“十三五”能源新技术战略性新兴起的产业重点发展方向
能源革命是历史发展的重要驱动力，人类生产力每一次大的飞跃都伴随着一场能源生产和消费方式的革命。新一轮的能源革命已初露端倪，它将以具有颠覆性的能源新技术发展为主要标志，把人类社会推进到以高效化、清洁化、低碳化、智能化为主要特征的全新能源时代。全球金融危机爆发后，以美国为代表的西方发达国家慢慢的开始敏锐地抢抓第三次工业革命的历史机遇，全力将能源新技术培育打造成新的经济增长点。以煤洁净利用、页岩油气开发、太阳能高效发电、智能电网深层次地融合等为代表的能源核心技术的连续突破，正在催生全球能源利用方式的巨大变革。
作为全球第二大经济体，同时也是最大的能源生产国和消费国，我国已形成了以煤炭为基础，石油、天然气、核能、可再次生产的能源全面发展的能源供给体系，能源技术装备水平显著提升，生产生活用能条件显著改善。尽管我国能源发展取得了巨大成绩，但也面临着能源需求压力巨大、能源供给制约较多、能源生产和消费对生态环境损害严重、能源技术水平总体落后等挑战。对于一直处在主体地位的传统化石能源，其生产和消费过程的效率低、不清洁、不安全问题十分突出。无论从现实还是从未来看，极度依赖能源消耗的粗放型发展已经走到了尽头。同时，随着我们国家国力的增长和国际地位的提升，能源安全更加凸显。党的十八大报告说明，要推动我们国家能源生产和消费革命，控制能源消费总量，加强节能降耗，支持节能低碳产业和可再次生产的能源发展，确保国家能源安全。这是在准确分析国内外能源形势的基础上做出的科学决策。
“十二五”以来，我国能源新技术与产业发展在国内外复杂环境中取得了显著成绩。
能源新技术的突破往往蕴藏着战略性新兴起的产业发展机遇。“十三五”时期，我国能源消费规模还将持续扩大，可再生能源将得到快速发展，在我国能源消费中占比正在逐步上升，但传统能源仍将是我国一次能源供应的主体，在保障能源安全中发挥基础性作用。预计未来较长时间内，我国将呈现化石能源与非化石能源“双速”增长的格局，但前者增速将低于后者。具体而言，光伏发电、风电、生物质能源、地热等可再生能源技术将持续突破，发电成本不断下降，智能电网、大规模储能、分布式能源系统等支撑配套技术进一步拉动可再生能源发展，提高其在能源结构中的份额。与此同时，传统能源的绿色低碳转型也是推进能源革命的重要内容。传统化石能源，特别是煤炭清洁高效利用新技术的研发应用，仍具有巨大的市场空间和实际应用价值。
未来5～10 年，伴随我国经济进入“新常态”，我国将着力贯彻创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，推动低碳循环发展，建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系，实施近零碳排放区示范工程，传统能源产业的转型升级将提速，能源新技术研发与产业化进程将不断提速，新一轮能源变革蓄势待发。发展战略性新兴产业，是实现能源革命的重要途径，“十三五”是打基础的关键时期，需在多个层面促进能源新技术战略性新兴产业的培育与发展。“十三五”能源新技术战略性新兴产业培育与发展规划研究课题组在全面评价“十二五”时期产业高质量发展的基础上，着眼于“十三五”能源新技术战略性新兴产业发展规划，立足于国内外能源发展趋势与技术前沿，提出了加强顶层设计，调整能源新技术战略性新兴产业的范畴与定位（能源没有新旧之分，只有技术先进程度的差异），特别是着重强调正确判断能源新技术战略性新兴产业的内涵，同等重视化石能源和非化石能源新技术产业发展。在此基础上，明确了“十三五”战略性新兴产业涉及能源新技术相关规划的思考与判断，提出以构建符合我国国情和现代能源发展规律，煤、油、气、核、可再次生产的能源协调发展，低碳、清洁、高效、智能的综合能源体系为目标，通过选择重点领域、重要方向与重大工程为依托，科学规划“十三五”煤炭清洁高效转化与利用产业、非常规油气产业、核能产业、智能电网产业和可再生能源产业（太阳能、风能、生物质能和地热能）战略性新兴产业发展，为能源生产和消费革命构建坚实的科技支撑与产业基础。
我国是国际上投运600℃超超临界机组最多的国家，为700℃超超临界机组的开发奠定了基础。2010年7月，国家能源局宣布成立国家700℃超超临界燃煤发电技术创新联盟。
700℃超超临界发电机组由于机组初参数的提高，需要使用镍基合金等高性能材料。目前镍基耐热合金主要用于航空、航天、化工等领域。掌握具有自主知识产权的700℃等级先进超超临界镍基合金制造方法，对于我国镍基合金材料产业无论是技术方面还是产能方面都是一次重大的挑战和发展机遇。
燃煤烟气污染物高效脱除与多种污染物协同控制是当前燃煤发电技术发展的趋势。集成开发NOx梯级高效脱除协同汞氧化技术、吸附剂喷射汞污染控制技术、高效除尘技术（高效电源、高效电除尘器、低低温电除尘器、电袋除尘器等）、湿法深度脱硫及湿式电除尘技术，形成煤烟气污染物高效协同控制超低排放技术，建立燃煤电厂超净排放清洁环保岛。重点突破大型燃煤电站超净排放制关键技术及建立工程示范，全面掌握大型燃煤电站污染物超低排放技术，初步建立配套装备制造能力，实现燃煤电站超低排放的经济性和规模化应用。
当前整体煤气化联合循环发电技术IGCC技术的开发重点是开发大容量的煤气化技术，开发适用于IGCC的F级以及H级燃气轮机技术、低能耗制氧技术、煤气显热回收利用技术，进行高效、低成本IGCC工业示范，掌握和改进IGCC系统集成技术，降低造价，积累IGCC电站的实际运行、检修和管理经验。建设并示范5～6座IGCC电站，进行基于F级燃机的400～500MW IGCC技术的示范，供电效率达到45%以上；示范基于褐煤气化的400～500MW IGCC技术，供电效率达到43%以上；示范基于H级燃机的600MW的IGCC发电技术，供电效率达到48%以上。
低排放分级转化综合利用系统将煤的热解、气化和燃烧技术有机组合，实现了煤炭的分级转化，提高了煤转化效率和利用效率，降低了污染排放，实现了系统整体效益的提升，适用于我国丰富而复杂的煤种，对我国煤炭利用有重大意义。该类技术目前在国际上尚处于研发和局部的示范阶段。浙江大学开发的煤热解燃烧多联产系统已经完成了12MW工业试验，目前正在建设300MW示范项目。
目前重点应该突破的核心技术包括煤高效热解技术，高效油气分离和煤气净化及污染物综合利用，半焦高效燃烧和烟气中污染物综合协同脱除，中低温焦油的深加工技术等。
我国年产煤约30亿吨，其中，50%作为发电用煤，若50%全国发电煤炭采用本项目提供的技术进行转化，则每年用该技术处理的原煤为7.5亿吨，需要年处理200万吨（除产油、产煤气外，可发电600MW）的成套装置约375套，总投资为1.2万亿元，每年可直接创造GDP达6412亿元。
煤基军用及航空领域特种燃料以高密度喷气燃料、火箭煤油、高闪点喷气燃料、高吸热碳氢燃料等为标志。煤制特种燃料具有以下优点：①使用方便，安全性好；②价格便宜，可以较大幅度地降低发动机的研制成本和运载火箭的发射费用；③液氧/煤油组合密度比冲高；④煤油资源丰富，储量极大，可满足长远的需要。
煤与煤衍生油共炼生产特种燃料的关键核心（突破性）技术包括新一代煤与煤衍生油共炼生产特种燃料技术，煤制特种燃油的中试平台的搭建与试验技术，煤基军用及航空领域特种燃料集成工艺技术。
计划2017年底，首次尝试利用煤直接液化油品研究开发低凝点多功能军用柴油、大比重喷气燃料、火箭煤油、高闪点喷气燃料、高吸热碳氢燃料、军用特种润滑油等军用及航空领域特种燃料，开展相关台架试验。2018～2020年，通过开展煤基军用及航空领域特种燃料的研究，掌握大规模工业化生产煤基军用及航空特种燃料的成套技术，开展煤制特种燃料大型工业化示范，形成标准化的生产工艺。到2020年，建成首套百万吨级煤制特征燃料示范工程，为国防安全和民用航空发展提供高质量的液体燃料。
重点研发先进的低能耗碳捕集技术、CO2大规模输送技术、规模化CCS技术等，并进行工程规模的示范。发展目标是通过CO2捕获、运输以及封存，降低CO2捕集能耗，使得装备CO2捕集系统的燃煤电厂的供电煤耗与2010年燃煤发电平均供电煤耗水平（333g/（kW·h））相当，建设该系统的成本降低到对应电站投资成本的1/4以下。
CO2用于驱采原油时，可使原油体积膨胀、黏度下降，还可以降低油水间的界面张力。与其他驱油技术相比，CO2驱油具有适用范围大、驱油成本低、采油率提高显著等优点。据不完全统计，目前全世界正在实施的CO2驱油项目有近80个，美国每年注入油藏的CO2量近3000万吨。重点研发具有广泛适用性的CO2驱油/封存供应链技术，研究适合中国地质特点的CO2大规模管道输送过程中液体输送和超临界输送的主要原理特征、技术经济性及实施方案；根据不同高浓度CO2气体纯化方法的主要原理与应用实例，评价几种分离方法在CO2驱油/封存供应链目标过程中的应用。
IGFC系统副产高浓度CO2，可利用太阳能、风能、生物质能、地热能等可再生能源发电所产生的电，或者输电中峰谷富余的电，通过SOEC电解还原IGFC副产的CO2和H2O，制取合成气和O2，以合成气为基础合成化学品。重点研究CO2和H2O在高温固体电解池的共电解技术，进行CO2减排、资源化利用以及电厂发电调峰的技术经济分析，完成CO2重整煤炭的技术经济可行性研究。
国内外都还没有与SOFC发电系统相关CO2相结合的提法，因此，需要迫切开展研究工作。重点进行高温CO2重整各种煤焦过程中的能量平衡和物质平衡计算，研究高温CO2对煤焦气化过程的影响，以及加入部分O2对实现自热CO2重整煤焦的可能性。
高铝粉煤灰资源化利用技术与产业示范。燃煤产物的资源化利用重点是从传统的建材建工利用向协同提取有效组分的方向转化。例如，针对准格尔煤田伴生较高品位铝资源的情况，经过科技攻关与产业化探索，神华集团研究突破了一步酸溶法工艺，中国大唐集团公司研发了预脱硅-碱石灰烧结法，蒙西集团研发了石灰石烧结法，华电集团和开元生态铝业研发了硫酸铵法等四种高铝粉煤灰提取氧化铝工艺技术路线，这几种工艺路线具有各自不同的粉煤灰适应类型与技术特点。
“十三五”重点突破的关键核心（突破性）技术如下：酸法工艺方面，建立100万吨级酸法提取氧化铝示范生产线配套工艺技术，重点突破耐酸材料与装备大型化技术、氧化铝的提纯与电解技术、副产品的资源化利用技术，形成针对循环流化床锅炉高铝粉煤灰提取氧化铝的技术经济指标体系，为大规模产业化奠定基础；碱法工艺方面，进一步优化工艺技术，重点突破成渣量较高、副产品资源化利用等问题，建立粉煤灰年产50 万吨氧化铝工艺技术包，为大规模产业化推广提供技术支撑。预计2016～2020 年完成产业示范，2020 年后为规模化发展阶段。
以高铝粉煤灰提取氧化铝为核心，结合特高压外送电源建设，将高铝煤炭资源就近定点燃烧，可构建我国特色的“煤炭-电力-有色冶金-建材”的循环经济产业布局，可有效缓解铝土矿过度依赖进口的局面。初步测算，1亿吨高铝煤炭资源产业链综合开发利用可实现产值1500亿元，使高铝煤炭资源增值近10倍；实现利税300亿元，同时直接增加就业3万人，带动产业链发展就业3万人，减少煤炭外运6000万吨，实现资源价值的最大化。
一是加强符合我国地质条件的页岩气“甜点区”评价技术攻关；通过攻关实现多类型页岩的新区块、新层系新的商业发现。
二是加强页岩气“井工厂”开发技术攻关，加快形成适宜我国复杂地表的“工厂化”开采模式，实现低成本效益发展。
三是加强深层、超深层水平井分段压裂技术，超前开展无水、少水压裂技术攻关，为页岩气产业的持续发展提供技术保障条件。
1）煤层气地质、地球物理综合勘探评价技术重点开展煤层气成藏地质过程和成藏效应研究；煤储层主要物性参数识别的地球物理精细处理、解释技术；构造煤和低煤阶煤层气勘探与综合选区评价技术。
快速、有效、低成本仍将是钻完井技术的发展方向。重点开展高效低成本水平井、水平分支井钻井技术、裸眼系列完井技术、多分支水平井套管分段射孔压裂技术，以及集欠平衡技术、直井技术于一体的千米车载钻机设备等的攻关与研制。
低阶煤重点发展煤层气含气性高精度采样与探测技术、低成本高效增渗与促进解析、单井排采大面积突破技术、煤层气地面井规模性开发技术；构造煤重点解决多煤层和构造煤区煤层气地面井原位抽采技术、多煤层煤层气地面井单井增产技术。
（1）持续优化大型先进压水堆核电技术自主创新体系建设。结合示范项目建设运行经验反馈，验证设计及装备制造能力，进一步提高安全性、经济性与设备国产化率，使我国核电型号设计、设备制造、工程建造和电站运行技术实现跨越式发展，达到世界领先水平。
（2）将自主压水堆核电技术标准体系上升为国家标准。结合我国核电的发展方向和技术路线，立足于自主机型的研发成果、设计经验总结和示范工程实践经验反馈，研究并建立适应我国工业基础和技术体系的、技术先进的、科学合理的、完整统一的技术标准体系，并通过法定程序和渠道将系列的技术规范及要求上升为国家标准。
（3）实际消除大量放射性物质释放的可能性。为实现核安全规划中“‘十三五’及以后新建核电机组力争实现从设计上实际消除大量放射性物质释放的可能性”，需进一步研究堆芯熔融机理，优化完善事故预防与缓解的工程技术措施；开展保障安全壳完整性研究，包括安全壳失效机理、失效概率计算以及预防与缓解措施；着力开发具有固有安全性、良好的抗严重事故能力的耐事故燃料，从而从根本上消除氢爆、堆芯熔化、大规模放射性释放。
为实现国家核能利用三步走战略中的第二步，需要奠定快堆设计建设和设备制造的技术基础，实现中大型自主快堆示范工程、混合氧化物（mixed oxide，MOX）燃料制造厂建设，以及配套的压水堆乏燃料后处理示范工程建设，为快堆规模化建设提供快堆装料和换料的核材料。开展高放废物玻璃固化研究，玻璃固化的工业装备研制，以及高放废物深地质处置研究。
建议在国家重大专项框架下，围绕高温气冷堆热电联产和超高温气冷堆领域攻克关键技术，解决高温关键材料、高性能燃料、氦气轮机、工艺热应用、高温制氢等关键技术和设备方面问题，推动市场应用和技术进步。
模块化小型堆可以满足多样化能源需求，是海洋开发、城市供热的重要选项，建议予以政策支持推动示范工程建设。为满足现有孤岛和海上石油开采所需能源，浮动式核能发电是理想的能源替代方式，并且所产生的热水、超临界蒸汽可以用于稠油热采。浮动式核电站能够满足渤海湾石油开采的能源需求，并作为南海深水远程补给基地的原油开采和孤岛能源供给。重点研究方向包括先进的一体化设计、长周期燃料以及在港或者海洋换料等技术。
随着核能的加快速度进行发展，对天然铀保障提出了更高的需求，深地找铀采铀将成为铀资源勘查开发的主攻方向；开发非常规铀资源将成为铀矿业未来的重要发展趋势；发展“互联网+”“智能化+”等现代勘查采冶技术，形成铀矿山基础信息数字化、生产过程自动化和智能化，建设数字化绿色矿山，形成新一代采铀技术，为保障天然铀可持续供给，以及促进铀矿采冶技术进步提供支持；推动核燃料产业园建设，突破核燃料转化、富集、元件烧结、锆材和包壳制造、元件检测等关键技术，加强产能建设，与核能规模化发展配套，与核电产业共
建议“十三五”期间，根据前期准备工作情况、厂址条件、当地能源需求紧迫性、公众接受度等因素，按决策程序，适时分别启动内陆核电站建设，总结设计建设的工程实践，将应对极端严重事故的工程措施作为规范要求列入相应的核安全文件，确保核电厂对放射性废液的储存、处理、封堵、隔离能力以及极端工况下的后果可控，不会对周围环境造成污染。
“十三五”储能产业的主要发展方向是寻求储能技术的重大突破，提高性能、降低成本，为其大规模应用奠定基础。应该重点发展和培育若干具有突破潜力并有重要应用前景的储能新技术，如先进铅酸电池、先进锂离子电池、先进飞轮储能系统和熔融盐蓄热技术等。
在国内，要实现商业化运行和产业化发展，还需继续突破的重大关键技术方向包括如下几项。
（1）基础技术与材料：电力电子器件、海缆材料（目前部分依赖进口）。关键是切实提高工艺水平和持续发展能力，引领器件和材料的更新换代。
（2）装备关键技术：电力电子阀组及变换器、直流断路器、直流海缆、柔直变压器等。关键是量产、降低成本和提高可靠性。
（3）控制关键技术：阀组控制、变换器控制与系统控制。关键是控制性能、可靠性、标准化和模块化。
（4）工程关键技术：柔性直流及其与交流电网的广域控制系统，柔性直流海缆的敷设与监控技术，海上或陆上集群风电与柔直输电集成技术。培育出掌握这些关键工程技术的大型企业（集团）。
能源互联网的关键技术构成包括如下几项：能源互联网的建模、仿真与分析技术；能源互联网信息基础设施—数据中心网络；能源互联网的传输—柔性输电技术；能源互联网的控制—电力电子技术；能源互联网的缓存—大规模储能技术；能源互联网的调度—新一代能量管理系统；能源互联网的核心设备—能源路由器；能源互联网标准体系。其中部分关键技术已经列为“十二五”和“十三五”规划发展的重点技术方向。
“十三五”期间，能源互联网的主要技术方向包括能源互联网的核心设备——能源路由器，能源互联网的建模、仿真与分析技术，数据中心网络，以及新一代能量管理系统等。
（1）能源转换设备（如微型燃气轮机、光伏系统、小型燃料电池发电系统等），运行与控制装备，以及余压、余热高效发电技术。
（2）以家庭和社区为对象的天然气、可再次生产的能源互补型微网运行管理技术、工业园区综合能源系统运行管理技术。
太阳能光伏产业主要发展方向如下：规模化高效节能低成本太阳能级多晶硅材料的清洁生产技术和太阳电池关键原料（如高纯硅烷、锗烷）与配套材料（如封装材料、背板材料等）批量国产化制备技术；太阳能级半导体材料（如碲化镉）的批量国产化技术；高效、低成本晶硅及薄膜电池制备技术；染料敏化太阳电池和有机太阳电池等的中试技术，包括钙钛矿太阳电池、量子点太阳电池等的新型太阳电池实用化技术；百兆瓦级电池组件成套关键技术及装备；太阳电池整线成套装备研制及集成技术等。
太阳能热发电与热利用产业主要发展方向如下：太阳能热发电站集成技术、高温储热换热、低成本聚光器、高效能吸热器、太阳能设备生产线专用设备、建立技术标准和规范，以及核心材料、装备和系统性能检测平台。针对不同形式的太阳能热发电技术及不同品位太阳能热利用需求，仍然需要在新型聚光形式、聚光系统优化设计、适应于不同形式热发电技术、不同工质类型和运行温度的吸热器技术、储热材料与储热系统、系统集成与控制技术、高效热电转化技术等领域予以持续的基础研究及应用性研究项目支撑，推进我国太阳能热发电技术向高参数-高效率-基本电力负荷方向发展，拓展太阳能中高温热利用技术领域。
风能产业主要发展方向如下：大型陆上风电机组，重点开发大容量智能化风电机组，发展新型风力发电系统技术，提高风电机组电网友好性与并网协调性，提升风电场风功率预测水平，推进风电场精细化与智能化运营进程，进一步降低发电和维护/维修成本；大型海上风电机组，重点开发超大容量、高可靠海上风电机组，发展海上风电机组基础技术，提升海上风电施工与安装技术能力，提高海上风电场在线监测诊断、大数据处理、运维等技术水平。突破海上风电机组关键零部件高可靠性设计与高精度制造的瓶颈。技术发展的重点包括叶片新技术、新型风力发电机、大功率电子器件、海上风电输送与能量管理技术。发展分散式风力发电技术，发展风力发电与太阳能等其他可再次生产的能源多能互补技术，依托产学研科技攻关、国际合作和规模化示范工程建设，推动风力发电系统集成技术的产业化应用。
生物质能源产业主要发展方向如下：新型生物质能资源开发和利用技术与产业化，涵盖能源植物、光合微生物和城镇有机废弃物；生物质能生化转化技术与产业化，通过微生物或酶将生物质转化成乙醇、柴油、燃气等液体或气体燃料；生物质热化学炼制技术与产业化，包括直接液化、气化合成和糖平台转化等热化学转化制液体燃料。技术发展重点包括能源植物培育与规模种植技术、原料预处理和水解技术、生化转化微生物与反应器技术、生物质气化合成液体燃料技术和生物质能-化学品联合炼制技术，以及高附加值化学品联产技术。
大力推进中低温地热发电，应重点突破的关键技术如下：闪蒸发电与双工质底部循环技术相结合的新型发电技术和设备，精细设计的双工质循环电站技术，油田伴生地热资源发电技术，以及与其他能源联合发电技术。
稳步推进高温地热发电，突破干热岩发电关键技术，包括人工储层建造技术、高温钻探技术、CO2工质取热技术、梯级综合利用技术等，适时启动干热岩发电示范项目。
本文摘编自彭苏萍等编著《“十三五”能源新技术产业培育与发展规划研究》前言及第四章，内容有删减。
能源新技术及产业发展正在不断催生我国战略性新兴起的产业的新内涵、新模式，培育经济发展的新动能。《“十三五”能源新技术产业培育与发展规划研究》立足于国内外能源新技术发展动态与产业前沿，根据能源新技术战略性新兴起的产业的范畴与定位，同等重视化石能源和非化石能源新技术产业发展，在全面评价“十二五”产业发展的基础上，明确了“十三五”能源新技术战略性新兴起的产业培育与发展的主要领域、重点方向及重大工程，提出了煤炭清洁高效转化与利用、非常规油气、核能、智能电网和可再生能源（太阳能、风能、生物质能和地热能）等能源新技术战略性新兴产业的发展方向与技术重点，进而服务于国家能源与战略性新兴产业高质量发展的重大决策。
