我国绿色、低碳能源装备制造业未来10年的发展与展望
中国动力工程学会 程钧培
当今世界，发展绿色、低碳经济已经成为一个重要趋势。许多国家都把发展绿色、低碳经济作为应对金融危机、推动经济结构调整的重要举措。不少国家都把推动新能源和新型绿色产业发展提升到前所未有的高度，积极抢占技术进步和产业发展的制高点。
随着新能源应用的市场推广、关键技术的不断突破，未来极有可能引发新一轮以清洁能源和可再生能源为重点的产业革命，新能源产业有望成为引领全球经济增长的主导产业群，也是新一轮国际竞争的战略制高点。
这一变化，对正在走向世界的中国能源装备制造业构成了新的压力，促使我们必须加速调整产品结构，迎接新的挑战和机遇。
一、我国绿色、低碳能源装备制造业现状
我国从上世纪80年代初引进亚临界300 MW、600 MW火电机组设计制造技术，经过消化吸收、国产化、优化创新，2000年前实现了批量生产，成为电网中的主力机组，也成为发展清洁高效火电机组的基础。
21世纪，由我国自主制造的超临界、超超临界火电机组在电网中已有200多台投入运行。我国火电装机容量中，超临界和超超临界机组已占24%以上，经测试，投运的超临界和超超临界机组发电效率、供电标准煤耗等性能指标，已达到国际先进水平。
我国通过引进技术、消化吸收和自主研发制造的300 MW级循环流化床锅炉（CFB），目前已投运了10多台，自主研发的600 MW超临界CFB锅炉，已依托四川白马电厂开始建设。
250 MW级整体煤气化联合循环（IGCC）发电技术及装备，即将正式投入运行；中低热值煤气燃烧技术的开发和燃气轮机制造技术的国产化工作正在加快进行；2 000吨/日级干法、湿法气化炉已达到商业化水平，并能够自主设计和生产3 000吨/日级气化炉。
我国自主开发的三峡700 MW水电机组设计和制造技术达到了世界先进水平；300 MW级抽水蓄能机组，已经开始依托重点工程进行自主研发。
第二代改进型核电站已核准项目将形成2 679万kW的装机容量，成为目前我国境内在建核电机组的主要机型，并已基本实现核电站的自主设计、自主制造、自主建设、自主运营；以浙江三门和山东海阳核电站为依托的第三代1 000 MW核电机组，已开始引进、消化、吸收。
兆瓦级风电机组，已进入大规模建设的高潮。自主研发的5 MW永磁直驱式海上风电已成功投运；2011年，风电装机容量达到52 800 MW，占全球风电装机容量的24.56%，稳居世界第一。
我国已是世界第一大太阳能光伏电池生产国。2010年产量超过5 000 MW，约占全球产量的50%。太阳能发电，正在进入大规模建设的高潮。
世界上运行电压最高、输送能力最大、技术水平最先进的±800 k V特高压直流输电技术已经在我国成功应用（目前已有三条在运行）；1 000 k V特高压交流输电示范工程已建成投运。
综上所说，我国绿色、低碳能源装备制造业已具相当基础。
二、我国绿色、低碳能源装备制造业未来10年的发展
未来10年，高效、清洁的能源装备制造业将成为我国国民经济发展的新的经济增长点，将有力促进中国经济实现新跨越，逐渐步入绿色、低碳的发展阶段。
1.洁净火电，渐成主流
目前，截止2011年，我国火电装机占发电总装机容量的75%，其中煤电又占92%，当年发电消耗原煤约19亿吨，占全国耗煤量的54%左右。
燃煤发电是二氧化碳、二氧化硫排放的主要来源，约占全国总排放量的一半左右，另外还要耗用大量的水资源，并产生一定的烟尘。
受资源禀赋影响，煤电在我国电源装机中的主导地位在相当长的时期内不会完全改变。为减轻燃煤发电带来的资源和环境压力，我国燃煤发电将通过技术的不断升级，提高煤电机组的热效率（从现有的平均36.5%提高到40%以上），控制污染物的排放，最终实现煤电机组污染物的近零排放。
发展高效洁净煤电技术，是中国电力工业实现绿色、低碳、可持续发展的必然选择。以当前技术水平，能够实现煤电高效清洁利用的技术主要是：超超临界发电技术、超临界循环流化床发电技术、整体煤气化联合循环发电技术等；随着天然气和岩层气资源的开发利用，燃气——蒸汽联合循环发电技术也将得到广泛的应用。
可以预计，未来我国火力发电设备中，高效、洁净燃煤发电机组将渐成主流，燃气轮机发电机组也将迈入自主品牌的发展阶段。
（1）超超临界燃煤发电机组
目前，我国哈尔滨、上海、东方电力装备制造集团都能制造60万、100万千瓦级的超超临界火电机组，已基本形成了较为完整的研发、设计、制造技术体系，但关键配套件尚未完全实现国产化，高温材料研发和生产方面还相对滞后，部分耐高温材料尚需依靠进口。
到2011年年底，参数为26.25 Mpa和25 Mpa的600℃/600℃的1 000 MW超超临界机组已投运43台，是世界上百万千瓦级超超临界机组投运最多的国家，600℃/600℃600 MW超超临界机组已投运56台，合计超超临界机组已投运99台。发电效率为45%左右，供电标煤耗约285 g/kwh。
展望未来10年，超超临界机组的技术发展进程及目标为：
预计2015年，600℃超超临界机组用耐热钢和大型锻件，可全部立足于国内生产；2020年前，我国将完全掌握600℃/600℃的600 MW、1 000 MW超临界和超超临界各系列机组的设计、制造技术，形成自主知识产权。
到2020年，超临界和超超临界机组将占当年运行火电机组总容量的30%以上。
2010年8月，我国正式启动了700℃超超临界燃煤发电技术创新联盟，该联盟的技术路线，即“十二五”期间，开展对700℃超超临界燃煤发电技术的研究，通过对综合设计、材料应用技术、高温材料和大型铸锻开发、锅炉关键技术、汽轮机关键技术、部件验证等研究，掌握700℃超超临界燃煤发电技术机组设计、制造技术，力争在2020年前后在我国开始700℃超超临界机组示范工程建设。
（2）循环硫化床CFB锅炉
CFB锅炉具有燃料适应性广、负荷调整范围大、炉内脱硫和低氮燃烧等优点，可以燃用煤矸石、煤泥、洗煤等劣质燃料，使一次能源得到充分利用。
展望未来10年，CFB锅炉的技术发展进程及目标为：
依托四川白马电厂建设自主研发的600 MW超临界CFB锅炉示范工程有望在2013年投运。
到2020年，优化创新的引进型300 MWCFB锅炉、完善提高的自主型300 MWCFB锅炉，都将成为成熟产品，并得到广泛应用；600 MW超临界CFB锅炉将成为国内煤炭洁净燃烧应用的主力装备；相关制造企业也将具备提供装备的能力，可与煤粉锅炉一样，供用户选择。
随着燃烧劣质煤的300 MW、600 MWCFB锅炉的广泛应用，我国历年积存和新产的劣质煤将得到有效应用。
（3）整体煤气化联合循环（IGCC）发电设备
IGCC是一种将煤气化技术、煤气净化技术与高效的燃气轮机联合循环设备相结合的先进动力系统。在获得高循环发电效率的同时，可又解决燃煤排放的控制，是极具潜力的洁净发电技术。其最显著的特点是在煤气化的基础上，更易实现CO2的分离和处理。为了提高IGCC的经济化，在发电的基础上，进一步发展煤气化——化工多产品联产技术，将成为今后的一个重要方向。我国IGCC技术的发展，将通过自主研发和引进技术并举的技术路线，通过建设示范电站，积累经验，逐步推广。
展望未来10年，IGCC的技术发展进程及目标为：
2015年前，华能绿色煤电天津250 MW级IGCC发电机组示范工程将建成并取得经验；中低热值煤气燃烧技术的开发和燃气轮机制造技术的国产化工作将加快进行。
2020年左右，400 MW级IGCC将实现商业运行示范，届时运行可靠性将达到90%，形成成熟的IGCC发电设备设计、制造能力，并开始推广应用。
E级和F级中低热值燃气轮机的国产化率达到80%以上；2 000吨/日级干法、湿法气化炉达到商业化生产水平；能够自主设计和生产3 000吨/日级气化炉；可以设计、生产40万Nm3/h的轴流、离心压缩机。
（4）燃气-蒸汽联合循环发电机组
燃气-蒸汽联合循环发电机组，以天然气为燃料，具有运行安全可靠、调峰性能好、效率高、排放污染低等优点。目前国际上已经研制成功G型和H型燃气轮机，燃用天然气联合循环工作时，其热效率分别能达到58%、60%。
目前，我国通过引进国外先进制造技术、逐步增加技术改造投入、分阶段实现国产化等手段，使得燃气轮机制造自主化取得显著成效。但是，热端部件等核心制造技术和维修服务技术尚由外方控股的合资企业掌握，燃气轮机的设计技术也尚未掌握。
展望未来10年，燃气-蒸汽联合循环发电机组的技术发展进程及目标为：
燃气轮机的技术开发作为重大技术装备的第十七个重大项目的论证工作正在进行之中。
产学研相结合的自主创新技术开发路线，是我国燃气轮机装备发展的主导思想。通过对耐高温材料、压气机设计技术、干式低NOX燃烧技术、高温冷却技术、高温涂层技术、控制技术等项目的攻关，掌握燃气轮机的关键核心技术，2020年研制出具有自主知识产权的F级燃气轮机，形成我国重型燃气轮机的自主开发能力。
2.水电装备，引领潮流
我国水能资源蕴藏量居世界首位，技术可开发容量5.74亿千瓦，年发电量2.5万亿千瓦时，目前开发利用程度以发电量计算仅为23%，远低于发达国家70%以上的开发水平，因此，我国水电开发潜力很大。
在我国常规可开采的能源资源中，水能是仅次于煤炭的重要战略资源。作为清洁的可再生能源，大力开发水电是保证我国经济社会可持续发展、保障能源供应、优化电源结构、减少化石能源消耗、实现节能减排的重要举措，也是我国走绿色、低碳之路的必然要求。
通过三峡工程70万千瓦水电机组的成功研制，我国水电技术发展已经取得前所未有的进步和举世瞩目的成就。现在已能够自行研发、设计、制造各种类型水轮发电机组，技术水平已居世界领先水平。
正在建设中的溪洛渡70万机组、向家坝80万机组，其额定容量将突破世界记录。到2015年，将有40多台70万千瓦水电机组投运；到2020年，投运的70万千瓦及以上的水电机组，总计将超过100台。
展望未来10年，水电装备的技术发展进程及目标为：
依托四川与云南交界的金沙江白鹤滩水电站，实现1 000 MW级水电机组的成功投运。
继续将300 MW抽水蓄能机组作为发展重点，加强优化创新，掌握核心技术，向完全自主设计制造500米高水头大型抽水蓄能机组迈进。
3.核电设备，提速发展
我国在建二代加改进型核电机组26台2 852万千瓦，这些机组预计5年内将陆续建成，对我国电力结构调整将发挥重要作用。中国已成为目前世界核电在建规模最大的国家。
2009年3月，全球首台1 250 MWAP1 000核电机组在浙江三门开工建设，预计2013年投运；2009年10月，国家核准广东台山核电站采用2台1 750 MW EPR型核电机组。已核准的共6台第三代核电机组，装机容量为8 500 MW。
采用更安全、更先进的核电技术建设核电站，是世界核电发展的趋势。我国正在引进的第三代AP1 000核电技术及其建设中的示范工程，为核电技术的跨越式发展提供了重要平台，对促进我国核电技术自主开发、形成完整的制造体系，具有极大促进作用。
展望未来10年，核电装备的技术发展进程及目标为：
在消化吸收、全面掌握AP1 000核电技术的基础上，继续研发具有自主知识产权的140万千瓦CAP1 400大型先进压水堆核电机组，并计划在2017年左右投入运行。努力使我国三代核电设计、制造、建造和运行技术实现快速发展，争取早日进入世界核电技术先进国家行列。
我国在高温气冷堆、纳冷快堆和超临界水冷堆方面，已开展了基础性工作。通过高温气冷堆示范工程建设、超临界水冷堆和实验快堆试验研究，在国际第四代先进核能技术竞争中，我国将争取到有利地位。
4.新能源装备，跃居前列
不断提升新能源发电的装机规模和技术水平，提高新能源发电在电源结构中的比重，这将是一项长期而艰巨的任务。从技术、产业与市场需求的角度看，新能源中的风能、太阳能发电、生物质发电，目前已具备一定的研发基础，其应用已得到社会各方面的广泛关注，发展速度日益加快。
未来10年是我国新能源大规模快速发展的重要时期，新能源发电将为中国机电工业的可持续发展奠定坚实的基础。
（1）风力发电
自2005年以来，我国风电产业发展成绩显著，装机规模不断扩大，设备制造水平进一步提高，已实现连续5年翻番。截至2011年年底，全国风电装机已达6 236万千瓦，位居世界第一。
展望未来10年，风力发电装备的技术发展进程及目标为：
到2015年，培育出国内具有自主知识产权的3兆瓦及以上风电机组及零部件品牌，使风电技术水平和装备能力达到国际水平，并建立起具有研发、试验测试、装备检测认证等功能的技术及产业服务中心；同时，依托国家能源风电并网系统研发中心，开展电压变化、频率变化、电网扰动、低电压穿越以及储能等技术研究，提高对电网的适应性，保证电网的安全稳定运行。
在未来10年，国家规划在华北、东北和西北大“三北”地区及江苏等沿海风能资源丰富地区，大力推进大型风电场建设，重点建设新疆哈密、甘肃酒泉、内蒙东部、内蒙西部、河北张承地区、吉林西部地区和江苏沿海地区等七个千万千瓦级风电基地。加快发展海上风电。在其他具有可利用风能资源地区，因地制宜发展中小型风电场。大力发展小型风电设施和分布式发电系统。
可以预见，未来风电建设运营中各项经济指标将进一步提高，市场竞争力将明显增强，在我国机电工业发展中的地位也将大大提高。
（2）太阳能发电
太阳能发电有太阳能光伏发电和太阳能热发电两种。
我国是世界上最大的光伏电池生产国，2010年产量超过500万千瓦，约占全球产量的50%，其中90%以上出口国外。随着世界经济发展的低迷，我国光伏电池生产自2011年以来出现了较大的不景气，现正在抓紧整合之中。
我国光伏发电累计安装容量2007年不到10万千瓦；2008年底增加到14万千瓦，2009年底达到30万千瓦，仅一年就翻了一番多。2010年底又达到70万千瓦，再翻一番多。2012年青海柴达木盆地已并网光伏电站42座，容量1 003 MW，总发电量超过5亿千瓦时，创造了同一地区内最大光伏电站安装量、最大光伏电站并网系统工程、首度实现千兆瓦级光伏电站并网等多个“世界之最”。
目前全球光热发电已运行装机容量有70万千瓦，在建近200万千瓦。
国家“十一五”“863计划”，2006年立项，在北京延庆建设的1兆瓦光热发电示范项目，是亚洲第一座塔式太阳能热发电站，发电站镜场已于2010年8月安装完成，进入调试阶段；2010年3月国家发改委批准建设内蒙古50兆瓦槽式太阳能发电项目，现已完成招投标，它标志着我国光热发电朝商业化迈出了重要一步。
展望未来10年，太阳能发电装备的技术发展进程及目标为：
2020年前后，兆瓦级光伏电站争取实现规模化商业应用。
2015年前后，有望建成100 MW太阳能热发电示范电站，2020年前后，有望建成300 MW荒漠地区实用电站。
如能证明太阳能热发电在技术与经济方面的实用性，2020年后，太阳能热发电将开始规模化建设。
（3）生物质发电
生物质是仅次于煤炭、石油和天然气的第四大能源。该资源种类繁多，利用技术多样，包括农业废弃物、林业剩余物、能源作物、生活垃圾和其他有机废弃物。采用农林生物质直燃发电技术生产电力或供热，既可解决一部分地区电力供应紧张的问题，同时也可减少化石燃料的消耗，使能源资源的配置更为合理。
至2010年底，我国江苏、山东、安徽、黑龙江、河北、河南、江西、四川、湖南、湖北、陕西等10多个省，共有约50个生物质发电工程投运，装机容量共达4 500 MW。其中农林生物质发电2 050 MW，垃圾焚烧发电2 200 MW，沼气等其他生物质发电180 MW。
展望未来10年，生物质发电装备的技术发展进程及目标为：
“十二五”期间，生物质发电将有更大发展，至“十二五”末，装机总容量增长到1 300万千瓦。
2020年生物质发电装机总容量达到2 000万千瓦以上。
生物质的收集、储藏、运输及进料设备等方面的技术和管理问题，在经过进一步的研发后将会更加完善。
5.电网装备，勇攀高峰
在我国发展大容量、远距离的输电技术，将电能从西部大规模输送到中、东部地区，是实现更大范围能源资源优化配置的重要手段。
21世纪初，我国开展了±800千伏特高压直流和1 000千伏特高压交流输变电成套设备的研制及工程建设，抢占了世界输变电技术、设备制造和试验的制高点。
1 000千伏晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程，线长645千米，额定输电容量为500万千瓦，2007年开工建设，2009年1月投入试运行；3条±800千伏特高压直流输电示范工程，线长千米以上，最大输电容量500万千瓦以上，均已建成投入运行。
展望未来10年，电网装备的技术发展进程及目标为：
积极开展灵活（柔性）交流输电技术装备的研发，将电力电子技术、微处理机技术和控制技术等集中应用于高压、特高压输变电系统，使我国电网运行技术将更趋完善。一个安全可靠、技术先进、供电优质的现代化电网将成为我国经济社会可持续发展的坚强保障。
顺应未来经济社会可持续发展和用户对电力供应更加安全、优质、清洁的要求，发展智能电网。
6.发展碳捕集与封存技术装备
碳捕集与封存（简称CCS）技术，为未来燃煤发电减少温室气体排放直至实现近零排放带来了新的希望。
展望未来10年，碳捕集与封存技术装备的技术发展进程及目标为：
2015年前，积极开展IGCC示范工程燃烧前脱碳技术研究，加快锅炉富氧燃烧技术的工程化研究，使之尽快实现工程应用。
2020年前，积极开展低能耗、低成本的新型碳捕集技术的示范工程研究，为在2030年前后，二氧碳捕集技术规模化的推广应用作好技术储备。
发展低碳经济及新能源产业，是后危机时代国际社会面临的重大机遇和挑战，也是我国经济社会发展和生态文明建设的重要内容，更是电力工业转型升级、转变发展方式的历史选择。我们应不断增强绿色发展的自觉性和主动性，促进低碳经济，发展新能源产业，推动国民经济健康可持续发展。
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