2018-11-02電力裝備是實(shí)現(xiàn)能源安全穩(wěn)定供給和國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展的基礎(chǔ)，包括發(fā)電設(shè)備、輸變電設(shè)備、配電設(shè)備等。到 2020 年，電力

2018-11-02

電力裝備是實(shí)現(xiàn)能源安全穩(wěn)定供給和國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展的基礎(chǔ)，包括發(fā)電設(shè)備、輸變電設(shè)備、配電設(shè)備等。到 2020 年，電力裝備技術(shù)水平總體達(dá)到國際先進(jìn)，掌握國際標(biāo)準(zhǔn)制修訂話語權(quán)；構(gòu)建涵蓋煤、水、氣、核、新能源及可再生能源等在內(nèi)的多元電力供給裝備研發(fā)制造體系，自主化率達(dá)到 90%；輸變電成套裝備全面滿足國內(nèi)電網(wǎng)建設(shè)需要，自主化率達(dá)到 95%。到 2025 年，具備持續(xù)創(chuàng)新能力，完善產(chǎn)業(yè)配套，形成完整的研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)檢測和認(rèn)證體系。大型火電、水電、核電等成套裝備達(dá)到國際領(lǐng)先水平，新能源和可再生能源裝備及儲(chǔ)能裝置市場占有率超過 80%。輸變電成套裝備 100% 實(shí)現(xiàn)智能化，傳感器等關(guān)鍵零部件自主化率達(dá)到 85%。

根據(jù)《中國制造 2025》在電力裝備的發(fā)展重點(diǎn)有：

1). 火電裝備。掌握煤電機(jī)組環(huán)保升級改造技術(shù)，提高機(jī)組能源轉(zhuǎn)換效率，實(shí)現(xiàn)煤電機(jī)組超凈排放。對接《一帶一路》戰(zhàn)略，通過對外工程總承包，帶動(dòng)火電成套裝備走出去，擴(kuò)大國際市場份額。重點(diǎn)發(fā)展：1,000 兆瓦超超臨界超凈排放煤電機(jī)組 (含二次再熱)、600 兆瓦及以上超臨界燃用新疆準(zhǔn)東煤鍋爐、600 兆瓦超臨界循環(huán)流化床鍋爐、高水分褐煤取水煤電機(jī)組、300 兆瓦級 F 級重型燃機(jī)、400 兆瓦級 G／H 級重型燃機(jī)、大型火電機(jī)組控制系統(tǒng)等。

2). 核電裝備。實(shí)施核電裝備自主創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化專項(xiàng)，建立完善的核電裝備自主化產(chǎn)業(yè)體系，核電裝備安全性和先進(jìn)性滿足國際標(biāo)準(zhǔn)最高要求。對接《一帶一路戰(zhàn)略，通過對外工程總承包，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核電機(jī)組批量出口能力。重點(diǎn)發(fā)展：CAP1400 核電成套裝備，華龍一號核電成套裝備，高溫氣冷堆、鈉冷快堆、釷基熔鹽堆核電機(jī)組。

3). 可再生能源裝備。實(shí)施智能電網(wǎng)成套裝備創(chuàng)新專項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)大容量儲(chǔ)能裝置自主化，大容量儲(chǔ)能技術(shù)及兆瓦級儲(chǔ)能裝置滿足電網(wǎng)調(diào)峰需要，解決可再生能源并網(wǎng)瓶頸。風(fēng)電、光伏發(fā)電、小水電、生物質(zhì)能、海洋能、地?zé)崮艿确植际娇稍偕茉磻?yīng)用形成較大規(guī)模，滿足我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整需要。全面掌握 700 兆瓦及以上大型水電機(jī)組設(shè)計(jì)和制造技術(shù)。加快南美、非洲等新興市場開拓步伐，加快水電成套裝備走出去。重點(diǎn)發(fā)展：1,000 兆瓦等級超大容量水電機(jī)組、700 米及以上超高水頭沖擊式水輪機(jī)組、40 兆瓦及 700 米水頭及以上抽水蓄能機(jī)組、15 兆瓦及以上可變速抽水蓄能機(jī)組、高效太陽能發(fā)電設(shè)備、5 兆瓦及以上風(fēng)力發(fā)電設(shè)備、兆瓦級先進(jìn)大容量儲(chǔ)能裝置等。

4). 輸變電成套裝備。全面掌握特高壓交直流輸電成套裝備設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，提升輸變電成套裝備技術(shù)水平，新型高溫超導(dǎo)輸變電設(shè)備實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。實(shí)施變壓器等電力裝備能效提升計(jì)劃，進(jìn)一步提升電力裝備能源轉(zhuǎn)換效率。對接《一帶一路》戰(zhàn)略，通過對外工程總承包，帶動(dòng)輸變電成套裝備走出去，擴(kuò)大國際市場份額。重點(diǎn)發(fā)展：1,000 千伏特高壓交流輸電成套裝備、±800 千伏及以上特高壓直流輸電成套裝備、±200 千伏及以上柔性直流輸電系統(tǒng)及成套裝置、智能電網(wǎng)用輸變電設(shè)備和用戶端設(shè)備、綠色環(huán)保型高效輸變電設(shè)備、大功率電力電子器件、高溫超導(dǎo)材料及高溫超導(dǎo)輸變電設(shè)備等。

5). 關(guān)鍵零部件、材料及配套體系。著力突破阻礙我國電力裝備制造業(yè)由大到強(qiáng)的瓶頸問題，開展電力裝備用關(guān)鍵零部件、材料自主研發(fā)并實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用，加快電力裝備試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)建設(shè)，切實(shí)增強(qiáng)電力裝備制造業(yè)持續(xù)創(chuàng)新能力。建立 300 兆瓦及以上重型燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)、研發(fā)和試驗(yàn)驗(yàn)證體系，突破燃?xì)廨啓C(jī)高溫葉片等關(guān)鍵制造工藝；開展輸變電成套裝備可靠性和特殊環(huán)境適應(yīng)性研究，形成完善標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)、檢測和認(rèn)證體系；建立大容量電力電子成套裝置等試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)，國產(chǎn)大功率電力電子器件滿足國內(nèi)輸變電設(shè)備需要。重點(diǎn)發(fā)展：重型燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)、高溫部件及控制裝置；大型核電壓力容器、蒸汽發(fā)生器、冷卻劑主泵、控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、堆內(nèi)構(gòu)件，大型核電汽輪機(jī)焊接（整鍛）轉(zhuǎn)子，2,000mm 等級末級長葉片，大型半速汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。高溫氣冷堆、鈉冷快堆、釷基熔鹽堆核島關(guān)鍵主設(shè)備；1,000MW 等級空冷機(jī)組先進(jìn)、高效、低成本空冷系統(tǒng)；超超臨界煤電機(jī)組用三類閥門；可變速抽水蓄能機(jī)組發(fā)電電動(dòng)機(jī)，可變速水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，調(diào)速系統(tǒng)，交流勵(lì)磁及控制保護(hù)系統(tǒng)，太陽能大型高效吸熱、儲(chǔ)換熱主設(shè)備及控制系統(tǒng)；太陽能大型高效吸熱、儲(chǔ)換熱主設(shè)備及控制系統(tǒng)；生物質(zhì)能和垃圾發(fā)電氣化裝置；大容量發(fā)電機(jī)保護(hù)斷路器；智能輸變電設(shè)備用智能組件；高電壓大電流真空滅弧室；高壓直流輸電用套管；金屬薄膜直流電容器；柔性直流輸電用高壓高功率 IGBT 模塊；變壓器出現(xiàn)裝置；絕緣材料與電工合金。

我從 2015 年開始布局石墨烯電力裝備，包括：銅鋁合金電纜、耐腐蝕涂料、風(fēng)電及光伏等項(xiàng)目，不過，除了耐腐蝕涂料在水性可以達(dá)到鹽霧試驗(yàn) 3,000 小時(shí)、溶劑型涂料也可以達(dá)到 6,000 小時(shí)外，銅鋁合金電纜找了合肥、南昌兩個(gè)一本課題組，竟然連分散都搞不定。不過，根據(jù)航材院發(fā)布的成果來看，用上我的石墨烯加上負(fù)載技術(shù)，應(yīng)該是很有可為！至于風(fēng)電設(shè)備我是想先進(jìn)行葉片，這是擠拉型玻璃鋼增強(qiáng)葉片，使用氧化石墨烯的效果很好，我也曾規(guī)劃到張家港落地找當(dāng)?shù)仄髽I(yè)合作，不過政府看我不帶錢去投資沒搭理我！另外，在各地方煤改電政策下異軍突起的石墨烯地暖，我們也已經(jīng)大量在出貨了。

最近，我也在調(diào)研石墨烯與核電結(jié)合的可能性。目前項(xiàng)目少是因?yàn)槲覍τ谶@個(gè)行業(yè)還在了解中，更多是沒有接觸過這類的專家，可以提出有關(guān)技術(shù)短板的問題所在。在我印象中石墨烯曾用來從水中提取放射性物質(zhì)，Rices 大學(xué) James Tour 與 Lomonosov 大學(xué)的 Stepan Kalmykov 展示了一種使用石墨烯氧化物作為吸附劑從水中去除放射性核素的方法，這一發(fā)現(xiàn)對清理污染場地來說是個(gè)好消息，如可將石墨烯氧化物用于清理因日本 2011 年地震海嘯而遭到破壞的福島核電站污染場地。另外，這一發(fā)現(xiàn)還有助于降低水力壓裂 (hydraulic fracturing) 的成本，幫助稀土金屬礦業(yè)實(shí)現(xiàn)恢復(fù)。Kalmykov 表示：石墨烯氧化物的巨大表面區(qū)域決定了其吸收毒素的能力，因此這種物質(zhì)的高保留屬性并不令人感到驚奇，令我們感到驚奇的是其非常快速的吸附能力。石墨烯氧化物較低的成本及可生物降解的特性，應(yīng)該使得這種物質(zhì)適合應(yīng)用于「滲透性反應(yīng)墻」技術(shù)。

另外，英國曼切斯特大學(xué) Sheng Zhang 與 A. K. Geim 組成的研究團(tuán)隊(duì)，就曾展示一種利用石墨烯制作的膜作為濾網(wǎng)，來分離質(zhì)子（氫核，protons）和其同位素氘核（deuterons）。這個(gè)研究成果意味著可能利用這種更簡單、更便宜的方法以少于 10 倍的能量生產(chǎn)重水，而且可以通過過濾氫元素的不同同位素來幫助清理核廢料。該團(tuán)隊(duì)的研究人員測試氘核是否可以穿過石墨烯和它的姐妹材料氮化硼，他們本來預(yù)料氘核可以輕松地透過，因?yàn)楝F(xiàn)有的理論推斷氫、氘這兩種同位素的滲透性沒有任何區(qū)別。結(jié)果研究人員驚奇地發(fā)現(xiàn)，氘核不僅能被這種單原子厚的膜有效地篩選出來，而且具有很高的分離效率。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，這種分離技術(shù)是完全可擴(kuò)展的。使用化學(xué)氣相淀積（CVD）的石墨烯，他們開發(fā)厘米大小的設(shè)備，以有效地從氘和氫的混合物中泵出氫來。

科學(xué)家通過仿造含鈾、鈽、錒類和鑭類放射性同位素以及鈉和鈣等影響石墨烯吸附能力的核廢料進(jìn)行一系列實(shí)驗(yàn)，對氧化石墨烯去除核廢料的吸收能力和時(shí)限進(jìn)行了測試，并將其在一定 pH 值范圍內(nèi)與常用的膨潤土和粒狀活性碳進(jìn)行了比較。結(jié)果顯示，氧化石墨烯去除放射性污染物的能力更勝一籌。此外，氧化石墨烯捕抓放射性核素方面的另一個(gè)優(yōu)勢在于其不會(huì)影響放射性核素的放射性，因而只要撤去固體物、燒毀氧化石墨烯就能重新獲得放射性物質(zhì)。已證實(shí)氧化石墨烯的燃燒速度非常之快，燃燒后留下放射性物質(zhì)可以再次投入使用。

還有還有，2017 年武漢大學(xué)肖湘衡聯(lián)合美國愛荷華州立大學(xué) Xinwei Wang，結(jié)合單層石墨烯優(yōu)良的導(dǎo)熱性能和鎢具有較低的輻照腫脹特點(diǎn)，設(shè)計(jì)鎢和石墨烯的多層薄膜結(jié)構(gòu)，透過光熱測量技術(shù)測得金屬鎢與單層石墨烯之間的介面接觸熱阻在 數(shù)量級，證實(shí)這種含多層介面的結(jié)構(gòu)對導(dǎo)熱性能影響很小，不會(huì)阻礙熱量的傳導(dǎo)。更重要的是，該結(jié)構(gòu)具有明顯的「抗輻照」性能。透過引入單層石墨烯，不僅可以使鎢納米薄膜順利匯出熱量，而且這種結(jié)構(gòu)也可以有效地減少由于核輻照引起的巨大損傷。因此，這種新型抗輻照材料，為核反應(yīng)爐內(nèi)結(jié)構(gòu)材料的選取、改良和升級提供重要的方法和思路。

Ref.:

宮非：接地氣系列G之四：石墨烯同軸電纜宮非：接地氣系列G之五：石墨烯全合成機(jī)油宮非：接地氣系列G之十：石墨烯粉體散熱涂料 升級版宮非：接地氣系列G之十三：石墨烯線材新發(fā)展思路宮非：接地氣系列G之廿三：石墨烯合金基復(fù)材已經(jīng)找到突破點(diǎn)宮非：接地氣系列G之廿七：要做好電磁屏蔽材料真的很難宮非：接地氣系列G之卅三：石墨烯隔熱涂料怎么開發(fā)？

1). Phys. Chem. Chem. Phys., 2013,15, 2321-2327, | DOI: 10.1039/C2CP44593J.

2). Nature Communications, 2017, 8, 151215. | DOI:10.1038/ncomms15215.

3). Advanced Materials, 2016, 29(3): 1604623.| DOI: 10.1002/adma.201604623.

分類：產(chǎn)業(yè)化 >>政策 >>戰(zhàn)略