1、能源问题的希望之树2能源是世界各国关注的焦点能 源消 费与经济发展密切相关，发达国家能效大幅提高，新兴国家需求增长迅速各国各有侧重着重非常规天然气/油关闭核电，重点为风和光能以核电为主生物质能多样化能源结构能 源供 给化石能源仍占主导地位，可再生能源比例增加，呈现多元化发展趋势环 境压 力碳排放限制正在加强，高效、低碳、清洁化成为共识BP世界能源展望（2017）3世界强国加紧能源战略布局能源清洁化是国际发展大趋势欧盟美国日本先进煤炭利用技术节能和环保日本低碳，高能效太阳能、核能等清洁电力新计划2014全面能源战略智能电网、碳捕集与封存、核聚变以及能源效率等;可再生能源在能源供应中占主体2017
2、第一能源计划清洁煤技术能源系统集成、节能、储能、可再生能源发电以及碳固定与利用五大技术创新领域2016能源环境技术创新战略205020112050能源技术路线图2014科学技术创新综合战略4中国能源发展面临前所未有的挑战挑战1：能源安全形势严峻 n能源资源特征：富煤、少油、缺气n煤炭占绝对主导地位，可再生能源比例低n油气供应受制于人：2016年原油对外依存度65%，天然气对外依存度34%中国化石资源构成（截止2016年底）人均化石能源占有量(吨油当量/人)煤95%石油2%天然气3%中国能源消费结构数据来源：中国能源统计年鉴20165挑战2：环境压力巨大内部：环境污染严重，大范围、高强度雾霾天气
3、倒逼能源转型外部：CO2排放量大，2016年我国CO2排放量全球占比28.4%，居世界首位 减排任务艰巨，2030年单位GDP的CO2排放要比2005年下降60%-65%（巴黎协定）数据来源：BP世界能源统计年鉴2017来源：WHO世界卫生组织，2016全球PM2.5空气污染地图中国能源发展面临前所未有的挑战6 能源消费革命、供给革命、技术革命、体制革命 构建清洁低碳、安全高效能源体系n 发展洁净能源新技术，抢 占能源技术战略最高点n 以科技进步推动工业结构转型n 构建清洁高效、多能互补 的清洁能源利用新体系国家战略：能源革命构建与能源资源相适应的中国特色能源结构体系13%15%20%50%2
4、016年年2020年年2030年年2050年年非化石能源占能源消费总量比重数据来源：能源生产和消费革命战略7我国现有能源体系各系统相对独立，缺乏协调发展资源短缺油品质量不高 资源不足 保障民用多用于发电且利用率低主要污染源缺乏新技术支撑 难以并网 缺乏竞争力 难规模应用电力过剩热利用率低n能源结构中各系统相对独立，难以合并“同类项”，导致整体效率不高、结构不合理n难以协调发展，根本原因在于缺乏联系各能源分系统的关键技术油煤 水/风/光/地热/生物质气核油品/化学品油品/化学品电/热电/热电/热油品/化学品电/热电/热1洁净能源变革性关键技术与示范2内蒙古多种能源综合发展的机遇93、低碳化多能战
5、略融合总体思路：三条主线天然气煤石油核能水/风/光/地热/生物质油品化学品1、化石资源清洁高效利用与耦合替代小分子重构耦合电热高效清洁燃烧2、清洁能源多能互补与规模应用H2热制氢电解制氢高效热利用大分子剪裁储能合成气甲醇通过变革性关键技术突破与示范，促进化石能源/可再生能源/核能的融合发展，为构建我国清洁低碳、安全高效的能源体系提供技术支撑CO2能 源 战 略 研 究101：合成气下游及耦合转化利用形成自主知识产权的合成气制取油品和化学品技术，实现对合成气转化重要过程关键技术全覆盖研究目标丙烯丙烯C2-C4烷烃烷烃乙烯乙烯芳构化芳构化混合芳烃混合芳烃费托合成费托合成CO+H2气气 化化汽汽 油
6、油柴柴 油油化学品化学品液化气液化气石脑油石脑油直接合成直接合成化学品化学品Fe基基Co基基混合醇混合醇CoalBiomass烯烃烯烃 烯烃烯烃6个课题，完成5项工业示范12&34657111：合成气下游及耦合转化利用工业示范1、200万吨/年含碳原料热解与费托耦合分级液化工业示范 油收率55%，加氢热解3-5MPa，国际领先2、15万吨/年钴基浆态床柴油费托合成工业示范 CO转化率90%，C5+选择性81%，国内首套3、20万吨/年钴基固定床全馏分费托合成工业示范 CO转化率90%，C5+选择性80%，重质蜡65%，国内首套4、10万吨/年合成气制混合醇联产柴油工业示范 Co-Co2C/AC
7、类贵金属催化剂，C5+醇/C2-5醇3:2，全球首套5、20万吨/年合成气直接转化制烯烃工业示范 无需甲醇合成和水煤气变换，CO转化率 30%，烯烃选择性70%，变革性技术关键技术突破6、5000吨/年合成气制烯烃浆态床技术中试 烯烃选择性（烃基）80%，C5+烯烃比例50%)7、1000吨/年费托尾气芳构化技术中试 烯烃转化率90%，C5+选择性85%、C5+芳烃50-90%承担单位：山西煤化所、大连化物所、上海高研院合作企业：大路煤化、三聚环保、山西潞安、延长石油、内蒙伊泰预期成果122：甲醇下游及耦合转化利用以甲醇转化为平台，耦合石油基原料（苯、甲苯、石脑油等），实现烯烃、芳烃和含氧化合
8、物大宗化学品/燃料的合成技术变革研究目标煤合成气甲醇烯烃芳烃MDI乙二醇苯甲苯二甲苯丁烯丙烯乙烯DMC虚拟数字工厂乙醇化学品燃料含氧化合物7个课题，完成5项工业示范1234567132：甲醇下游及耦合转化利用工业示范1、50万吨/年甲醇制乙醇工业示范 实现乙醇大规模生产，可充分利用钢厂尾气中碳氢资源，全球首套2、100万吨/年新一代甲醇制烯烃工业示范 烯烃选择性85%；单套 100万吨/年，国际领先3、20万吨/年甲苯甲醇制对二甲苯工业示范 耦合MTO与甲醇甲苯烷基化反应，PX选择性98%，国际首套4、20万吨/年甲醇制亚硝酸甲酯工业示范 稀硝酸的循环利用率达到80%以上，国际领先5、10万吨
9、/年甲醇制碳酸二甲酯（DMC）工业示范 离子液体催化，DMC收率99%，纯度99.99%，国际领先关键技术突破6、1万吨/年煤基非光气合成异氰酸酯(MDI)技术中试 MDC转化率95%，MDI收率90%7、基于多尺度超级计算虚拟工厂 针对MTO等甲醇下游及耦合转化利用的典型工艺建立虚拟工厂承担单位：大连化物所、过程所合作企业：延长石油、国家能源投资集团、陕西煤业、唐钢集团、河南能源、新宙邦预期成果143：高效清洁燃烧关键技术与示范突破工业燃煤和民用燃煤燃气等领域高效低NOx燃烧技术瓶颈，实现百万吨散煤高效燃烧工业示范，NOx排放减少40%高效清洁燃烧发电热煤天然气煤粉循环自持预热燃烧工业锅炉高
10、温低氮循环流化床工业锅炉新型燃煤水泥窑炉解耦燃烧炉催化无焰低氮燃气锅炉催化无焰低氮燃气热水器工业散煤民用散煤民用燃气研究目标12344个课题，完成4项工业示范153：高效清洁燃烧关键技术与示范承担单位：工程热物理所、过程所、大连化物所、国科大合作企业：无锡锅炉、济南锅炉、兖矿集团、北京汉能、美的集团工业示范1、6个主流等级(35-220t/h)的工业锅炉换代技术工业示范 燃料预热改性、无焰燃烧，NOx50mg/m32、80万吨/年(2500t/d)水泥窑炉换代技术工业示范 氧化还原分级再燃、流态化高温烧成，NOx160mg/m33、5万台匹配洁净型煤的民用解耦炉具应用示范 颗粒物、SO2、NO
11、x 相比传统直燃炉减排40%4、20万套民用燃气低氮（50mg/m3）催化燃烧工业示范 燃气锅炉NOx30mg/Nm3，燃气热水器NOx60%，产品纯度98%以上206：大规模储能关键技术与应用示范发展大规模储能技术，推进可再生能源规模应用、提高常规电力系统和区域能源系统效率，建立“安全、经济、低碳、共享”能源体系输电变电站配电变电站区域供能系统发电侧输配电侧用电侧大规模储能研究目标3个课题，完成2项工业示范216：大规模储能关键技术与应用示范预期成果工业示范1、100MW级全钒液流电池储能系统工业示范 系统效率70%，自主知识产权离子筛分传导膜、高功率密度电堆，国际最大规模2、100MW级压
12、缩空气储能系统工业示范 系统效率70%，压缩热回收利用，超临界蓄冷储液，国际首套关键技术突破3、100kWh级凝胶聚合物储能电池技术 原位聚合电芯制备技术、退役电池梯次利用及回收技术4、MW级复合无机盐相变储热技术 供暖面积10000 m2，智能蓄调和精准输配承担单位：大连化物所、工程热物理所、过程所、化学所合作企业：融科储能、大连热电、绿巨人新能源（张家口）227：核能非电综合利用研制超高温熔盐（NaCl-KCl-MgCl2）传蓄热储能系统、核能高温制氢验证装置，构建多能融合的钍基熔盐堆新能源系统研究目标预期成果 国际首座超高温熔盐蓄热储能示范系统功率10MWt，蓄热时间10h，100MWh
13、，工作温度700oC 国际首次实现核能高温制氢验证功率100kW，工作温度700oC，制氢效率90%承担单位：上海应物所 上海高研院2个课题，完成1项工业示范231.间歇性发电2.电加热熔盐3.熔盐蓄热4.发电输出根据风能调节根据需求调节超高温熔盐蓄热储能系统用途电网级储能功率50MWe储热介质NaCl-KCl-MgCl2工作温度700 蓄热时间8小时寿命25年总储能量400MWhe成本投入4.1亿元存储成本1027元/KWhe24反应堆超高温堆(VHTR)超临界水堆(SCWR)气冷快堆(GFR)铅冷快堆(LFR)钠冷快堆(SFR)熔盐堆(MSR)冷却剂氦气水氦气/CO2铅/铅铋钠熔盐特点高压
14、900-1000高压510-625高压850常压480-570常压500-550常压700-1000主要应用发电、制氢发电发电、制氢核废料处理发电、制氢发电核废料处理发电、制氢核废料处理燃料循环模式开式循环开式循环闭式循环闭式循环闭式循环闭式循环闭式循环熔盐堆是第四代反应堆六种候选堆型之一 钍基熔盐堆简介25钍基熔盐堆原理（失效安全）比传统铀钚循环的反应堆低一万倍，三百年后就衰减到本底水平没有核废料的反应堆可建造在地下的反应堆p 熔盐在常温下是固态，不会进入地下水和生物圈，因此熔盐堆可建于地下p 可以避免恐怖袭击、飞机坠落、龙卷风等灾害26热区快区=2液钠液钠共振共振(超热超热)区区熔盐熔盐
15、使用使用Th232/U233的几种可能途径的几种可能途径 只有快中子适合只有快中子适合U238/Pu239液铅液铅中国富钍：目前白云鄂博主东矿尾矿坝有7万吨的钍每次裂变释放出的平均中子数目 =2是反应堆达到自持的必要条件232Th的增殖反应和233U的链式裂变反应27钍一直是国际公认的“更安全”（更洁净）的核燃料，且储量丰富，是目前使用的核燃料（铀）储量的约4倍。尤其是我国、印度及马来西亚等国贫铀富钍。熔盐堆非常适合以钍为核燃料，即钍基熔盐堆（TMSR）。钍基熔盐堆（TMSR）的战略意义“核反应堆的钍时代来到了？”该文是参考消息2017年8月27日引英国新科学家周刊网站报道“钍可以为下一代核反
16、应堆提供动力”。刘延东副总理8月27日批示“钍是更安全的核燃料，也是未来清洁能源中最有前景的，请研究建钍堆的可行性”28钍基熔盐堆前景展望 2020年：建成2MW钍基熔盐实验堆，这将是世界上唯一运行的熔盐实验堆，完成先导专项任务目标；2030年：完成百兆瓦级电功率小型模块钍基熔盐示范堆和基于钍基熔盐堆的低碳新能源示范系统研发；同时实现熔盐堆的特种应用；实现高温熔盐储能与高温制氢和高温发电的工业应用以解决“弃光和弃风”问题。2040年完成百吨级钍基乏燃料盐干法批处理示范装置和在线部分分离固态裂变产物示范装置研发，实现钍基核燃料循环使用。29熔盐储热应用市场广阔2016年全国弃风弃光电量达465亿
17、度2017年10月11日，国家能源局、发改委等五部委联合发布关于促进储能技术与产业发展的指导意见，提出集中攻关包括高温储热技术等关键核心储能技术和材料；试验示范包括大容量新型熔盐储热装置在内的具有产业化潜力的储能技术和装备；支持在可再生能源消纳问题突出的地区开展可再生能源储电、储热、制氢等多种形式能源存储与输出利用风能、太阳能、核能发电存储转化熔盐储热高温制氢熔盐储热弃风弃光谷电废热光热电站电网储能工业供热光热308：可再生能源制氢/液体燃料关键技术及应用开发具有自主知识产权、国际领先的可再生能源制氢/液体燃料及新一代燃料电池关键技术，实现应用示范，促进阳光为基础多能战略融合研究目标3个课题，
18、完成2项工业示范 H2+CO2光解水制氢电解水制氢光伏/光热发电低碳醇化学转化成成熟熟化 学 品燃 料交通动力光制/生物/化学转化发发育育发发育育318：可再生能源制氢/液体燃料关键技术及应用预期成果承担单位：大连化物所、上海高研院合作企业：葛洲坝集团、吉利汽车、中海化学工业示范1、MW级固体聚合物电解水制氢系统MW级 5000Nm3H2/d，再生能源波动性输入制氢，国内首套2、百辆氢燃料电池车及甲醇燃料电池电动车冬奥会示范 氢燃料电池启动温度-40；国际首次甲醇燃料电池车示范运行关键技术突破3、CO2加氢制液体燃料千吨级中试和万吨级工业实验 CO2转化率80%，甲醇选择性 80%，汽油馏分选
19、择性75%32未来的洁净能源系统33预期重大产出五大领域国际引领百万吨煤炭高值转化 通过百万吨级煤制清洁液体燃料示范、百万吨级煤制化学品示范，形成两个千万吨级战略产业，产值1500亿元/年以上百分之百可再生集成示范张家口建成国际首个100%可再生能源应用示范镇，助力冬奥 低碳化多能融合战略 顶层设计并形成可再生能源与化石资源的互补融合发展方案 提出2030后国家向“阳光能源”迈进的科技路线图 百万吨煤炭清洁燃烧开发6个主流等级的工业锅炉换代技术；解耦燃烧技术用于5万台民用炉具，形成百万吨/年级煤炭燃烧规模应用百兆瓦大规模储能示范100MW级全钒液流电池储能和100MW级压缩空气储能，两项百兆瓦
20、级储能电站示范39项变革性技术突破，23项应用示范34总体目标1油气资源替代能力超过1亿吨当量，保障能源安全2燃煤污染物排放降低40-50%，降低污染排放330项关键技术突破，20项应用示范，5大领域国际引领目 标 针对我国现有能源结构缺陷进行体系化顶层设计，通过变革性关键技术突破与示范，以能源技术革命促进能源革命，实现化石能源/可再生能源/核能的融合发展，构建国家清洁低碳、安全高效能源新体系。可再生能源大规模利用，甲醇经济关键技术示范41洁净能源变革性关键技术与示范2内蒙古多种能源综合发展的机遇36思路与对策煤 水/风/光地热/生物质核油化工品电能源安全环境压力清洁高效利用新能源体系油/气煤
21、制油/化学品可再生能源利用替代多能互补交通热373、构建新型“甲醇经济”天然气煤石油核能水/风/光/地热/生物质油品化学品1、化石资源清洁高效利用与战略融合小分子重构耦合发电热清洁燃烧2、可再生能源多能互补与规模应用H2热制氢电解制氢37高效热利用大分子剪裁储能合成气甲醇通过变革性关键技术突破与示范，实现化石能源/可再生能源/核能的融合发展，为构建我国清洁低碳、安全高效的能源体系提供技术支撑CO2能 源 战 略 研 究思路与对策38重大变革性技术的组织与实施理念：从基础研究到产业化实施全链条贯通式研究模式：产学研结合、接力研究、各尽所能、开放共享、团队作战新反应机理大化所+中科大纳米催化团队 以合成气制烯烃为例催化剂设计大化所纳米催化+甲醇制烯烃团队反应器优化设计工艺包及示范工程大化所甲醇制烯烃团队+过程所模拟团队大化所+洛阳设计院+延长石油公司 科学 技术 系统
