拉闸限电、煤炭告急、石油涨价,这似乎成为近几年来描述能源困局的关键词。煤用完了怎么办?电力缺口如此大,谁来补位……它就像一个难解的多元方程:资源存量有限,消费需求井喷,空气污染严重,能源稀缺紧逼科技出牌。
“十五”期间,863计划能源技术领域围绕社会可持续发展为宗旨的资源、环保和能源关键技术这一重要任务,在5年的实践中找寻到答案。
排兵布阵:规划长远统揽全局
能源科技计划,并非撒胡椒面,如何“有所为,有所不为”?考虑到863计划经费投入强度及各科技计划之间的衔接,能源领域设立了后续能源技术和洁净煤技术主题以及电动汽车、高速磁悬浮交通技术研究、燃气轮机和快中子实验堆等4个重大专项,围绕洁净煤技术、可再生能源、核能、氢能与燃料电池技术以及车用能源动力系统转型进行研究开发。
科技部有关负责人解释说,这一战略目标框架充分考虑了经费投入与我国能源高技术发展重点的协调,旨在重点解决能源高效利用,保护生态环境和能源安全稳定供应等问题。
4个重大专项也体现了“重点突破”的战略思路。电动汽车重大专项,旨在维护我国能源安全,改善大气环境,提高我国汽车工业竞争力,大力研究节能环保的电动汽车整车及零部件关键技术,实现我国汽车工业的跨越式发展战略;高速磁悬浮交通技术研究重大专项,通过国际合作,努力掌握和突破磁浮交通系统的核心控制技术、关键设备技术、系统集成技术和工程应用技术等关键技术;燃气轮机重大专项,围绕提高我国燃气轮机关键核心技术的自主开发能力,重点开展重型燃气轮机核心部件及关键技术的研发,为下一步自主研制、形成国产重型燃气轮机产业奠定技术基础;快中子实验堆重大专项,瞄准大幅度提高核燃料利用率的快堆关键技术,掌握快堆设计、建造和运行基本技术,积累经验,为实现我国核能发展第二步战略奠定基础。
“我们就是希望通过这些项目的实施,凝聚、培养和造就一批从事能源高技术研究开发的高素质人才;产生一批具有自主知识产权的国际先进水平的成果和专利;形成研究、开发、设计、工程为一体的能源高技术体系。”这位负责人说。
技术攻坚:自主开发硕果累累
今年全国科技大会期间,科技创新重大成就展上,一辆“喝”的是氢气,“排”的是水的白色燃料电池汽车引来无数参观者驻足观看。为大家讲解的是863计划电动汽车重大专项首席科学家、同济大学校长万钢。
“自2001年启动以来,电动汽车专项技术接近国际先进水平,某些方面甚至超过国外。”他自信地告诉记者。
在能源领域,这并非个例。高温气冷堆研究、煤炭液化技术……一个个关系国计民生的“中国创造”,正引领着中国能源科技发展朝着可持续发展的方向飞奔。
高温气冷堆是“十五”863计划能源技术领域的标志性成果。我国对模块化高温气冷堆的研究与建造已经处于世界先进水平,高温堆蒸汽透平循环发电已进入商业化阶段。高温气冷堆氦气透平发电系统更是世界上第一个将高温堆与气体透平直接循环结合的试验装置,使我国成为国际上高温气冷堆研究的主要领先基地之一。“十五”期间,高温气冷堆实现了临界,完成72小时满功率发电运行;完成了核心部件“氦气透平压气机组”的技术特性研究和连续运行供热及发电考验,成功进行了高温堆固有安全性堆上试验,进一步证明了高温堆的先进性及安全性,对解决核能安全问题、提高核能的公众接受度、推动核能事业的进步与发展意义重大。
在兆瓦级风力发电机组研制方面,对兆瓦级变桨距双馈式变速恒频和无齿轮箱直驱永磁两种风力发电机组的研发,提升了我国风电装备制造业的技术水平,促进了风力发电行业人才的培养,为在“十一五”期间形成风力发电机组产业化,为我国在2010年实现风力发电装机达500万kW提供了主力机型。
除此之外,我国薄膜太阳能电池研制及生产实现了从无到有的跨越;生物质能利用技术,完成6兆瓦生物质气化发电示范工程、建成年产5000吨利用甜高粱茎秆为原料生产乙醇的工业化中试示范工程,纤维素废弃物制取乙醇技术在国内率先开发出生物质废弃物制乙醇(600吨/年)的工艺路线,为“十一五”生物质能规模化利用提供了技术支撑;通过高温燃料电池课题研究,已经具备了研制数十千瓦级熔融碳酸盐燃料电池、数千瓦级固体氧化物燃料电池发电系统的能力,为建立中试规模生产基地奠定了基础。
“十五”期间,洁净煤技术主题在煤炭液化技术和煤炭气化技术上都取得重要成果。
在煤炭间接液化技术方面,完成了具有不同技术特色的750吨级/年和5000吨级/年中试。掌握了浆态床反应器设计、催化剂制备、液固分离、反应工艺等核心技术,开发了可用于工程的具有自主知识产权的煤炭间接液化催化剂系列产品,突破制约煤炭间接液化技术成本高的瓶颈,获得自主知识产权,已具备进行百万吨级工业化示范的能力。在煤炭直接液化方面,开发了具有自主知识产权的“中国神华煤直接液化工艺”,并在上海建设了6吨/天煤直接液化工艺中试装置,为该技术的开发和工程化放大奠定了坚实的基础。以廉价原料生产具有自主知识产权的高活性超细纳米煤直接液化催化剂,达到国际先进水平。关键技术工艺和催化剂将在世界上首座神华百万吨煤直接液化工程使用,该工程预计2007年年底建成投运。
在煤炭气化技术等方面,自主开发的新型水煤浆气化技术进行了放大,并在兖矿建成了1150吨/天新型水煤浆气化炉工业示范装置,通过工业化规模的气化炉的示范运行,拥有自主知识产权的大型煤气化技术。积累在气流床气化技术方面的开发和运行经验,为该技术在我国大规模的推广应用奠定坚实的基础。在干煤粉加压气化技术方面,建成36吨/天中试装置,使我国与国际水平的差距大大缩小,为下一步工业示范奠定了基础。
电动汽车专项确定了以燃料电池汽车、混合动力电动汽车、纯电动汽车三种车型为“三纵”,多能源动力总成控制系统、驱动电机及其控制系统、动力蓄电池及其管理系统三种共性技术为“三横”的“三纵三横”的研发布局。同时,根据汽车研发和产业化规律,整车研发以整车牵头,关键零部件紧密配合;政策、法规、技术标准同步研究,基础设施协调发展。
在纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车几个方面由弱变强,研发出具有我国自主产权的样车,按照国家标准完成了道路试验和可靠性工况试验,性能指标不断提高。正逐步建立起我国新一代的新能源汽车动力系统技术平台,并通过整车集成配套技术研发实现与传统汽车的技术对接,逐步向产业化延伸。在电动汽车用动力蓄电池、驱动电机、燃料电池发动机等关键零部件技术、电子控制技术和系统集成技术上取得了较大进展。通过专项实施还开展了标准、政策与法规的研究,搭建了相应的动力蓄电池、燃料电池发动机、驱动电机等国家技术测试平台,进行了电动汽车示范运行工作,开展了包括美、日、法、德等国家在内的广泛的国际科技合作与交流,为电动汽车发展营造了氛围。
此外,通过燃气轮机专项的实施,缩小了我国重型和微型燃气轮机研制与国际先进水平的差距,初步掌握了重型和微型燃气轮机设计、制造、试验关键技术。中国实验快堆(CEFR)在研究、设计、建造技术方面取得进展。完成了CEFR的施工设计,确立钠冷快堆设计瞬态工况体系,成快堆堆芯理论设计,完成堆容器、堆内构件和旋塞设计等方面的设计工作。在安全技术研究和设计方面,非能动的事故余热排出系统和超压保护系统得到验证和应用,应用虹吸破坏原理防止一回路钠净化管道破裂导致的泄漏,完成了完整的CEFR安全评价。
管理创新:多方推动有序竞争
在总结前几个五年计划863管理工作的基础上,“十五”863计划对管理构架进行了重大改革。在组织上由能源技术领域办公室负责协调863计划能源技术领域计划的实施;在管理体制上设置了领域专家委、主题专家组和重大专项总体组,领域专家委主要定位在“咨询、监督、评价”上,主题专家组和专项总体组负责技术决策和过程管理;从而实现了层级管理,也更好地发挥了专家的管理作用。领域办、专家委、主题专家组和总体组与高技术中心一起,基本形成了行政、专家和管理中心三个方面相互支持、相互制约、有效运行的管理机制。
部门、地方在国家科技计划实施中发挥了重要作用。洁净煤技术主题的重点课题“煤直接液化关键技术”的重要内容之一是建设6吨/天的煤直接液化中试PDU装置。在PDU装置的选址上,上海市政府给予支持,提供场地用于PDU装置及配套设施建设;在公用工程、设备供应等方面,协调上海有关单位为PDU装置提供一系列支持。使得PDU装置从开工建设到机械竣工仅用了10个月时间,其建设速度远远快于国外同类装置的建设速度。
在电动汽车重大专项实施过程中,为推动鼓励节能环保汽车的国家政策的研究和制定,2003年围绕“政策研究”课题成立有科技部、发改委、财政部、公安部、环保总局、技术监督局、税务总局、建设部等部委参加的跨部工作指导组,开展了实质性的协调配合。
除了充分发挥专家委员会的监督职能,领域办还强化管理,积极引入新的管理机制。电动汽车重大专项采用第三方监理模式,由监理公司聘请独立专家的方式对专项进行全过程监理。采取灵活的监理方式,在按计划节点检查的同时,增加明察暗访,对课题实施进度、质量和资金使用情况进行监督检查,客观评价,使节点控制更加有效。提出不同范围的监理报告和意见反馈,为专项的顺利实施发挥了重要的保障作用。快中子实验堆重大专项引入了监理机制,委托中咨公司专家对工程管理进行监督。燃气轮机重大专项在项目管理上,贯彻“并行工程”、目标成本管理、风险管理的理念,同时开展材料国产化、加工工艺的研究;在编制工艺规程的同时,开始工装设计,启动工装制造;在工艺攻关的同时,启动试生产研制,有效地加快了研制进度。
“在课题申报和实施中,竞争与合作并存,一个良性的竞争机制已经形成。”一位专家以电动汽车为例解释说,该重大专项采取了一系列鼓励竞争的措施。在课题申报时,对每一个整车团队允许2—3家不同技术特色的零部件研发单位承担同一种关键零部件配套课题,一年后进行筛选,优胜劣汰,滚动实施研发。按照这一竞争原则,2003年,专项顺利完成了第一期合同的验收和第二期研发课题的滚动立项工作。2004年底,专项完成了第二轮开发课题的验收,并开始启动第三轮课题的研发。2004年对于燃料电池发动机实施了整车配套关键零部件课题的AB角互换制度,起到了竞争与调节的作用,并稳妥地扩大到电机和电池课题。
■相关链接
人才、专利、标准”三大战略落实情况
“十五”期间能源技术领域共发表论文3523篇,申请专利1348项(其中发明专利838项),获得专利512项(其中发明专利185项),培养博士研究生729人,培养硕士研究生1376人,课题制定标准576个。
积极开展交流活动,推动科技成果与资本和产业对接
为推动863计划产业化工作,领域办组织具有产业化前景的课题成果参加了“国家863计划成果与浙江民营企业对接”活动。2004年7月中旬,能源领域办公室优选多个课题成果参加了在沈阳举办的“863”高技术成果展;洁净煤主题、后续能源主题、电动汽车专项、燃气轮机专项的7位专家在高技术产业论坛上,就能源科技发展战略、研究开发与产业化、煤气化和液化、电动汽车发展等作了专题报告。领域办还组织有关课题参加了绵阳科博会、沈阳东博会、上海工博会、国庆五十五周年展览会、国家“十五”重大科技成就展和创新成就展等活动。
863计划能源技术领域积极推进国际科技合作
(1)政府间合作协议层面
氢经济国际合作伙伴计划(IPHE);全球环境基金(GEF)和联合国开发计划署(UNDP)合作示范项目;中德可再生交通能源合作备忘录。
2004年1月,科技部、北京市政府和美国能源部签署了关于2008年北京夏季奥运会清洁能源技术合作议定书。此后,开展了一批清洁能源示范项目的合作。
中美洁净煤技术合作协议书。
(2)863科技合作主要领域和课题项目层面
开展了“中美氢能路线图”合作。
(3)其他各种交流活动
2004年5月,与欧盟能源总司共同组织了第五次中国—欧洲联盟能源合作会议,推动了中欧能源领域的合作交流,中欧能源合作大会的机制已被写入中欧合作政策白皮书中。
2004年5月成功组织了“第二届国际氢能论坛”和“氢能经济国际合作伙伴计划第二次指导委员会会议”。
2004年10月,科技部、发改委、环保总局、上海市联合参与,在上海成功举办了2004年度必比登国际清洁汽车挑战赛。
中欧第六框架氢能项目交流会。
举办了“中欧生物质液体燃料研讨会”、“2004国际脱硫脱硝技术展览会暨技术研讨会”等多个国际研讨会。
2005年11月,中国燃料电池公共汽车示范项目在京举行交车仪式。
■盘点863
新能源技术为传统产业装上“新引擎”1.可再生能源技术
新疆金风科技股份有限公司研制的兆瓦级风电机组有强烈的市场需求,至2005年底已获得141台的正式订单,合同额约10亿元;适合我国国情的生物质中小型气化发电及余热发电优化系统,以谷壳、木屑、稻草等多种生物质作原料,可以在不同的负荷下运行;纤维素废弃物制取乙醇示范工程课题在国内率先开发出生物质废弃物制酒精(600吨/年)的完整工艺路线;具有自主知识产权的甜高粱茎秆制取液体燃料生产技术,与玉米生产乙醇相比,具有产量高、成本低的特点,废渣可制成食草动物的饲料,可促进农村农业种植结构的调整和增加农民的收入。
2.洁净煤技术
提高效率、降低污染已经成为21世纪发电技术发展的标尺和方向。全力发展洁净煤发电技术是新型工业化条件下,解决我国能源与环境问题的战略选择。“十五”末期,我国将有2000MW超超临界燃煤发电机组投运,863计划超超临界技术课题对于电力工业的发展将会产生重要影响。同时,也将带动相关产业如动力机械制造业的发展,为我国传统产业的升级提供良好的条件和机遇。
3.电动汽车
“十五”期间,在电动汽车专项实施过程中,通过采用整车牵头、零部件协同开发的合作机制,促进整车零部件共同进步,形成新型节能环保汽车自主研发团队;通过着力研究技术标准、建设检测环境,实施人才、标准和专利战略,形成自主知识产权系统;重视准入机制、政策法规研究,及时规划和建设电动汽车商业化示范运营区,通过商业化运营,考验自主开发电动汽车产品的可靠性耐久性,探索市场运营规律,进行定量化政策和政策效益研究;通过专项实施,为今后我国能源多元化和车用能源动力转型奠定了基础。
4.燃气轮机技术
在重型和微型课题研究过程中,课题组研究建立了重型和微型燃气轮机核心部件的设计平台,掌握了相关试验技术,为我国今后高效叶轮机械、低污染燃烧室、原表面回热器的研发工作奠定了理论与试验基础。
100kW微型燃机离心压气机、向心涡轮和低排放燃烧室研制成功,为我国进一步研发微型航空发动机、微型燃机以及涡轮增压器提供技术支持和借鉴。高速气体动压轴承研制成功后,有利于改变我国在高速轴承领域的落后局面,促进尖端产品的发展。微型燃气轮机可以满足对特种电源的需求,对发展我国分布式供能系统将具有十分重要的现实意义。重型和微型燃气轮机研究,促进了学科建设。建造的一些试验平台填补了国内空白,在国际上也属于先进水平。重型燃气轮机的应用,可以为电力工业提供具有民族品牌的重型燃气轮机;微型燃气轮机的应用,可以实现能源的综合、高效和清洁利用,有利于促进我国能源利用的可持续发展。