发电零碳技术讲解

1、发电零碳技术讲解目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark62 o Current Document .水力发电技术2 HYPERLINK l bookmark118 o Current Document 1.基本特征2 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 2.技术现状3 HYPERLINK l bookmark90 o Current Document 3.专栏 13 HYPERLINK l bookmark92 o Current Document 1.案例：长江三峡枢纽工程2019年度国家科学技术进步奖特等奖3

2、 HYPERLINK l bookmark94 o Current Document 专栏 24 HYPERLINK l bookmark96 o Current Document 案例1：数字化碾压混凝土坝建设技术4 HYPERLINK l bookmark98 o Current Document 1.4. 2.案例2：水泥灌浆智能控制灌浆技术4 HYPERLINK l bookmark100 o Current Document 1. 5.专栏 351.5.1.案例：重大工程滑坡动态评价、监测预警与治理关键技术一一2019年度国家科学技术进步奖二等奖5 HYPERLINK l bookm

3、ark106 o Current Document 1.6.发展趋势5 HYPERLINK l bookmark108 o Current Document 1.6. 1.更加注重移民和生态问题5 HYPERLINK l bookmark110 o Current Document 1.6. 2.优化配置电力资源5 HYPERLINK l bookmark112 o Current Document 1.6. 3.阶梯开发建设水电基地6 HYPERLINK l bookmark114 o Current Document 1.6. 4.加强我国水电技术的改造6 HYPERLINK l book

4、mark116 o Current Document .生物质能发电技术 6 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 1.基本特征6 HYPERLINK l bookmark88 o Current Document 2.技术现状7 HYPERLINK l bookmark122 o Current Document .核能发电技术8 HYPERLINK l bookmark124 o Current Document 3. 1.专栏93.1.1.案例：国内核电机组数量最多、堆型最丰富、装机容量最大的核电基地一一秦山核电站9 HYPERLINK l

5、bookmark120 o Current Document 3.2.技术现状10 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 2. 1.四代核电技术10 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 2. 2.智能核电技术12 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 2. 3.先进核燃料技术12 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 2. 4.核能供热技术13 HYPERLINK l bookmark38 o Current D

6、ocument 光伏发电技术14 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 光伏发电技术发展现状与趋势14 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 1. 1.世界光伏发电技术发展现状14第1页共25页3. 2.技术现状20世纪50年代，美国、苏联相继建成核电站，核电技术逐渐受到关注。20世纪60年代，美国建成了压水堆、沸水堆、重水堆等堆型的核电站，标志 着第二代核电技术的成熟。20世纪90年代初期我国自主设计的大陆首座 300MW压水堆核电站并网发电，其后我国对第二代核电技术进行了改进，压水 堆核电技术CPR

7、1000在红沿河等项目中开启应用。2008年，第三代核电技术 AP1000应用于我国三门核电站。在对AP1000技术消化吸收的基础上，我国自 主研发的ACP1000、CAP1400、ACPR1000+、“华龙一号”也已成为第三代核电 技术主流。目前，我国自主研发了 “华龙一号”和CAP1400等百万千瓦级三代 大型先进压水堆核电技术，顺利推进相关示范工程，技术和制造能力达到全球 第一方阵；小型堆、四代堆等新一代核能系统研发与国际水平基本同步，高温 气冷堆、快堆、小堆等商业示范工程有序推进。“华龙一号”已与英国、巴基 斯坦等20个国家签署合作意向，标志着我国核电技术已走向全球市场。我国现阶段以一

8、次能源发电为主，核能发电占比低，发电量甚至低于风电 和光伏发电，发展潜力大。核燃料是清洁燃料，核燃料的利用过程不会对环境 造成污染。发展核电既可以减少一次能源的消耗，缓解能源紧张，又可以避免 产生污染物，实现清洁发电。核电优势明显，但面临的问题也比较突出。核安 全最受关注，苏联切尔诺贝利核泄漏、日本福岛核泄漏对当地生态环境造成的 影响至今依然存在。核废料的处理需要非常谨慎，某些高放射性元素的半衰期 长达数万年，一旦处理不慎，将对当地生态环境带来灭顶之灾。另外，铀矿短 缺问题日益突出，我国自产天然铀产量每年仅为千余吨，而每年对铀的消耗量 超过万吨，若没有更多的铀矿，30年后我国会有许多核电站因为

9、缺乏铀而停 运。3. 2. 1,四代核电技术四代核电技术主要包括核电站施工技术、主氢风机、二回路热力设备停用 腐蚀控制技术、铅韧快堆以及钠冷快堆。第10页共25页3.2. 1. 1.专栏 1案例1：核电站施工技术高温气冷堆核电站建筑工程关键技术研究2019年3月，“高温气冷堆核电站建筑工程关键技术研究”项目通过验 收。该技术针对山东石岛湾核电20万高温气冷堆核电示范工程结构的特殊性， 研究其土建建造过程中高性能混凝和屏蔽混凝土材料及施工工艺，形成了一套 成熟、系统的高温气冷堆核电站施工技术成果。案例2：主氨风机全球首台高温气冷堆核电站主氨风 机2019年4月，全球首台高温气冷堆核电站主气风机通

10、过验收。该技术研发 了具有完全自主知识产权的主氮风机，在反应堆启动、功率运行和停堆等工况 时，提供足够流量的氯气通过一回路系统，将反应堆芯产品的热量带走。2.1.2.案例3：二回路热力设备停用腐蚀控制技术该技术通过湿热实验考察了相对空气湿度对二回路典型材质干法保养状态 下腐蚀的影响；通过浸泡实验、极化曲线，考察了 pH值、除氧方式对二回路 典型材质湿法保养效果的影响。结果表明：相对空显度不超过40%,可有效抑制材质表面发生腐蚀斌去pH面I高至10.5,可在金属表面形瞬定的钝化膜pH值调整至10.0条件下，通过深度除氧，可有雌制金属的腐蚀3.2.1.2.1.案例4:铅秘快堆在大尺寸铅钿合金冷却剂

11、材料中，准确构建了核燃料和铅锈合金冷却剂材 料交互方式，更加准确地模拟铅钿反应堆的堆芯物理特性；针对特殊的中子能 谱和空间分布，研发了多种新型中子测量技术。第11页共25页10月9日，我国首座铅钿合金零功率反应堆一一启明星号实现首次临界， 标志着我国在铅祕快堆领域的研发跨出实质性一步，进入工程化阶段。案例5：钠冷快堆国内首次获得了钠水反应后氢在高温钠回路中迁移特性曲线；设计研制出 模拟蒸汽发生器的可控钠水反应设备和定量注水系统，全力完成了对钠水反应 装置所有设备、仪表、电气的安装调试准备工作。10月31日，第一声氢计报警音在中核集团原子能院钠安全综合试验装置 主控室内响起，标志着国内首次蒸汽发

12、生器受控钠水反应试验圆满成功。注：资料来源于中国电力行业年度发展报告20203. 2. 2.智能核电技术在核电关键设备故障诊断与预测方面，自主研发基于大数据和互联网的反 应堆远程智能诊断平台PRID,使用自主开发的智能诊断分析算法，对关键设备 准确、及时开展智能诊断分析，提出运维策略，开创了信息化、一体化、智能 化的核电关键设备运维新模式，可实现群堆状态下的反应堆关键设备智能诊断 的可视化展示，对于关键设备诊断分析的质量和效率具有显著提高作用。目 前，PRID示范项目已在福清核电站落地。3. 2. 3.先进核燃料技术突破了 CF3系列燃料元件关键制造工艺技术，建立了批量化燃料组件制造 技术体系

13、和质量控制体系，为我国自主三代核电建设奠定坚实基础。3. 2. 3. 1.专栏 2案例：最强中国“芯” CF3燃料组件秦山二期2019年10月27日，被誉为最强中国“芯”的CF3燃料组件最后8组插入 秦山二期1号机组，标志着我国全面掌握高性能核燃料研制技术，形成完整的 具有国际市场竞争力的自主燃料体系和产品供应能力，进入产业化应用阶段。特点：(1)以新型N36错合金包壳管为突破口，结合自主化创新设计，通过开展燃 料组件制造技术研究、堆外试验件研制、先导燃料组件入堆安全评审，研制出 在结构和水力学上与现有堆芯相容、具有自主知识产权的CF3燃料组件。第12页共25页研究掌握CF3燃料组件批量化制造

14、技术和产业化应用技术，成功实现了 N36错合金等多种国产化原材料在CF3燃料组件中的批量化应用。3. 2. 4.核能供热技术核能供热是以核裂变产生的能量为城市集中供热或工业供热。核能供热低 碳清洁，供热能大，对消除燃煤造成的环境污染、缓解热源紧张以及促进供热 热源多元化有重要意义。3. 2. 4.1.泳池式低温堆供热泳池式低温供热堆技术原理是将反应堆堆芯放置在一个常压水池的深处， 利用水层的静压力提高堆芯出口水温至90-100,以满足供热要求。中核集 团自主研发了可用来实现区域供热的“燕龙”泳池式低温供热堆以及“燕龙” 泳池式多用途堆。“燕龙”具有“零”堆熔、“零”排放、易退役、投资少等 特点

15、，增设了压力较高的隔离回路，确保放射性与热网隔离。EIL3比EIL3比图泳池式低温供热堆原理图3. 2. 4. 2.核电厂对外供热2019年11月，山东海阳核电厂对外供热项目一期工程第一阶段正式投 用，截至2020年1月20日，已稳定运行两个多月，累计供热量已经达到15.3 万吉焦，相当于替代煤炭消费1万多吨。3. 2. 4. 3.高温气冷堆供热高温气冷堆是我国自主知识产权、具有第四代核能系统特征的先进核能技 术，具有固有安全性高、系统简单、模块化设计、用途广泛等特点。在技术 上，高温气冷堆可以取消场外应急，具备良好的社会环境相容性。相比于压水第13页共25页 堆技术，高温气冷堆能提供14.1

16、MPa, 571c的高参数蒸汽，具有提供高温工艺 热的能力，可以广泛用于石油、化工、炼铁、制氢等领域。我国高温气冷堆技术历经基础研究、实验堆运行以及示范工程建设。山东 石岛湾20万千瓦级高温气冷堆核电站示范工程(HTR-PM)正在建设中，预计 2020年并网发电。3. 2. 4. 4.专栏 33.2.4.4.1.案例：我国首个核能供热项目山东海阳核能供热项目2019年11月15日，“全国首个核能商业供热项目”山东海阳核能供热项 目一期工程第一阶段正式投用，开辟了我国核能综合利用新纪元。11月27日，项目运行两周时间后，正式被国家能源局列为“国家能源核 能供热商用示范工程”。该项目特点：(1)创

17、新地采用了热网加热器、循环水泵隔离布置方案，有效缩短蒸汽管道 长度，降低热损失，提高了机组经济性。(2)设置循环水高压回路，采用对外供热放射性监测控制技术，有效保障核 能供热放射性安全。(3)采用表面式换热除氧技术，保障补水水质。4.光伏发电技术近年来，在技术进步的推动下，我国光伏发电产业取得快速发展，产业规 模和技术水平均达到世界领先水平。放眼“十四五”时期，精心谋划、提前布 局，加强光伏技术创新与产业升级，是提升核心源动力，推动光伏发电高质 量、低成本、大规模发展的重要保障。光伏发电技术发展现状与趋势1. 1.世界光伏发电技术发展现状大力发展可再生能源已成为全球能源革命和应对气候变化的主导

18、方向和一 致行动。近年来，光伏发电作为重要的可再生能源发电技术取得了快速发展， 在很多国家已成为清洁、低碳并具有价格竞争力的能源形式。2020年全球新增 光伏发电装机1.27亿千瓦，累计装机规模达到7.07亿千瓦。第14页共25页晶体硅电池仍是光伏电池产业化主流技术，新型电池发展迅速。光伏电池 作为光伏行业的核心部件，根据工艺和原材料不同主要可分为晶体硅电池、薄 膜电池、钙钛矿电池、有机电池等。其中，晶体硅电池由于其转换效率高、原 材料来源丰富、无毒无害等优点，占据了光伏电池规模化生产与应用的主体。近年来，PERC（发射极钝化和背面接触）技术的广泛应用，进一步推动晶体 硅电池转换效率的提高。另

19、一方面，以钙钛矿电池为代表的新型电池成为世界 范围内的研究热点，转换效率快速提升，实验室最高转换效率已接近晶体硅电 池，产业化进程逐步推进，但其在大面积应用、器件稳定性等方面仍面临挑 战。光伏系统精细化水平不断提升，应用模式多样化。光伏系统子阵容量不断 增大，1500伏光伏系统应用比例已经逐步超过1000伏系统，并网安全性、可 靠性标准不断提高，光伏电站发电能力与电能质量不断提升。“光伏+农业” “光伏+畜牧业”“光伏+建筑” “光伏+渔业”等复合应用形式规模不断扩大, 微电网、智能电网等光伏发电与电网的深入融合逐步成为电力行业新业态。2.世界光伏发电技术发展趋势世界各国持续深化布局光伏发电全

20、产业链创新，作为推进新兴产业发展的 主要战略举措，通过全覆盖布局先进材料、制造和系统应用各环节研发实现成 本降低与竞争力提升。光伏核心器件朝高效率、低能耗、低成本方向发展。晶体硅电池已构建了 完备的全产业链，将继续占据光伏电池生产量的主要份额，未来将进一步向着 更高的转换效率、更少的原材料消耗、更低的能源消耗、更低的制造成本的方 向发展。钙钛矿电池、叠层电池作为未来光伏电池技术重要的发展方向，世界 各国均在此方面重点投入，着力提升器件性能与稳定性，推动产业化布局，在 解决大面积、稳定性等方面的问题后，钙钛矿电池将有望改变光伏应用市场的 产业格局。光伏应用向多利用场景方向发展。世界各国结合自身实

21、际情况，积极推动 光伏建筑一体化、漂浮式光伏、光伏+农业、光伏车棚等多种新型应用形式发 展，与之相关的特异性产品技术、联合运行控制技术等成为研究重点。第15页共25页4. 1. 3.我国光伏发电技术现状“十三五”期间，在产业规模快速扩大的带动下，我国光伏发电技术取得 快速发展，光伏电池、组件等关键部件产业化量产技术达到世界领先水平；生 产设备技术不断升级，基本实现国产化；光伏发电系统成套技术不断优化完 善，智能化水平显著提升。光伏电池组件技术快速迭代，产业化制造水平世界领先。到“十三五” 末，我国光伏电池制造环节基本实现了从传统“多晶铝背场”技术到“单晶 PERC”技术的更新换代，主流规模化量

22、产晶体硅电池平均转换效率从“十三 五”初期的18.5%提升至22.8%,实现跨越式发展。TOPCon（隧穿氧化层钝化接触）、HJT（异质结）、IBC（背电极接触）等新型晶体 硅高效电池与组件技术产业化水平不断提高，头部企业多次刷新产业化生产转 换效率世界纪录，已具备规模化生产能力与较强的国际竞争力。钙钛矿等新一 代高效电池技术保持与世界齐头并进，研究机构多次创造钙钛矿电池实验室转 换效率世界纪录，部分企业已开展产业化生产研究，并多次刷新产业化生产组 件转换效率纪录。光伏发电制造设备水平明显提升，基本实现国产化。我国光伏设备实现了 从低端向高端发展，产品定制化程度不断提高，高产能与高效自动化能力

23、不断 提升，自动化、数字化、网络化程度的提升推动光伏制造向光伏智造转变。多 晶硅硅片、电池片、组件各环节生产装备已基本实现国产化。光伏发电系统技术不断优化，智能化运维助力发电能力提升。大量新技术 被应用于光伏电站整体设计以及系统级优化。光伏支架跟踪系统、1500伏电压 的采用有效提高了光伏发电系统的实际发电能力；智能机器人、无人机、大数 据、远程监控、先进通信技术等已在电站运行中使用。4. 1. 4.我国光伏发电技术发展趋势作为全球最大的光伏发电应用市场，我国已成为各类新型光伏电池技术产 业化转化与应用的孵化地。未来我国将继续聚焦国际光伏发电技术发展重点方 向，引领全球光伏发电产业化技术持续创

24、新发展。光伏电池效率进一步提升。晶体硅电池仍将在一段时间内保持主导地位， 并以PERC技术为主。采用TOPCon或HJT技术的N型晶体硅电池在综合考虑效第16页共25页 率、成本、规模，具备较好市场竞争力后，有望成为下一个主流光伏电池技 术。钙钛矿电池等基于新材料体系的高效光伏电池以及叠层电池作为研究热 点，待产业化技术逐步成熟后有望带来下一个光伏电池转换效率的阶跃式提 升。光伏组件高效率与高可靠性并进。半片技术、叠瓦技术、多主栅等组件技 术将进一步广泛应用，双面组件将逐步成为市场主流，提升组件效率与发电能 力。新型封装技术与封装材料进一步提升组件可靠性。光伏发电系统智能化、多元化发展。逆变器

25、将向大功率单体机、高电压接 入、智能化方向发展，不断深化与储能技术的融合，智能运行与维护技术水平 不断提高。光伏建筑一体化等新场景应用技术不断完善，拓展应用光伏发电开 发空间。4. 2. “十四五”光伏发电技术发展方向及发展目标据预测，为实现碳达峰、碳中和目标，到2030年，我国光伏发电装机需要 达到910亿千瓦；到2060年，则需要达到3035亿千瓦。光伏发电在迎来空 前发展机遇与发展空间的同时，也面临诸多挑战，光伏发电技术创新将成为应 对这些挑战的关键因素。加强技术创新，提高土地综合利用价值，促进光伏大规模发展。据测算， 我国太阳能可开发潜力可达千亿千瓦量级，但考虑生态红线与基本农田因素，

26、 约44%的国土面积不能用作光伏等新能源项目开发，国家林业和草原局等部门 对新能源开发要求日趋规范。在新形势下，迫切需要进一步提高光伏发电单位 面枳发电能力，减少光伏发电项目建设用地需求，同时加强上地综合利用，提 高土地利用效率。一方面，通过新材料、新技术的应用，提高光伏电池组件转换效率，提升 光伏组件单位面积的发电能力；另一方面，不断优化光伏发电系统设计与建设 水平，开展应用模式创新，加强光伏电站全生命周期的智能化管理和运维，提 高光伏电站的发电效率。光伏发电并网性能进一步提升，满足高渗透率应用要求。随着光伏发电在 电网中渗透率的不断提高，电力系统将迎来安全、稳定、电能质量、经济性等 多方面

27、的挑战。作为构建以新能源为主体的新型电力系统的重要组成部分，提第17页共25页 升光伏发电功率预测精度、提高光伏系统主动支撑与抵御电力系统扰动等涉网 性能将成为重要研究方向。分布式光伏与其他领域的融合发展将成为未来光伏发电重要的组成部分。 在稳步推进规模化光伏基地建设的同时，光伏建筑一体化、光伏与交通、新基 建设施融合发展等新型应用形式对光伏产品性能、光伏发电系统提出了新的要 求，需要结合特异性场景应用条件，持续推动光伏发电相关技术的发展。健全光伏发电全生命周期绿色产业链。伴随着近年我国光伏发电装机规模 的快速增长，生命期满光伏组件回收问题也日益受到关注。结合我国光伏发电 规模增速，预计我国将

28、在2040年左右集中迎来光伏组件回收处理的第一个需求 高峰期。放眼长远，在碳达峰、碳中和目标的要求下，亟须完善到期光伏组件 的无害化回收处理技术，并推向产业化，补全光伏发电全生命周期绿色产业链 的最后一环。强产能保障光伏发展目标落实。2020年，我国光伏组件产能2.443亿千 瓦，实际产量1.246亿千瓦，约六成组件销往海外，“十四五”期间仍需进一 步提高光伏产品的产能保障。一方面，需要进一步发展光伏电池、组件、逆变 器等核心部件的智能化制造技术，提升智能化生产水平，提高生产效率与生产 能力；另一方面，需要进一步开展技术攻关，尽快突破少部分关键制造设备零 部件的国产化技术，消除发展潜在瓶颈。4

29、. 3.光伏发电技术“十四五”科技发展展望综合对碳达峰、碳中和形势下光伏发电行业技术发展的需求分析，“十四 五”期间，我国光伏发电技术有望延续“十三五”快速发展的势头，在国家整 体发展目标的指引下，重点针对产业链中存在的关键问题开展研究和突破， “补短板、锻长板”，不断提升我国光伏发电行业技术水平，助力碳达峰、碳 中和目标的实现。4. 3. 1.发展高效低成本光伏电池技术构建高效低成本晶硅电池新业态，进一步提高晶硅电池转换效率，推动高 效新技术广泛应用，提升光伏发电系统单位面积发电能力。一是重点针对 TOPCon、HJT、IBC等新型晶体硅电池的低成本高质量产业化制造技术开展研 究，发展高质量

30、产业化生产关键材料、工艺与装备制造技术，进一步提高电池第18页共25页 产业化生产效率与电池转换效率，降低生产成本，推动高效晶体硅电池规模化 应用，具体包括低成本高效清洗技术、高质量钝化技术、低成本金属化技术等 方面的研究。二是针对低成本高质量硅片的生产制造技术开展研究。重点突破 低成本高效硅颗粒料制备、连续拉晶、N型与掺钱P型硅棒制备技术，从产业 链源头加强对规模化发展的支撑。同时，发展大尺寸超薄硅片切割技术，掌握 超薄硅片切割工艺，完成配套设备、相关主辅材开发及配套技术研究，实现大 尺寸超薄硅片稳定切割和产出，支持低硅成本光伏电池发展。4. 3. 2.加强高效钙钛矿电池制备与产业化生产技术

31、研究紧扣世界光伏技术发展热点，开展新型钙钛矿电池制备与产业化生产技术 的集中攻关，推动单结钙钛矿电池的规模化量产。同时，开发高效叠层电池工 艺，突破单结电池效率极限，实现光伏电池转换效率的阶跃式提升。一是研究 大面积高效率、高稳定性环境友好型钙钛矿电池成套制备技术，开发高可靠性 组件级联与封装技术，研制基于溶液法与物理法的量产工艺制程设备，实现高 效单结钙钛矿电池产业化量产。二是开展晶体硅/钙钛矿、钙钛矿/钙钛矿等高 效叠层电池制备技术研究，优化叠层结构设计与制备工艺，大幅提高光伏电池 发电效率，逐步实现产业化量产能力。4. 3. 3.推动光伏发电并网性能提升开展新型高效大容量光伏并网技术研究

32、与示范试验，突破中压并网逆变器 关键技术，开展弱电网条件下耦合谐振机理及抑制策略、有功备用和储能单元 相结合的最优自适应虚拟同步技术、高功率密度中压发电模块优化设计与系统 集成实证测试技术等研究，研制交流直挂式中压并网逆变器。突破大型光伏高 效稳定直流汇集技术瓶颈，开展大功率高效率直流升压变换器拓扑、自律控制 技术、多台直流变换器智能串/并联控制以及多场景智能运行控制技术等研究， 研制大功率直流变换器。开展光伏发电与电力系统间暂稳态特性和仿真等关键 技术研究，提升光伏发电并网性能。4. 3. 4.推进光伏建筑一体化等分布式技术应用推动“光伏+”等分布式光伏应用技术创新，拓展分布式光伏应用领域，

33、助 推光伏发电高比例发展。重点开展光伏屋顶、玻璃幕墙等多种形式光伏建筑一 体化产品相关技术研究，综合考虑建筑结构、强度、防火、安全性能等因素，第19页共25页 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 4.1.2.世界光伏发电技术发展趋势15 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 4. 1.3.我国光伏发电技术现状16 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 4. 1.4.我国光伏发电技术发展趋势16 HYPERLINK l bookm

34、ark50 o Current Document 4. 2. “十四五”光伏发电技术发展方向及发展目标17 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 4. 3.光伏发电技术“十四五”科技发展展望18 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 4. 3. 1.发展高效低成本光伏电池技术18 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 4. 3. 2.加强高效钙钛矿电池制备与产业化生产技术研究19 HYPERLINK l bookmark58 o Current Docume

35、nt 4. 3. 3.推动光伏发电并网性能提升19 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 4. 3. 4.推进光伏建筑一体化等分布式技术应用19 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 4. 3. 5.加强光伏智慧制造与设备国产化20 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 4. 3.6.发展光伏组件回收处理与再利用技术20 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 5.风力发电技术20 HYPERLINK l book

36、mark72 o Current Document 国外风力发电发展现状20 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 2.国内风力发电发展现状21 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 1.风电系统的控制技术21 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 风力发电机及其风电系统22 HYPERLINK l bookmark80 o Current Document 5. 3.风力发电中的关键技术23 HYPERLINK l bookmark82 o Current

37、 Document 5. 3.1.并网技术的研究和最大风能的捕获23 HYPERLINK l bookmark84 o Current Document 5.3.2.低电压穿越的研究24 HYPERLINK l bookmark86 o Current Document 5.4.结论25.水力发电技术基本特征水力发电技术是开发河川或海洋的水能资源，将水能转换为电能的工程技 术。其原理是利用水体由上游高水位，经过水轮机流向下游低水位，以其重力 做功，推动水轮发电机发电。水力发电具有水能是可再生能源；水里发电是清 洁的电力生产，不排放有害气体、烟尘和废渣等污染物；发电效率高，常规水 电站水能的利用

38、率在85%左右；可同时完成一次能源开发和二次能源转换；生 产成本低廉、机组启停灵活等特点。第2页共25页 满足规模化应用需求。同时开展产品模块化、轻量化技术研究，完善相关技术 标准与规范，推动光伏建筑一体化以及光伏发电与其他领域综合利用的规模化 广泛应用。4. 3. 5.加强光伏智慧制造与设备国产化构建智慧光伏生产制造体系，提高生产制造能力，开展关键集中攻关，突 破关键设备与零部件国产化技术，解决潜在的生产技术瓶颈，保障未来光伏核 心产品产能供应。一是提高多晶硅等基础材料生产、光伏电池及部件制造智能 化水平，提升智能光伏终端产品供给能力；二是自主研发高质量异质结电池用 核心装备、突破高质量制造

39、设备用分子泵、真空阀门、电源、真空计等真空设 备标准件、性能检测设备等制造技术；三是突破光伏逆变器用国产功率模块、 控制器芯片、数字信号处理器等关键零部件规模化应用技术；四是掌握异质结 光伏电池用低温银浆、溅射靶材等关键材料制造技术。4. 3. 6.发展光伏组件回收处理与再利用技术针对晶硅光伏组件寿命期后大规模退役问题，开展光伏组件环保处理和回 收的关键技术及装备研究与示范试验，实现主要高价值组成材料的可再利用。 针对目前行业各主流产品类型，开发基于物理法和化学法的低成本绿色拆解技 术，掌握高价值组分高效环保分离的技术与装备；开发新型材料及新结构组件 的环保处理技术和实验平台；研究组件低损拆解

40、及高价值组分材料高效分离等 关键设备，实现退役光伏组件中银、铜等高价值组分的高效回收和再利用。5.风力发电技术国外风力发电发展现状20世纪8090年代，风力发电技术得到了飞速的发展并且逐渐成熟。风 力发电凭借它自身的优点，已经延伸到了电网难以达到的地方，给他们带来了 很多方便。据全球风能理事(GWEC)发布的全球风电市场装机数据显示，全球风 电产业2011年新增风电装机容量达四万一千兆瓦。这一新增容量使全球累计风 电装机达到二十三万八千兆瓦。这一数据表明全球累计装机实现了两成多的年 增长，新增装机增长达到6%。到目前为止，全球七十多个国家有商业运营的风第20页共25页 电装机，其中22个国家的

41、装机容量超过1GW。据估计到2030年，欧洲风电装 机可达三百亿瓦，可满足欧洲百分之二十的电力需求。国内风力发电发展现状我国风力资源储量丰富，分布广泛。陆上可开发的储量为2.53亿kW,海 上可开发的储量为7.5亿kW。大规模、高集中开发，远距离和高电压输送是我 国风电发展的重要特征。近年来，我国风电发展迅猛，2006-2010年风电总装 机容量从260万kW增长到4182.7万kW, 2010年新增风电装机1600万kW, 累计装机容量和新增装机容量均居世界第一。预计2020年我国风电累计装机可 以达到2.3亿kW。这意味着未来十年中，风电总装机容量平均每年需新增 1800万kWo预计每年需

42、新增机组及其配套变流器约9000台。风电系统的控制技术风力发电系统的运行方式有三种：独立型、并网型和联合型。并网型风力 发电系统由风力机控制器、风力机、传动装置、励磁调节器、发动机、变频器 和变压器等组成。风力发电机组包括风力机、发电机、变速传动装置及相应的控制器等，用 来实现风能与电能的能量转换。风力发电的关键问题是风力机和发电机的功率 和速度控制。风电机组中将风能转换成机械能的能量转换装置是风力机，它由风轮、迎 风装置和塔架等组成。按结构不同，风力机可分为水平轴式和立轴式两种；按 功率调节方式不同，风力机可分为定桨距失速、变桨距和主动失速3种。第21页共25页风电机组中的发电机将机械能转化

43、为电能，发电机在并入电网时必须输出 恒定频率（一般为50Hz）的电能。按照发电机转速的不同，发电机可分为恒速和 变速两类，其中变速需要通过变频器来实现。变频器采用电力电子变流技术和 控制技术，将发电机发出的频率变化交流电转换为与电网频率相同、能与电网 柔性连接的交流电，并且能实现最大风能跟踪控制。按照拓扑结构的不同，变 频器可分为交-交型、交-直-交型和矩阵型三种；按照变频器容量的不同可将变 频器分为部分容量和全部容量（全额）两种。变速传动装置可将风轮的低转速转换 为发电机的较高转速，按传动链类型将其分为齿轮箱驱动和直接驱动两种，其 中前者包括单级和多级两种齿轮箱驱动。2. 2.风力发电机及其

44、风电系统实现恒速或变速风力发电系统有许多种方案，所选发电机的类型主要取决 于风电系统的形式。传统的恒速/变速风电系统共有四种：基于SCIG的恒速风 电系统、基于WRIG的受限变速风电系统、基于ESC-SCIG的变速风电系统和基 于MMG的变速风电系统。现代风电系统一般采用变速恒频技术，这种技术通过变流装置或改造发电 机结构来实现。现代变速恒频风电系统共有六种：基于SCIG的风电系统、基于 DFIG的风电系统、基于直驱式EESG的风电系统、基于直驱式PMSG的风电系 统、基于半直驱PMSG的风电系统和基于PMBDCG的风电系统。第22页共25页近年来，一些具有商业化潜力的新型风力发电机及其风力发

45、电系统不断涌 现。新型变速恒频风电系统主要有以下八种：基于SRG的风电系统、基于 BDFIG的风电系统、基于CPG的风电系统、基于HVG的风电系统、基于DWIG 的风电系统、基于TFPMG的风电系统、基于DSPMG的风电系统和基于EVT的 风电系统。风力发电中的关键技术并网技术的研究和最大风能的捕获并网技术是通过对全功率电力变换器的控制算法来实现控制目的。并网控 制方面，部分文献提出了直流侧并网的新方法。在直流电容与DC/AC之间安装 并网开关。并网前并网开关断开，DC/AC通过限流电阻对电容进行充电，此时 发电机在风力机的带动下转速从0上升。当电容充电达到交流电网线电压幅值 时闭合并网开关，

46、同步风力发电机并网。正常情况下，发电机转速从低到高逐 渐上升，并在某一转速下并入电网。当由于某种原因，发电机在高转速下脱网 需要重新并网，由于此时电容已经充电且直流母线电压高于网侧交流线电压幅 值，因此只要将并网开关闭合就可实现并网。直驱式永磁同步风力发电机经电 力电子变换器并入电网以后的控制目标是风速小于额定风速时实现最大风能捕 获，风速超过额定风速时使系统以额定功率输出。第23页共25页最大风能捕获的目的就是通过适当的控制，使风力机转速随风速变化，始 终沿着最佳功率曲线运行，从而使风能转化最大化。最大风能追踪可以有变桨 距调节，也可以通过调节发电机功率来调节转速以保持最佳叶尖速比实现。出

47、于可行性、经济性和可靠性的考虑，当前使用的主要是通过控制发电机输出功 率以调节其电磁功率，进而调节发电机转速。3. 2.低电压穿越的研究电网电压跌落时，由于受变流器通流能力的限制，网侧逆变器注入电网功 率减小。而此刻机侧整流器的功率并没有改变，造成直流侧的过电压。如果维 持直流侧电压稳定，则必然造成逆变器过电流。过电压和过电流都将导致电力 电子器件的损坏，为了保护变流器不被损坏，风力发电机组将在电压跌落时退 出运行。电网穿透率小时，风力发电机组在电压跌落时退出运行还是可以接受 的。第24页共25页然而，随着风力发电规模的不断扩大，若风电机组在电压跌落时仍然采取被动保护式脱网，则会增加整个系统的

48、恢复难度，甚至使故障更加严重，最终 导致系统其他机组全部解列。目前在风力发电技术发展领先的一些国家，如丹 麦、德国等已相继制定了新的电网运行准则，定量给出了风电系统离网的条件（如 最低电压跌落深度和跌落持续时间），只有当电网电压跌落低于规定曲线以后才 允许风力机脱网，当电压在凹陷部分时，发电机应提供无功功率。这就要求风电 系统具有较强的低电压穿越能力，能方便地为电网提供无功支持。因此必须研 究低电压穿越的措施，实现电网电压跌落时风力发电机不脱网运行。结论风电作为我国今后大力重点发展的3类新能源之一，在今后将具有广阔的 发展和应用前景，风力发电在摆脱对化石能源的过度依赖、缓解中国能源紧 缺、改善

49、生态环境和扩大社会效益等方面将做出较大的贡献。本文对风力发电 的发展状况，如传统的恒速/变速风电系统、现代变速恒频风电系统和新型变速 恒频风电系统进行了简单介绍。随着风电技术的不断变革以及机组制造工艺的 持续改进，将来风力发电的竞争力必定逐渐提升，其发展前景广阔。第25页共25页1.2.技术现状在20世纪70年代，我国建成第一座装机容量超过1000MW的刘家峡水电 站，80年代建设的葛洲坝水电站，之后三峡水电站；中国水电建设规模从小到 大的不断扩大发展。经过几十年的建设开发，我国的水电技术已达到国际水 平。目前，我国在高坝拱坝技术、大流量高水头泄洪消能技术、大型地下洞室 群建设技术、复杂地基处

50、理技术、高边坡治理、施工导截流、金属结构与机电 设备制造，以及抽水蓄能建设技术总体达到世界先进水平。对于水力资源较少的地区，为适应电力系统的调峰，我国开展抽水蓄能发 电，并且取得了较大的进步。比如:广州抽水蓄能电站、江天荒坪抽水蓄能电 站、西藏羊卓雍湖抽水蓄能电站、河北潘家口抽水蓄能电站、山东泰安抽水蓄 能电站等。其中，广州蓄能水电厂，是目前世界上最大的抽水蓄能电厂，抽水 蓄能电站的总装机容量达到2400MW；西藏羊卓雍湖抽水蓄能电站是世界上海 拔最高的抽水畜能电站。水电工程施工技术：在枢纽总体布置和枢纽工程、巨型水轮发电机组设计 制造、工程运行和生态环境保护、工程管理等方面取得一系列重大技术

51、突破， 将我国水电工程施工技术提升到了新高度，实现了 “高峡出平湖”的民族夙 愿，助力中国从水电大国成为水电强国。3.专栏11.案例：长江三峡枢纽工程2019年度国家科学技术进步奖 特等奖研究比选确定多目标、多功能、多需求的枢纽总体布置方案；大坝采取深 孔、表孔、导流底孔三层孔口相间布置，解决了枢纽高水头超大泄量泄洪消能 技术的难题。突破并掌握了巨型水电机组研发、设计和制造的核心技术，攻克了三峡巨 型水电机组水头变幅大、技术复杂、尺寸巨大等一系列重大技术难题。建立了规模最大和功能最全的水情测报系统，建立了综合性的三峡工程生 态与环境监测系统。水电开发生态环境保护技术：辨析了复杂水域交汇区的动力

52、特征，优化了 紊流模型和物质输移模型的模型参数；系统剖析了水温、溶解氧的变化机制及第3页共25页 其与水动力的双向耦合关系，创建了河流-水库系统的水温-溶解氧模型；创建 了藻类和微生物的运移和光资源竞争模型，揭示并阐明了复杂水域中藻类和微 生物空间演替的水动力调控机制；提出并革新了分层取水和运行调度并行的水 温调控技术，首次创建了控时削峰的溶解氧调控技术，协调了水电开发和生态 保护的关系。智能化建造关键技术：高碾压混凝土重力坝建设一系列关键技术取得重大 突破，迈向优质高效的数字化建设新阶段；研发了水利水电工程水泥灌浆智能 控制成套装备，实现了灌浆全过程数字化、可视化和动态优化管理。专栏2案例1

53、：数字化碾压混凝土坝建设技术首次在高碾压混凝土重力坝坝身表孔采用新型燕尾坎，基于“云、大、 物、移、智”的前沿技术，创建了高碾压混凝土坝全坝“全过程全环节全要 素”数字化管控体系；首次提出综合性、闭环反馈控制的高度集成的信息化管 控平台，确保了工程高质量建设；首次在200米级高坝成功建成了升鱼机系 统，实现了诱鱼、捕鱼、运鱼、放流的全流程自动化，创新实施了全面陆生生 态保护和水土保持措施。2.案例2：水泥灌浆智能控制灌浆技术首次建立了水泥灌浆工艺三区五阶段六参数联动智能控制模型与方法，实 现了水泥灌浆路径智能寻优及全工况一体化智能控制；发明了集成式智能灌浆 系统，研发了水泥灌浆智能控制成套装备

54、，实现了一键启动，智能灌浆；研发 了集端网云技术为一体的灌浆管理云平台系统iGM,实现了复杂环境峡谷、边 坡和洞室等灌浆数据、灌浆设备、灌浆成果等在线协同管理。水电工程滑坡预测和防治关键技术：以锦屏一级、溪洛渡等一批水电工程 中涉及的重大滑坡为依托，在滑坡演化评价、监测预警与治理设计等方面开展 研究，研究成果达到国际领先水平。第4页共25页专栏3案例：重大工程滑坡动态评价、监测预警与治理关键技术一-2019年度国家科学技术进步奖二等奖该技术研发了滑坡灾变模式判识、稳定性评价技术，研发了滑坡大型原位 原型精细试验技术，研发了滑坡多场动态关联监测与智能预测预警技术。该技术提出了滑坡失稳-涌浪-堰塞

55、-溃决全灾变过程数值预测仿真技术，构 建了基于多场信息的滑坡动态评价方法体系。该技术建立了涉水重大工程边/滑坡介质的力学模型和锚固计算方法，揭示 了重大工程边/滑坡岩土体演变及其与锚固协同作用机理。发展趋势1.更加注重移民和生态问题随着我国经济的发展、社会的进步，人们越来越重视可持续发展，人口、 资源、环境的协调发展成为目前社会发展的首要课题。而水资源问题则是各国 科学家、社会各界人士和政府领导人广泛关注的焦点。但水力发电工程的建设 离不开流域规划。这就需要我们进行综合开发、科学管理，时刻注意把水资 源、国民经济和社会发展紧密联系起来。结合我国的实际情况，应优先开发具 有防洪抗旱等功能的水电项

56、目。另外，水力发电建设的移民问题一直是影响水 电发展的关键因素。随着经济的发展和人民生活水平的提高，移民搬迁的矛盾 更加突出。而单纯为了得到发电效益，需要大量移民的水力发电建设项目也将 会越来越难实施运行。这就需要我们把这一因素放在关键位置，更多的关注， 合理安排解决。2.优化配置电力资源水力发电和其他发电方式相比，具有很好的调峰能力。这不仅能给电力调 度带来方便，同时也能带来很好的经济效益。相对的，一些库容量小的水库电 站的调节性能差，也给电网的运行带来了不小的困难。因此，开发具有多年调 节性能的大中型或特大型水电站，特别是流域开发的龙头水电站，能推动水力 发电的快速发展，充分发挥水电的调峰

57、优势。第5页共25页3.阶梯开发建设水电基地近年来，国家投资建设了一大批基础设施，我们要牢牢抓住这不可多得的 历史机遇，加速完成项目的前期准备工作，争取新开工一批水电建设项目，让 其成为我国经济发展的新增长点。我国的水能资源主要分布在西南地区，但目 前这些地区的开发率仅为8%左右。随着西部大开发战略的实施，西电东输工程 必将激活西部丰富的水力资源，发挥西部各省的地区优势，促进我国水电事业 的发展。从而改善我国的电力结构，满足当地经济发展对电力的需求，促进能 源的平衡与优化配置。另外还需要继续重视小水电的开发和建设。小水电建设大多可采用当地的 建筑材料，吸收当地劳动力来实施建设，从而降低建设费用

58、。并且其设备易于 标准化，技术简易，造价低，工期短，利于我国经济不发达的山区和农村实现 电气化。加强我国水电技术的改造水力发电的技术改造主要是针对水轮发电机组进行增容改造，从而提高发 电量和发电效率，保证发电机组的安全运行。水力发电的技术改造具有投资 少，见效快，回报大的优点。而电力机组设备运行的可靠，设备自动化水平的 提高，调节能力的增强，都有利于电力系统的安全，提升经济效益。就目前阶 段，我国水力发电的技术改造具有很大的潜力。2.生物质能发电技术1.基本特征生物质能的利用主要有直接燃烧、热化学转换和生物化学转换三种途径。 生物质的直接燃烧在今后相当长的时间内仍将是我国生物质能利用的主要方

59、式。生物质直接燃烧生物质的直接燃烧就是通过燃烧生物质获得热能，它和固化成型技术的研 究开发主要是专用燃烧设备的设计和生物质成型物的应用的开发。现已成功开 发第6页共25页的成型技术可分为三类:内压滚简颗粒状成型技术和设备（美国开发研究）、 螺旋挤压生产棒状成型物技术（日本开发研究）以及活塞式挤压制的圆柱块状成型 技术（欧洲各国合作开发研究）。（2）生物质气化生物质气化技术是将固体生物质置于气化炉内加热，同时通人空气、氧气 或水蒸气，来产生品位较高的可燃气体。它的特点是气化率可达70%以上，热 效率也可达85%。生物质气化生成的可燃气经过处理可用于合成、取暖、发电 等不同用途。这对于生物质原料丰富的偏远山区意义