煤基低碳能源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

一個(gè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)在民營(yíng)企業(yè)絕非偶然，這其中不能缺少企業(yè)在技術(shù)和人才方面的儲(chǔ)備以及對(duì)趨勢(shì)的超前判斷。

早在2006年，新奧成立研究院，致力于清潔能源戰(zhàn)略的可持續(xù)發(fā)展。2007年新奧在廊坊建成擁有5000余平方米的中試基地，推動(dòng)二氧化碳資源化，確定“化石能源全生命周期清潔化”技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略。在這些技術(shù)和規(guī)劃的基礎(chǔ)之上，2010年新奧煤基低碳能源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室正式獲得科技部批準(zhǔn)設(shè)立，并成為國(guó)家技術(shù)創(chuàng)新體系的重要組成部分。

好的事業(yè)需要人才支撐。2003年新奧集團(tuán)董事局主席王玉鎖結(jié)識(shí)甘中學(xué)博士，力邀共同發(fā)展清潔能源這一新興產(chǎn)業(yè)。隨后兩人在清潔能源發(fā)展思路上出現(xiàn)的“王市場(chǎng)”與“甘技術(shù)”之爭(zhēng)，也在新奧內(nèi)部被傳為美談。兩人相互啟發(fā)形成的“系統(tǒng)能效”和“泛能網(wǎng)”技術(shù)設(shè)想成為新奧集團(tuán)和實(shí)驗(yàn)室的工作重點(diǎn)。

依托新奧集團(tuán)，實(shí)驗(yàn)室有計(jì)劃、分批次從海外引進(jìn)智能能源裝備、清潔煤化工、微藻生物能源領(lǐng)域人才充實(shí)研發(fā)隊(duì)伍。截至2013年底，擁有核心研發(fā)團(tuán)隊(duì)400余人，海歸博士19人、國(guó)內(nèi)博士36人，其中國(guó)家千人計(jì)劃4人；共有30余項(xiàng)課題進(jìn)入國(guó)家863計(jì)劃、973計(jì)劃、國(guó)家科技支撐課題、國(guó)際科技合作項(xiàng)目；擁有授權(quán)專(zhuān)利241項(xiàng)，其中發(fā)明專(zhuān)利141項(xiàng)。

清潔化、智能化的新能源技術(shù)戰(zhàn)略落地，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)學(xué)研用的順利對(duì)接，新奧集團(tuán)與煤基低碳能源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室相得益彰。

變采煤為取氣

眾所周知，煤炭是我國(guó)的基礎(chǔ)能源。盡管?chē)?guó)家一直在努力調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，試圖降低煤在一次能源中的比重，但在可預(yù)見(jiàn)的時(shí)間里，能源結(jié)構(gòu)中煤炭仍將占主導(dǎo)地位?；谶@一國(guó)情，如何高效清潔地利用煤炭資源，應(yīng)對(duì)能源安全與霧霾治理迫在眉睫。新奧集團(tuán)煤基低碳能源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任甘中學(xué)說(shuō)，最佳途徑就是大力發(fā)展清潔煤技術(shù)。可不可以在根子上，也就是在能源開(kāi)采的過(guò)程中就實(shí)現(xiàn)清潔化，讓煤變“白”？這是我們實(shí)驗(yàn)室最主要的攻關(guān)內(nèi)容。

實(shí)驗(yàn)室副主任畢繼誠(chéng)說(shuō)，城市中的煤電油正在被天然氣慢慢取代，“天然氣經(jīng)濟(jì)”時(shí)代正在來(lái)臨。但根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2013年我國(guó)的天然氣對(duì)外依存度超過(guò)30%。甘中學(xué)認(rèn)為，解決富煤少氣的困境，需要對(duì)煤進(jìn)行氣化。他說(shuō)：“我們研究了一種低溫催化技術(shù)，不用把煤開(kāi)采出來(lái)，而是讓它有控制地在地下氣化，然后利用管道把煤氣輸送出來(lái)就可以用于發(fā)電，經(jīng)過(guò)凈化處理以后成為甲烷。變采煤為取氣。”

畢繼誠(chéng)告訴記者：“煤是一種綜合化學(xué)品位的能源，而熱能是品位最低的一種。通過(guò)氣化，制成天然氣后，煤炭能量轉(zhuǎn)化將由40%提高到50%以上。”他介紹：“我國(guó)原有的氣化技術(shù)基本上是高溫燃燒，溫度在1100℃以上，耗能比較高，并且1100℃以上的溫度特別利于二氧化碳的形成。然而，我們實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的低溫催化技術(shù)正好解決了這個(gè)問(wèn)題。在催化劑的作用下使煤的氣化溫度降至700℃左右，不僅節(jié)能并且在這個(gè)溫度下有利于碳與氫的形成，所以甲烷的含量很高，減少了二氧化碳的產(chǎn)生。低溫催化氣化技術(shù)使甲烷產(chǎn)出率接近24%，指標(biāo)達(dá)到世界領(lǐng)先。”

目前，煤基低碳能源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基本上形成了四類(lèi)主要?dú)饣绞?。通過(guò)加氫氣化來(lái)解決普通煤的氣化問(wèn)題；用催化氣化技術(shù)利用褐煤；超臨界氣化，解決含水量較高的煤炭；地下氣化把技術(shù)上沒(méi)法開(kāi)采的煤直接轉(zhuǎn)化成合成氣加以利用。這些技術(shù)基本上覆蓋了我國(guó)主要煤炭種類(lèi)。隨著不斷的技術(shù)中試并走向成熟，把黑煤變“白”不存在障礙。

微藻吸碳制油

一間玻璃房里，成百上千白色封閉的玻璃管錯(cuò)落井然。黑綠色的液體正在管子里翻滾流動(dòng)，似乎可以聽(tīng)到生命拔節(jié)兒的聲音。

“這種綠色的物質(zhì)是我們實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的微藻，流動(dòng)的液體主要是高鹽廢水，管道里還有看不見(jiàn)的二氧化碳，這些物質(zhì)在管道里形成了自給的生態(tài)環(huán)境。微藻利用高鹽廢水這種模擬海洋環(huán)境，在光合作用下，吸收二氧化碳，實(shí)現(xiàn)了高度自養(yǎng)，繁殖速度非?？臁?rdquo;在微藻養(yǎng)殖大棚里，講解員這樣介紹微藻生物吸碳技術(shù)。

這種被稱(chēng)為微藻的生物不僅有吸碳作用，可以大量吸收工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中排放的二氧化碳、氮氧化物等廢氣，而這些廢氣正是導(dǎo)致全球氣候變暖的主要因素。還可以通過(guò)油脂提取和高效處理等技術(shù)，生產(chǎn)生物柴油、醫(yī)藥保健品原料和飼料等產(chǎn)品。可謂一舉兩得，“吃”二氧化碳，制出生物柴油。目前世界上已知的微藻有幾千萬(wàn)種，真正實(shí)現(xiàn)利用的微藻只有幾十種。實(shí)驗(yàn)室的工作人員反復(fù)試驗(yàn)，不斷測(cè)試不同的溫度及酸度水平下的各種藻類(lèi)栽培技術(shù)，正在嘗試幾種不同的藻類(lèi)，以找到油脂合作能力與生長(zhǎng)速度兼顧的一種。

“作為國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，我們不僅要強(qiáng)調(diào)能源的供給安全，更要關(guān)注能源消費(fèi)中的環(huán)境安全。”甘中學(xué)說(shuō)，新奧集團(tuán)在內(nèi)蒙古達(dá)拉特旗建設(shè)5000噸微藻生物柴油示范工程，對(duì)煤電廠和化工廠等排放二氧化碳進(jìn)行就地洗后和資源化利用，生產(chǎn)生物能源。這一工程已成為國(guó)家級(jí)微藻生物能源示范項(xiàng)目。

專(zhuān)注系統(tǒng)能效

我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的另外一個(gè)特點(diǎn)就是分布不均，導(dǎo)致能源大規(guī)模的跨區(qū)域調(diào)配。同時(shí)，風(fēng)能和太陽(yáng)能等可再生能源發(fā)電設(shè)備接入電網(wǎng)系統(tǒng)，進(jìn)一步加劇電網(wǎng)調(diào)峰難度，造成上網(wǎng)困難。因此，在這種情況下，棄風(fēng)棄光嚴(yán)重，設(shè)備利用效率低下，可再生能源產(chǎn)業(yè)難以規(guī)模發(fā)展。甘學(xué)中認(rèn)為，能源利用不應(yīng)孤立、簡(jiǎn)單線(xiàn)性的，而應(yīng)該基于系統(tǒng)能效最優(yōu)的多品類(lèi)能源協(xié)同、互補(bǔ)、循環(huán)的智能應(yīng)用。

正是基于這種思路，依托新奧集團(tuán)，實(shí)驗(yàn)室研發(fā)了泛能網(wǎng)技術(shù)，也就是利用能源和信息技術(shù)，將能源網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)高效集成的能源互聯(lián)網(wǎng)。其核心裝備包括泛能機(jī)、泛能站、泛能能效平臺(tái)、泛能云平臺(tái)。泛能機(jī)能實(shí)現(xiàn)多種化石能源、可再生能源、環(huán)境勢(shì)能等的輸入，并實(shí)現(xiàn)氣、電、冷、熱等多品位能源的輸出。泛能站通過(guò)燃料化學(xué)能的梯級(jí)利用及對(duì)環(huán)境勢(shì)能的借勢(shì)增益，將整體能源利用效率由傳統(tǒng)熱電分產(chǎn)的40%-60%提高到85%以上。泛能云平臺(tái)基于大數(shù)據(jù)和云計(jì)算，發(fā)現(xiàn)價(jià)值交換機(jī)會(huì)，提供運(yùn)維、交易、數(shù)據(jù)等服務(wù)，實(shí)現(xiàn)能源、資源價(jià)值的最大化。

目前，泛能網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用。依托泛能網(wǎng)，新奧集團(tuán)對(duì)中國(guó)工程院綜合辦公樓進(jìn)行了節(jié)能改造，正在建設(shè)中的青島中德生態(tài)園項(xiàng)目也將利用泛能網(wǎng)，使能源綜合利用效率提升到80.8%，綜合節(jié)能率達(dá)到50.7%。新奧還為廣東肇慶115平方公里的新區(qū)制定了能源發(fā)展規(guī)劃，目標(biāo)使新區(qū)煤炭使用量為零，可再生能源利用率達(dá)25.08%，電網(wǎng)中可再生能源占比大于41%，綠色建筑占公共建筑比例超過(guò)90%，能源網(wǎng)絡(luò)智能化覆蓋率超過(guò)90%。