技术,以及高放卤渣热等静压陶瓷固化技术,研究废水螯合吸附技术。

4.快堆嬗变技术。完成中国实验快堆(CEFR)中单个次锕系核素小样件的辐照,主要包括CEFR嬗变靶件的设计和研制、嬗变靶件的辐照考验和辐照后检验、以及辐照后芯块的化学分析与分离工艺研究等。完成示范快堆(CFR600)中嬗变组件的辐照和后处理,主要包括含次锕系元素的MOX燃料制造技术研究,批量使用含MA燃料的快堆堆芯设计、安全评价和随堆考验,批量使用含MA燃料的反应堆安全运行技术,以及辐照后含MA燃料的后处理技术研究等。

七、高效太阳能利用技术创新

(一)战略方向

1.太阳能高效晶体硅电池及新概念光电转换器件。重点在开发平均效率≥25%的晶体硅电池产线(如异质结(HIT)电池和叉指背接触(IBC)电池或二者的结合),探索更高效率、更低成本的新概念光电转换器件及面向产业化技术等方面开展创新与攻关。

2.高参数太阳能热发电与太阳能综合梯级利用系统。重点在超临界太阳能热发电、空气吸热器、固体粒子吸热器、50~100MW级大型全天连续运行太阳能热电站及太阳能综合梯级利用、100MWe槽式太阳能热电站仿真与系统集成等方面开展研发与攻关。

 

 

3.太阳能热化学制备清洁燃料。重点在太阳能热化学反应体系筛选、热化学在非平衡条件下的反应热力学和动力学机理及其与传热学和多项流的耦合作用机理探索、太阳能制取富含甲烷的清洁燃料等方面开展研发与攻关。

4.智能光伏电站与风光热互补电站。重点在高能效、低成本智能光伏电站,智能化分布式光伏和微电网应用,50MW级储热的风光热互补混合发电系统等方面开展研发与攻关。

(二)创新目标

1.2020年目标。突破三五(III-V)族化合物电池和铁电-半导体耦合电池的产业化关键技术,建成100MW级HIT太阳能电池示范生产线;掌握分布式太阳能热电联供系统的集成和控制,以及太阳能热化学制备燃料机理;掌握智能光伏电站设计和建造成套技术,实现发电效率≥80%;掌握50MW级塔式光热电站整体设计及关键部件制造技术;突破光热-光伏-风电集成设计和控制技术,促进风光互补利用技术产业化。

2.2030年目标。大幅提高铜铟镓硒(CIGS)、碲化镉(CdTe)电池的效率,建立完整自主常识产权生产线,实现在建筑中规模应用并达到国际前沿水平;HIT电池国产化率≥85%并达到批产化水平。掌握高参数太阳能热发电技术,全面推动产业化应用;建成50MW太阳能热电联供系统,形成自主常识产权和标准体系。突破太阳能热化学反应器技术,研制出连续性工作样机。

3.2050年展望。开发出新型高性能光伏电池,大幅提升光电转换效率并降低成本,至少一种电池达到世界最高效率;实现光电转化和储能一体化;太阳能热化学制备清洁燃料获重大突破并示范。

(三)创新行动

1.新型高效太阳能电池产业化关键技术。研发铁电-半导体耦合电池、钙钛矿电池及钙钛矿/晶体硅叠层电池产业化的关键技术、工艺及设备,建立电池组件生产及应用示范线,建成产能≥2MWp的中试生产线,组件平均效率各为≥14%、≥15%、≥21%。探索新型高效太阳能电池技术,探索研发更高效、更低成本的铁电-半导体耦合电池、铁电-半导体耦合/晶体硅叠层电池、钙钛矿电池、染料敏化电池、有机电池、量子点电池、新型叠层电池、硒化锑电池、铜锌锡硫电池和三五(III-V)族纳米线电池等电池技术,实现至少一种电池达到世界最高效率。

2.高效、低成本晶体硅电池产业化关键技术。研究低成本晶体硅电池、HIT太阳电池、IBC电池产业示范线关键技术和工艺,推进HIT太阳电池设备及原材料国产化,开发IBC与HIT结合型高效电池;建成设备国产化率≥80%的百兆瓦级电池示范生产线,产线电池平均效率各为≥21%、≥23%、≥23%。研制太阳能电池关键配套材料,开发高效电池用配套电极浆料关键技术,包括正银浆料制备技术,以及无铅正面银电极、低成本浆料银/铜粉体功能相复合电极材料等。

3.薄膜太阳能电池产业化关键技术。研究碲化镉、铜铟镓硒及37硅薄膜等薄膜电池的产业化关键技术、工艺及设备,掌握铜铟镓硒薄膜电池原材料国产化技术;建成产能100MWp示范生产线,组件平均效率各为≥17%、≥17%、≥15%。

4.高参数太阳能热发电技术。研究高温高效率吸热材料、超临界蒸汽发生器、二氧化碳透平;研发高温承压型空气吸热器、50kW级高温空气-燃气联合发电系统、高性能太阳能粒子吸热器;研究高温粒子储热、粒子蒸汽发生器的设计方法及换热过程、粒子空气换热装置的高温粒子与空气间换热规律。

5.分布式太阳能热电联供系统技术。研究不同聚光吸热的分布式太阳能热电联供系统长周期蓄热材料、部件和系统,研制单螺杆膨胀机、斯特林发动机、有机工质蒸汽轮机等低成本高效中小功率膨胀动力装置,提出不同聚光吸热的高效中小功率热功转换热力循环系统;建设1~1000kW级分布式太阳能热电联供系统集成示范,掌握电站的动态运行特性和调控策略。

6.太阳能热化学制取清洁燃料关键技术。研究热化学反应体系筛选及反应热力学和动力学,以及金属氧化物还原反应制取清洁燃料、甲烷(催化)干湿重整过程、含碳物料的干湿重整过程等的反应热力学和动力学机理;研究太阳能高温热化学器内传热学与反应动力学的耦合作用机理、太阳能热化学制取清洁燃料的多联产系统热力学机理和动态过程。

7.智能化分布式光伏及微电网应用技术。研究分布式光伏智能化技术、分布式光伏直流并网发电技术,以及区域性分布式光伏功率预测技术,开展区域内基于不同类型智能单元的分布式光伏系统设计集成技术、光伏微电网互联技术的研究及示范。

8.高能效、低成本智能光伏电站关键技术研究及示范。研究智能光伏电站设计集成和运行维护技术、高可靠智能化平衡部件技术、兆瓦级光伏直流并网发电系统关键技术,开展百万千瓦级大规模智能光伏电站群的运行特性及对电网的影响研究。

9.大型槽式太阳能热发电站仿真与系统集成技术。建立100MWe槽式太阳能热发电站仿真系统,搭建槽式集热器、导热油系统、储热系统、蒸汽发生系统、汽轮机仿真模型。研究大型槽式太阳能热发电站系统集成技术,实现气象条件与集热、储热、蒸汽发生与汽轮发电协同控制与调节技术,研究可复制、模块化的系统集成与集成控制技术,电站参数优化方法等。

10.50~100MW级大型太阳能光热电站关键技术研究与集成应用。研究定日镜及大型定日镜场技术、塔式电站大型镜场在线检测技术、大型吸热器技术及大型高效储换热技术、适合光热发电系统的热力装备技术,研究塔式电站系统集成与控制技术、光热发电系统参与电网调节的主动式控制技术,建立可全天连续发电的50MW级槽式太阳能高效梯级利用示范电站;研究20MW级直接产生过热蒸汽型的多塔集成调控塔式太阳能热发电站集成应用。

11.50MW级储热光伏、光热、风电互补的混合发电示范应用。研究储能光热电站(>10MW)与光伏(>20MW)/风电(>20MW)混合发电站的整体设计技术,研究储能光热电站与光伏/风电互补 发电的协调技术;研究混合发电站的控制技术及自动化运维技术,实现各种工况下光热-光伏/风电混合发电站的平稳发电以及突变条件下的快速响应;研究50MW级储能光热电站与光伏/风电混合发电站整体系统集成、工程化及运营技术,实现示范应用。

八、大型风电技术创新

(一)战略方向

1.大型风电关键设备。重点10MW级及以上风电机组,以及100米级及以上风电叶片、10MW级及以上风电机组变流器和高可靠、低成本大容量超导风力发电机等方面开展研发与攻关。

2.远海大型风电系统建设。重点在远海大型风电场设计建设、适用于深水区的大容量风电机组漂浮式基础、远海风电场输电,以及海上风力发电运输、施工、运维成套设备等方面开展研发与攻关。

3.基于大数据和云计算的风电场集群运控并网系统。重点在典型风资源特性研究与评估、基于大数据大型海上风电基地群控、风电场群优化协调控制和智能化运维、海上风电场实时监测及智能诊断技术装备等方面开展研发与攻关。

4.废弃风电设备无害化处理与循环利用。重点在风电设备无害化回收处理、风电磁体和叶片的无害化回收处理等方面开展研发与攻关。

(二)创新目标

1.2020年目标。形成200~300米高空风力发电成套技术。掌握自主常识产权的10MW级以下大型风电机组及关键部件的设计制造技术,形成国际竞争力;突破近海风电场设计和建设成套关键技术,形成海上风电工程技术标准。掌握复杂条件下的风资源特性及各区域风电资源时空互补性,评估风资源可获得性,进行风电场优化布局;建立风电场群控制与运维体系,支撑区域风电规模并网。

 

2.2030年目标。200~300米高空风力发电获得实际应用并推广。突破10MW级及以上大型风电机组关键部件设计制造技术,建立符合海况的远海风电场设计建设标准和运维规范;掌握风电场集群的多效利用、风电场群发电功率优化调度运行控制技术;掌握废弃风电机组材料的无害化处理与循环利用技术,支撑风电可持续发展;成为风电技术创新和产业发展强国。

3.2050年展望。突破30MW级超大型风电机组关键技术,掌握不同海域规模化风电开发成套技术与装备,形成完整的风能利用自主创新体系和产业体系,风能成为我国主要能源之一。

(三)创新行动

1.100米级及以上叶片设计制造技术。研究100米级及以上叶片三维设计方法与设计体系、叶片载荷与破坏机理和优化校核方法,以及基于高效叶片气弹、轻量化结构、和新材料技术相结合的一体化设计技术;研究100米级及以上叶片结构轻量化设计技术、叶片碳-玻材料混杂及铺层优化设计技术;研制100米级及以上大型海上风电机组叶片,研究大型叶片测试技术,推动具有自主常识产权的系列化风电叶片产业化。

2.大功率陆上风电机组及部件设计与优化关键技术。研究大功率风电机组整机一体化优化设计及轻量化设计技术;开展大功率机组叶片、载荷与先进传感控制集成一体化降载优化技术,大功率风电机组电气控制系统智能诊断、故障自恢复免维护技术,以及大功率陆上风电机组及关键部件绿色制造技术研发。

3.陆上不同类型风电场运行优化及运维技术。研究风电机组和风电场综合智能化传感技术、风电大数据收集及分析技术;研究复杂地形、特殊环境条件下风电场与大型并网风电场的设计优化方法及基于大数据的风电场运行优化技术;研究基于物联网、云计算和大数据综合应用的陆上不同类型风电场智能化运维关键技术,以及适合接入配电网的风电场优化协调控制、实时监测和电网适应性等关键技术。

4.典型风资源特性与风能吸取方法研究及资源评估。研究陆上和海上复杂条件影响下的风特性并揭示脉动特性,研究边界层风垂直变化并分析不同海域的热力稳定度。根据海上典型风资源特征,探明多尺度叶片流场复杂特性和描述方法,获得不同尺度流场特征参数相互耦合的物理机制,开展适合我国风资源特性的高性能大型风电机组的专用翼型族研究。普查陆上和海上典型风资源并分析数据,建立风资源评估数值模型,开发自主常识产权的风资源评估系统。

5.10MW级及以上海上风电机组及关键部件设计制造关键技术。研究适合我国海况和海上风资源特点的风电机组精确化建模和仿真计算技术;研究10MW级及以上海上风电机组整机设计技术,包括风电机组、塔架、基础一体化设计技术,以及考虑极限载荷、疲劳载荷、整机可靠性的设计优化技术;研究高可靠性传动链及关键部件的设计、制造、测试技术,以及大功率风电机组冷却技术。研制自主常识产权的10MW级及以上海上风电机组及其轴承和发电机等关键部件。

6.10MW级及以上海上风电机组控制系统与变流器关键技术。研究海上风电机组在风、波浪、洋流耦合下的运行特性;研究风电机组智能化控制技术、极端工况(覆冰、台风)下的载荷安全控制技术。研究风电机组变流器和变桨距控制系统等的模块化设计技术,以及中高压变流技术、新型变流器冷却技术;研制大型海上风电机组智能型整机控制系统、变流器及变桨距控制装备,并推广应用。

7.远海风电场设计建设技术。研究海上风电场建设选址技术,提出适合我国远海深水区风资源条件的风电机组优化布置方法。开展极端海洋环境荷载作用下海上风电机组结构的非线性荷载特性、远海深水区极端海况条件下大容量海上风电机组基础的荷载联合作用计算方法等研究;开发远海风电机组施工与建造技术、远海风电场并网技术、深水电缆铺设及动态跟随风电机组的柔性连接技术、风能与海洋能综合一体化互补利用技术与装备。

8.大型海上风电机组基础设计建设技术。研究提出适用于我国远海深水区大容量风电机组的海上基础结构型式。探索远海深水区大容量海上风电机组基础的疲劳发生机理与控制方法,开展极端海洋环境荷载作用下的失效模式与分析方法研究,提出其反应控制策略与防灾减灾对策。研究大容量风电机组基础设计制造技术,研制远海海洋环境荷载特点下满足施工与制造要求的新型漂浮式基础。

9.大型海上风电基地群控技术。建立包含海上风电场群运行数据、实测气象数据以及数值天气预报数据的大数据平台,研发基于大数据的海上大型风电基地运行优化技术、风电场群发电功率一体化预测技术、风电场群协同控制优化技术、风电场及场群真实能效评估和优化策略。研究海上风电场群电能的多效利用技术,研究储能系统的功率和容量选取以及混合储能系统的协调控制问题。

10.海上风电场实时监测与运维技术。分析影响海上风电场群运维安全及成本的因素,研究海上风电场运维技术,开发基于寿命评估的动态智能运维管理系统;研发海上风电场的运行维护专用检测和作业装备及健康模型与状况评估、运行风险评估、剩余寿命预测和运维决策支撑等技术。研究海上机组的新型状态监测系统装备技术及智能故障预估的维护技术、关键部件远程网络化监控与智能诊断技术。

11.风电设备无害化回收处理技术。研究叶片无害化回收处理技术,研究适合叶片性能要求和大尺度几何结构的易回收或降解的树脂体系及其成型技术;研发不同类型风电叶片组成材料的高效分离回收技术及装备,以及不可回收材料无害化处理技术与装备。研发不同类型风电磁体回收与无害化处理关键技术与装备;研究不同组成材料的永磁体高效清洁分类回收技术与永磁材料再利用技术,并研制回收处理设备。

九、氢能与燃料电池技术创新

(一)战略方向

1.氢的制取、储运及加氢站。重点在大规模制氢、分布式制氢、氢的储运材料与技术,以及加氢站等方面开展研发与攻关。

2.先进燃料电池。重点在氢气/空气聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)、甲醇/空气聚合物电解质膜燃料电池(MFC)等方面开展研发与攻关。

3.燃料电池分布式发电。重点在质子交换膜燃料电池(PEMFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、金属空气燃料电池(MeAFC),以及分布式制氢与燃料电池(PEMFC和SOFC)的一体化设计和系统集成等方面开展研发与攻关。

(二)创新目标

1.2020年目标。建立健全氢能及燃料电池规

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