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国家电投三大创新引领企业发展 两个国家科技专项创新成果显著
2019-05-21
 1.国家电投三大创新引领企业发展。
  国家电投作为大型先进压水堆核电站重大专项的牵头实施单位和重型燃气轮机重大专项的实施责任单位,始终秉持创新是引领发展的第一动力,不断追求创新、高效的运作模式:
  完善创新体系,强化创新战略的制定与执行,构建纵向一体、横向协同的组织管理体系和“宝塔型”研发体系;加大创新投入,建立多层次、多渠道、多元化科技创新投入机制;夯实研发平台,建成一批国内领先的研发机构,具备雄厚的科研开发、技术验证和设备鉴定能力;构筑合作联盟,加强“产学研用”一体化协同创新,推进军民融合协同发展,牵头组建6个产业技术创新联盟;培育新兴产业,开展氢能、储能等综合利用示范项目,建立智慧能源生态体系,着力推动新业态、新商业模式创新;强化人才保障,建设结构合理、素质优良的科技人才队伍,形成可持续科技创新能力;打造双创平台,以“线上平台(和创网)+线下空间”协同模式,促进资源共享、供需对接,获批国家工业和信息化部2018年制造业“双创”试点示范项目。
  通过管理创新、技术创新、商业模式创新等一系列创新举措,国家电投有效实现了“低碳能源规模化,传统能源清洁化,能源供应多能化,终端用能高效化,能源系统智能化”的整体思路与战略布局。近3年来,国家电投获得省部级以上科技奖励93项,累积获得专利授权2721件,主持和参与制定国际、国家和行业技术标准共计620余项。
  2.两个国家科技重大专项创新成果显著。
  国家电投肩负国家三代核电自主化、产业化、国际化的光荣使命,勠力以赴完成国家赋予的重任。彰显了国家电投在核电研发、工程建设、相关设备材料制造和运营管理方面的强大的技术实力和产业链整合能力,有力带动和促进了我国整个核电产业的发展。
  “国和一号”(CAP1400)自主化型号开发依托国家电投牵头承担的国家重大专项课题研究成果,旨在实现我国核电核心技术自主化,以及核电关键设备及材料国产化。
  “国和一号”是在引进消化吸收AP1000三代核电技术的基础上,通过再创新形成的具有自主知识产权、功率更大的大型先进非能动压水堆核电型号,功率达到1500MWe。
  “国和一号”基于非能动安全理念,采用最新国际标准,满足最严排放要求、全面贯彻纵深防御理念、实现非能动安全,事故后72小时内操纵员不需干预。充分考虑福岛核事故后相关技术要求,能有效应对地震、海啸、大飞机撞击等极端事件,满足实际消除大规模放射性释放要求,是当今世界上最安全、最先进的三代核电型号。2016年4月通过国际原子能机构IAEA的通用安全审评,获得了国际认可。
  如今,国和一号设备研制基本完成,示范工程设备国产化率达到85%以上,有效形成了国内三代核电装备产业链。压力容器、蒸汽发生器、控制棒驱动机构、爆破阀等主设备已全部实现国产化;大锻件、蒸汽发生器690传热管、核级锆材、核级焊材等关键材料基本实现国产化;自主化先进核燃料定型组件研制成功;11种泵、10类阀门工程样机基本研制完成。国和一号综合性能特别是经济性优于AP1000,后续批量化造价还能再降低10%以上。
  “国和一号”自主化型号的成功开发,标志着我国已经全面掌握了第三代非能动核电技术,也标志着我国核电技术达到世界一流水平。
  重型燃气轮机集新技术、新材料、新工艺于一身,以超级高效、清洁、灵活的特点,被誉为装备制造业“皇冠上的明珠”。
  2012年国务院启动“航空发动机及燃气轮机”国家科技重大专项论证。国家电投牵头联合哈尔滨电气集团公司、东方电气集团公司、上海电气集团公司,开展重型燃气轮机自主研制,按照“小核心、大协作、开放式、专业化、轻资产”的工作指导思想,打造自主知识产权重型燃机产品,建立完整的产业链和自主创新体系,助力我国“制造强国”和“走出去”战略的实施。
  经过不懈的努力,重型燃机产品自主化研制取得了突破性进展。现已完成F级300MW重型燃机概念设计阶段主要设计工作,正在开展压气机、燃烧室和透平三大部件等关键零部件试制和试验工作,在设计研发、材料和试制、零部件试验等方面取得阶段进展。压气机完成进口多级试验件加工和装配,即将开始试验;燃烧室完成喷嘴和火焰筒等加工制造,正在进行喷嘴低压性能试验;透平完成第一级静、动叶铸件首件鉴定,实现重型燃机大尺寸高温透平叶片的自主设计及材料、冶炼、制造等国产化。
  秉承以我为主、自主可控的原则,分别与意大利安萨尔多能源公司、德国西门子公司签署技术合作协议,充分借鉴国际厂商的先进经验,加快实现具有完全自主知识产权的重型燃机技术的研发目标。
  3.推动火电转型,打造能源标杆。
  高效灵活,推动能源转型。百万千瓦高效宽负荷超超临界机组开发与应用。国家电投牵头承担的“1000MW高效宽负荷率的超超临界机组开发与应用”科技支撑计划课题,给国家科技部交出了一份满意的答卷。课题核心成果沁阳1000MW一次中间再热超超临界示范机组,实现50%负荷机组效率提升超过3个百分点,供电煤耗平均降低约25g/kWh,同时保证了机组在低负荷时具有较强的灵活性;课题在汽轮机叶型优化、炉膛选型、高效低氮燃烧、烟气深度梯级利用、全容量蛇形管零号高加制造等方面完成了多项核心技术突破,取得26项国家专利,同时解决了低负荷下催化剂失效、空预器堵塞、布袋损伤等顽疾,实现了宽负荷高效可靠运行。课题成果证明高效宽负荷是超超临界机组发展的新方向,并将为提升机组调峰的经济性,消纳新能源提供重要保障。
  创新无止境,打造新标杆。国家电投围绕超高参数发电技术,对系统集成、工艺设计等关键技术创新研究,提出二次再热汽温最佳控制措施、集成超净排放与深度节能等59项新技术,首次将百万机组二次再热温度提高到620℃,通过工程应用,发电效率达到48.12%、供电煤耗255.29g/kWh,均刷新世界纪录。项目获2018年“亚洲电力金奖”。 技术创新永无止境,在郓城示范项目中,首次应用国产G115新型高温材料,带功率平衡发电机双机回热、四梯度机炉耦合烟气余热利用等先进技术,将百万机组二次再热温度提高到630℃,发电效率超过50%,成功打造我国超高参数火电机组新标杆。
  以匠心技术,提升火电性能。为化解新能源消纳与火电产能过剩的矛盾,国家电投利用自身技术优势,致力于火电机组灵活性提升技术的研究与应用。在运行灵活性方面,攻克了深度调峰下设备安全性、低负荷稳燃、全负荷脱硝及系统协调控制等难点问题,实现了深度调峰技术在不同类型燃煤机组的工程应用,纯凝工况下最大调峰负荷可达20%。在燃料灵活性方面,攻克了大比例掺烧劣质煤技术、污泥掺烧、煤泥掺烧、垃圾气化耦合等相关技术;首创利用抽汽增加锅炉干燥出力,实现磨煤机满出力掺烧褐煤。在供能灵活性方面,攻克了超临界机组主汽供热、低压缸零出力、循环冷却水余热利用及大温差余热利用等技术。该技术已在集团内东北公司,吉电股份,河南公司等单位得到示范应用,同时已推广应用到利港电厂等集团外发电企业。
  4.挖掘清洁能源潜力,构筑多能互补“智慧”生态
  智能调控,构筑多能互补新生态。水光互补技术通过水轮机组的快速调节应对气象变化对光伏发电的影响,使发电出力平稳输出。针对独立太阳能光伏发电具有的间歇性,波动性和难以预测性等特点,充分利用库存水量及水力发电进行弥补性调节,将原本不稳定的光伏电源,调整为更加均衡的平滑稳定电源,解决了大规模光伏发电直接接入电网后对电能质量和安全稳定运行的影响。该技术的研究提出了水光互补运行分析的关键技术及分析方法,建立了水光互补协调运行数据模型,制定了一套水光互补调节运行控制的方法,并取得两项国家发明专利,提升了水电站调峰调节的备用能力,达到水电与光伏发电互补的双赢格局,为清洁能源多能互补提供了新型发展模式,为国际能源结构调整探索了新道路。该技术已在龙羊峡水光互补电站示范应用,未来将在青海千万千瓦级新能源基地中推广应用。
  依托联盟优势,实现多种孤立电网联合运行。国家电投联合清华大学、武汉大学等单位共同承担“含可再生能源的孤立电网的运行控制技术及示范”863重大计划课题。通过课题研究,提出了通过直流电压控制快速调节电解铝负荷有功的方法,以及发电机励磁电压控制器、电解铝装置饱和电抗控制器的设计研究,寻找到频率偏差快速调节电解铝负荷电压和电抗器饱和度的方法。开发了含高渗透率风电孤立电网关键控制系统与工程技术及装备,并在霍林河建成了百万千瓦级示范工程。在世界上首次实现了含风电、火电和电解铝负荷的百万千瓦级孤立电网的联合运行,攻克了高载能工业孤立电网消纳大规模风电的难题,打造了循环经济产业链。该项目成果取得国家发明专利7项,荣获联合国气候大会“今日变革进步奖”,近三年新增利润5亿元。
  科技“捕风手”,挖掘清洁能源潜力。国家电投通过将新能源技术和电力气象技术有效结合,依托精细化的风资源普查及评估手段、高效的风电场运维模式,打造了自主可控关键核心技术软件平台——御风系统。该系统集风资源评估、电力气象预报、风场控制优化等功能于一体。采用四维实时同化预报模式,提供短期和超短期天气预报,为陆上和海上新能源项目建设、运维提供全方位气象预报保障,并实时追踪各气象要素变化,为场站提供动态最优边界条件,通过主动调整风机运行状态,提升场站发电效率。该系统集成最高分辨率的全球新能源资源图谱,实现新能源开发与消纳的精准规划,成功应用于内蒙古乌兰察布600万千瓦外送风电基地。
  国内首创智能场站,提升生产管理效能。该项目多项技术成果达国内领先。首次在发电领域应用5G通讯组网技术;首次在同一平台实现新能源多场站、不同类设备的远程诊断;在国内发电站首次实现无人机、机器人现场无人控制、自动巡检;首次在新能源智能安防应用虚拟电子围栏;首次采用集团公司全景业务编码和故障分类代码标准,实现数据统一建模和多系统数据标准化集成。首次将区域集控系统与ERP集成,实现工单预警自动触发机制和作业成本自动归集。该项目对实现“区域维检、无人值班、场站安保”,提升生产管理效能具有典型示范作用和重大推广价值。
  5.“智慧大脑”促发展站稳新业态前沿
  关键环节自主化,推动氢能市场化应用。国家电投在电堆产品研发中,自主掌控了从原料到产品的全部关键环节,突破了高活性高耐久性催化剂、气体扩散层等膜电极关键材料和膜电极制备技术,并在国内首次开发出高性能钛材金属双极板,攻克了大功率电堆设计和组装技术。在此基础上,自主研发了第三代高性能、低成本燃料电池产品——30kW级燃料电池电堆,其综合性能已达到国内领先、国际先进水平。氢能电池电堆产品具有高性能、低成本的特点,它的成功开发实现了氢能产业链关键环节的自主化,在氢能交通、分布式供能、备用与应急电源等领域具有很强的市场的竞争力。
  站稳储能技术前沿,提高电力设施利用率。铁铬液流电池具有效率高、循环寿命长、使用温度范围大,功率模块化、成本低廉等优点,是目前最具有发展前景的储能技术之一。国家电投已完成实验室研发,中试等环节,正在建设国内首个百千瓦(兆瓦时)级示范电站,计划于2019年9月落成,2020年正式示范运行。同时开发三代铁铬液流电池技术,将电流密度提升一倍,产业化后的度电成本将大幅降低,可与抽水蓄能技术的经济性相竞争。该技术整体具有国际领先水平,在配合可再生能源友好上网、提供发电机组的调峰调频服务、提高输配电设施利用率、提高电能质量、微电网应用等方面极具优势。
  “智慧大脑”,促生态能源系统实现应用。国家电投北科产业园综合智慧能源项目,采用“市电补充、削峰填谷、热电协同、多能互补、梯级利用、智能控制”的设计理念,集成天然气三联供、分布式光伏、分散式风机、电储能、燃气锅炉、直燃机、螺杆式电制冷机组、分体空调等多种供能、储能与用能设备,在对能源生态系统科学规划的基础上,实现电、热、冷、气的统一供给与协同转化。该项目配置了与清华大学联合开发的多能流能量管理系统IEMS,通过对负荷进行精确预测与智能控制,实现能量梯级利用与协同转化,增加了供能可靠性,充分消纳风、光等清洁能源,提高能源综合利用效率10%-30%,有效促进绿色能源供结与消费。
  分布式能源系统,实现全时自动化。国家电投积极推进上海前滩分布式能源示范项目,旨在为区域内单体建筑集提供空调冷热源和生活热源,有效提高能源利用效率,实现低碳排放,并已正式投产。该项目是以天然气为基础能源的冷热电联供的分布式能源系统,能源站由三个子系统构成,承担蓄能、冷/热/电联供、尖峰负荷供能三大功能,能源综合利用效率达到83%以上,节能20%以上,减排温室气体40%。能源中心采用高效蓄能技术,拥有亚洲最大的单体钢结构2万5千吨蓄能水槽,利用夜间用能低谷时段蓄能。同时建设了“互联网+”分布式控制系统,高度集成的信息采集和设备运维管理系统,实现全站运行自动化。
  6.协同产业显成色,多领域应用显成效
  打破垄断,自主研制,国际先进。多晶硅是电子信息行业的“基石”,是以光伏为代表的智慧能源产业最基础的原材料。半导体级多晶硅要求硅纯度达到9N以上。作为战略性原材料,半导体级多晶硅的生产技术和市场长期由国外垄断。国家电投是国内第一家掌握半导体级多晶硅生产和质量控制核心技术的生产企业,年产量2500吨,国内市场占有率13%,为国内同类产品第一名,硅纯度达到11N,,质量处于国际先进水平,打破了我国集成电路战略原材料完全依赖进口的局面。2018年,入选工业强基工程重点产品,存储器工艺“一条龙”应用计划示范企业和示范项目。
  机械化掘进技术,跨行业效率应用。国家电投对煤矿行业中广泛运用的综合机械化掘进工艺技术进行创新,开发了铝土矿山综掘巷道长抽短压通风方式与可调式组合喷头高压细水降尘技术;改进和完善了综掘机内外喷雾系统;开发了岩巷变形吸能锚杆钢纤维喷射混凝土支护技术,形成了与综掘工艺相匹配的快速支护方式与支护工艺。该成果的成功应用,显著提升挖掘效率,提高现场作业安全,实现瓦厂坪矿建工程提前2年,大竹园矿建工程提前3年建成,节约投资2.3亿元。为地下铝土矿快速高效建设生产带来革命性变化,为在铝土矿山或非煤矿山推行长臂采矿方法和机械化综合采矿工艺奠定了成功的基础。
  高效低耗超低排放,多领域应用显成效。为响应国家超低排放号召、满足高效低成本超低排放技术需求,国家电投在常规湿法脱硫技术基础上开发了沸腾式泡沫脱硫除尘一体化技术。该技术通过强化吸收塔内气、液、固传质效果提高脱硫效率,同时实现对细颗粒粉尘的高效脱除,脱硫系统粉尘总体脱除率>80%,单塔脱硫效率超过99%。经专家鉴定认为“整体水平达到国际先进水平”。该项目先后获得省部级科技奖励6项,并入选环保部3iPET百强技术,申请专利20件,其中通过PCT途径提交国际专利申请2件。截止2018年底,该技术已广泛应用于电力和非电领域烟气超低排放项目126台燃煤机组,应用装机容量超70000MW,每年减排粉尘3.19万吨、二氧化硫471.64万吨。
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