让煤炭清洁化始于开采

煤基低碳能源 国家重点实验室一个国家重点实验室设在民营企业绝非偶然，这其中不能缺少企业在技术和人才方面的储备以及对趋势的超前判断。早在2006年，新奥成立研究院，致力于清洁能源战略的可持续发展。2007年新奥在廊坊建成拥有5000余平方米的中试基地，推动二氧化碳资源化，确定“化石能源全生命周期清洁化”技术发展战略。在这些技术和规划的基础之上，2010年新奥煤基低碳能源国家重点实验室正式获得科技部批准设立，并成为国家技术创新体系的重要组成部分。好的事业需要人才支撑。2003年新奥集团董事局主席王玉锁结识甘中学博士，力邀共同发展清洁能源这一新兴产业。随后两人在清洁能源发展思路上出现的“王市场”与“甘技术”之争，也在新奥内部被传为美谈。两人相互启发形成的“系统能效”和“泛能网”技术设想成为新奥集团和实验室的工作重点。依托新奥集团，实验室有计划、分批次从海外引进智能能源装备、清洁煤化工、微藻生物能源领域人才充实研发队伍。截至2013年底，拥有核心研发团队400余人，海归博士19人、国内博士36人，其中国家千人计划4人；共有30余项课题进入国家863计划、973计划、国家科技支撑课题、国际科技合作项目；拥有授权专利241项，其中发明专利141项。清洁化、智能化的新能源技术战略落地，实现了产学研用的顺利对接，新奥集团与煤基低碳能源国家重点实验室相得益彰。变采煤为取气众所周知，煤炭是我国的基础能源。尽管国家一直在努力调整能源结构，试图降低煤在一次能源中的比重，但在可预见的时间里，能源结构中煤炭仍将占主导地位。基于这一国情，如何高效清洁地利用煤炭资源，应对能源安全与雾霾治理迫在眉睫。新奥集团煤基低碳能源国家重点实验室主任甘中学说，最佳途径就是大力发展清洁煤技术。可不可以在根子上，也就是在能源开采的过程中就实现清洁化，让煤变“白”？这是我们实验室最主要的攻关内容。实验室副主任毕继诚说，城市中的煤电油正在被天然气慢慢取代，“天然气经济”时代正在来临。但根据统计数据，2013年我国的天然气对外依存度超过30%。甘中学认为，解决富煤少气的困境，需要对煤进行气化。他说：“我们研究了一种低温催化技术，不用把煤开采出来，而是让它有控制地在地下气化，然后利用管道把煤气输送出来就可以用于发电，经过净化处理以后成为甲烷。变采煤为取气。”毕继诚告诉记者：“煤是一种综合化学品位的能源，而热能是品位最低的一种。通过气化，制成天然气后，煤炭能量转化将由40%提高到50%以上。”他介绍：“我国原有的气化技术基本上是高温燃烧，温度在1100℃以上，耗能比较高，并且1100℃以上的温度特别利于二氧化碳的形成。然而，我们实验室研发的低温催化技术正好解决了这个问题。在催化剂的作用下使煤的气化温度降至700℃左右，不仅节能并且在这个温度下有利于碳与氢的形成，所以甲烷的含量很高，减少了二氧化碳的产生。低温催化气化技术使甲烷产出率接近24%，指标达到世界领先。”目前，煤基低碳能源国家重点实验室基本上形成了四类主要气化方式。通过加氢气化来解决普通煤的气化问题；用催化气化技术利用褐煤；超临界气化，解决含水量较高的煤炭；地下气化把技术上没法开采的煤直接转化成合成气加以利用。这些技术基本上覆盖了我国主要煤炭种类。随着不断的技术中试并走向成熟，把黑煤变“白”不存在障碍。微藻吸碳制油一间玻璃房里，成百上千白色封闭的玻璃管错落井然。黑绿色的液体正在管子里翻滚流动，似乎可以听到生命拔节儿的声音。“这种绿色的物质是我们实验室自主研发的微藻，流动的液体主要是高盐废水，管道里还有看不见的二氧化碳，这些物质在管道里形成了自给的生态环境。微藻利用高盐废水这种模拟海洋环境，在光合作用下，吸收二氧化碳，实现了高度自养，繁殖速度非常快。”在微藻养殖大棚里，讲解员这样介绍微藻生物吸碳技术。这种被称为微藻的生物不仅有吸碳作用，可以大量吸收工业生产过程中排放的二氧化碳、氮氧化物等废气，而这些废气正是导致全球气候变暖的主要因素。还可以通过油脂提取和高效处理等技术，生产生物柴油、医药保健品原料和饲料等产品。可谓一举两得，“吃”二氧化碳，制出生物柴油。目前世界上已知的微藻有几千万种，真正实现利用的微藻只有几十种。实验室的工作人员反复试验，不断测试不同的温度及酸度水平下的各种藻类栽培技术，正在尝试几种不同的藻类，以找到油脂合作能力与生长速度兼顾的一种。“作为国家重点实验室，我们不仅要强调能源的供给安全，更要关注能源消费中的环境安全。”甘中学说，新奥集团在内蒙古达拉特旗建设5000吨微藻生物柴油示范工程，对煤电厂和化工厂等排放二氧化碳进行就地洗后和资源化利用，生产生物能源。这一工程已成为国家级微藻生物能源示范项目。专注系统能效我国能源结构的另外一个特点就是分布不均，导致能源大规模的跨区域调配。同时，风能和太阳能等可再生能源发电设备接入电网系统，进一步加剧电网调峰难度，造成上网困难。因此，在这种情况下，弃风弃光严重，设备利用效率低下，可再生能源产业难以规模发展。甘学中认为，能源利用不应孤立、简单线性的，而应该基于系统能效最优的多品类能源协同、互补、循环的智能应用。正是基于这种思路，依托新奥集团，实验室研发了泛能网技术，也就是利用能源和信息技术，将能源网、物联网和互联网高效集成的能源互联网。其核心装备包括泛能机、泛能站、泛能能效平台、泛能云平台。泛能机能实现多种化石能源、可再生能源、环境势能等的输入，并实现气、电、冷、热等多品位能源的输出。泛能站通过燃料化学能的梯级利用及对环境势能的借势增益，将整体能源利用效率由传统热电分产的40%-60%提高到85%以上。泛能云平台基于大数据和云计算，发现价值交换机会，提供运维、交易、数据等服务，实现能源、资源价值的最大化。目前，泛能网技术已经开始应用。依托泛能网，新奥集团对中国工程院综合办公楼进行了节能改造，正在建设中的青岛中德生态园项目也将利用泛能网，使能源综合利用效率提升到80.8%，综合节能率达到50.7%。新奥还为广东肇庆115平方公里的新区制定了能源发展规划，目标使新区煤炭使用量为零，可再生能源利用率达25.08%，电网中可再生能源占比大于41%，绿色建筑占公共建筑比例超过90%，能源网络智能化覆盖率超过90%。