變革中探求能源革命

煤炭氣化使化石能源更清潔高效；微藻固碳術(shù)化腐朽為神奇；泛能網(wǎng)應(yīng)用引導(dǎo)客戶，根據(jù)需要將余能和廢能進(jìn)行高效互換，從而實(shí)現(xiàn)能源全系統(tǒng)的能效最優(yōu)。

“節(jié)能、低碳、變革，是我們研究的方向，也是我們的不懈追求。”新奧煤基低碳能源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任甘中學(xué)說，作為企業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，其研究不同于科學(xué)院、高等學(xué)校的國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，其研究目標(biāo)、研究方式應(yīng)有所不同。企業(yè)站在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，發(fā)展經(jīng)濟(jì)，服務(wù)社會(huì)的前哨，這就要求企業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室要通過基礎(chǔ)研究找到并解決自己行業(yè)共性、關(guān)鍵的技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)行業(yè)生產(chǎn)、應(yīng)用方式的變革，從而使企業(yè)站在引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展的新高度。

有人稱贊，新奧煤基低碳能源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在變革中探索的是一條新一輪的能源生產(chǎn)、消費(fèi)的技術(shù)革命。

“黑與白”的思變

眾所周知，煤炭是我國(guó)的基礎(chǔ)能源，為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)發(fā)展作出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。然而，隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷深入和低水平、高耗能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，日益顯現(xiàn)的環(huán)境污染和霧霾加劇的現(xiàn)實(shí)讓人們不約而同的把禍?zhǔn)字赶蛄嗣禾?。煤炭也由此被戴上了環(huán)境污染和加劇霧霾的“黑帽子”。國(guó)家一直在努力調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，試圖降低煤炭在一次能源中的比重。

在化石能源中，天然氣是最清潔高效的，因此目前得到各國(guó)的廣泛重視，特別是非常規(guī)天然氣發(fā)現(xiàn)后，天然氣可能成為未來能源發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)。新奧也是在天然氣、液化氣上起步的。

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30%。

在中國(guó)，如果說到清潔能源，大家忽略了對(duì)煤炭的清潔利用，就會(huì)脫離國(guó)情，這樣的清潔能源概念也是有缺陷和不完整的。尤其對(duì)于煤炭?jī)?chǔ)量豐富的中國(guó)，以煤當(dāng)家的能源格局很難短期內(nèi)改變。

“最佳途徑就是大力發(fā)展清潔煤技術(shù)！”甘中學(xué)說，“可以從根子上，也就是在能源開采的過程中就實(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。”

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：“我們研究了一種低溫催化技術(shù)，不用把煤開采出來，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就可以用于發(fā)電，經(jīng)過凈化處理以后成為甲烷。變采煤為取氣。”

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。通過氣化，制成天然氣后，煤炭能量轉(zhuǎn)化將由40%提高到50%以上。據(jù)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，甘中學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)研發(fā)的低溫催化技術(shù)正好解決了這個(gè)問題。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21％，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主要?dú)饣绞?。通過加氫氣化來解決普通煤的氣化問題；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)上沒法開采的煤直接轉(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。

“連茅圈”的啟示

道法自然。

能源系統(tǒng)工程與智能控制專家、新奧集團(tuán)董事局副主席、首席技術(shù)官，曾在世界500強(qiáng)企業(yè)美國(guó)ABB公司任機(jī)器人研究中心主任兼首席科學(xué)家甘中學(xué)，他提出了一個(gè)粗俗的比方，卻是話糙理不糙。

千百年來，在廣大農(nóng)村養(yǎng)豬都是“連茅圈”式的封閉式養(yǎng)殖。“連茅圈”現(xiàn)在是被倡議消滅的對(duì)象，理由是不衛(wèi)生、食品不安全等。所謂“連茅圈”就是人類的便池和圈養(yǎng)的豬圈是相連的，人的屎被豬吃了，豬拉的糞便用來肥莊稼，莊稼再被人類作為食物，食物又變成……

“這就是自然循環(huán)！”甘中學(xué)從這最接地氣的“連茅圈”中得到啟示。

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)，繁殖速度非常快。”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)。

微藻生物質(zhì)能技術(shù)，是利用微藻光合作用吸收工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中排放的二氧化碳等廢氣，通過低成本收集和高效油脂提取等后處理技術(shù)，聯(lián)產(chǎn)生物柴油、保健品原料和飼料添加劑等產(chǎn)品。

“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。

新奧集團(tuán)在內(nèi)蒙古達(dá)拉特旗建設(shè)微藻示范工程，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。

“泛能網(wǎng)”的智慧

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)單線性的，而應(yīng)該基于系統(tǒng)能效最優(yōu)的多品類能源協(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。

人們常常說，奶牛吃的是草，擠出的是奶。其實(shí)，奶牛吃進(jìn)去的不僅僅是草，同樣，除了擠出的奶，還有其它。只要利用好就是牛糞也可以成為非常有價(jià)值的東西。正所謂各取所需，分別利用。

目前，泛能網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)開始應(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90%，能源網(wǎng)絡(luò)智能化覆蓋率超過90%。