作為綠色低碳能源，清潔能源對改善能源結(jié)構(gòu)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展和實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和具有重要意義。近年來，中國清潔低碳化進(jìn)程不斷加快，水電、風(fēng)電、光伏、在建核電裝機(jī)規(guī)模等多項(xiàng)指標(biāo)保持世界第一，建成世界最大清潔發(fā)電體系，成為推動全球清潔能源發(fā)展的重要力量。
一路走來，中國清潔能源的發(fā)展是一段追趕超越的歷程。這背后離不開千千萬萬扎根于清潔能源領(lǐng)域的科研人員和一線建設(shè)者，正是他們的攻堅(jiān)克難、辛勞付出，讓清潔能源的裝機(jī)容量、裝備制造、技術(shù)能力全球領(lǐng)先，綠色平價(jià)電力真正走進(jìn)千家萬戶。
中國水電“領(lǐng)跑”世界
在云南省昆明市祿勸彝族苗族自治縣和四川省涼山彝族自治州會東縣交界的金沙江河道，矗立著一座建筑。從高空俯瞰，它像一彎雞蛋殼輕輕卡在狹窄陡峭的山壁間。這是中國第四、世界第七大水電站——烏東德水電站的大壩，也是世界上最薄的300米級特高拱壩。
從2015年12月正式核準(zhǔn)開工，到今年8月底12臺85萬千瓦的水輪發(fā)電機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，烏東德水電站創(chuàng)造8項(xiàng)“世界第一”，拿下15項(xiàng)“全球首次”，攻克了一系列世界級難題。其中，中國能建葛洲壩三峽建設(shè)公司烏東德施工局承擔(dān)了水電站主體施工任務(wù)的75%，是建設(shè)的“主力軍”。
“水電站選在金沙江下游一段非常狹窄的河段，最適合建特高拱壩，但同時(shí)也面臨復(fù)雜地質(zhì)條件和惡劣氣候環(huán)境的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。”談起烏東德水電站建設(shè)，三峽建設(shè)公司總經(jīng)理助理、烏東德水電站施工局局長張建山難掩激動。大壩兩岸邊坡近90度、高約1000米，且?guī)r體穩(wěn)定性差，而邊坡的穩(wěn)定與否直接關(guān)系主體工程建設(shè)的安全與進(jìn)度。
如何確保超高陡邊坡的穩(wěn)定?建設(shè)者們變身“蜘蛛俠”，身掛纜繩、飛檐走壁，用千層錨桿和深層錨索將山體固定。隨后，他們又把整個(gè)邊坡鋪上防護(hù)網(wǎng)，防止山體石塊滑落。
日照強(qiáng)烈、大風(fēng)頻發(fā)、晝夜溫差大，如此環(huán)境怎樣保證“身材纖細(xì)”的壩體不產(chǎn)生裂縫?“在全壩使用低熱水泥，這是世界水壩建造史上的創(chuàng)舉!”張建山告訴記者，低熱水泥像“退燒藥”，可降低混凝土溫度應(yīng)力。“我們還采用了智能灌漿、智能振搗、智能溫控、自動爬升模板、全壩無蓋重固結(jié)灌漿等一批創(chuàng)新技術(shù)，使大壩既‘聰明’、又‘健康’。”
除了可見的雄偉大壩，更多工程則藏在山體中。地下廠房安裝水輪發(fā)電機(jī)組，是水電站的“心臟”。在地質(zhì)結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜的情況下，建設(shè)者們在山體中硬是挖出了長333米、寬32.5米、高89.8米的廠房，打破地下電站主廠房開挖高度的世界紀(jì)錄。
烏東德水電站未設(shè)導(dǎo)流底孔，山體內(nèi)的導(dǎo)流洞在施工期就承擔(dān)了過流功能。在工程后期，要對導(dǎo)流洞進(jìn)行封堵。“下閘后，水位迅速抬升100多米，在這樣一個(gè)高度進(jìn)行封堵，尚屬首次。”張建山坦言，如果不能在短時(shí)間內(nèi)完成封堵，安全風(fēng)險(xiǎn)會變大，蓄水發(fā)電將成空談。技術(shù)人員提前研究方案，嚴(yán)謹(jǐn)論證，反復(fù)完善，最終出色完成封堵任務(wù)。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，烏東德水電站年均發(fā)電389.1 億千瓦時(shí)，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1220萬噸，減少二氧化碳排放3050萬噸。
如今，烏東德水電站機(jī)組全部實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，從葛洲壩、三峽、烏東德、溪洛渡、向家壩到白鶴灘水電站，中國沿長江而上建成世界最大清潔能源走廊。“中國水電實(shí)現(xiàn)了從‘跟跑’到‘領(lǐng)跑’的轉(zhuǎn)變。”張建山自豪地說，“今天，世界水電看咱中國!”
戈壁荒灘成了“藍(lán)色海洋”
海拔近3000米、茫茫戈壁荒灘、人跡罕至……這是昔日青海省海南藏族自治州共和縣塔拉灘給人的印象。隨著光伏發(fā)電的興起發(fā)展，塔拉灘換了模樣：大片光伏板取代了光禿禿的沙石地面，一望無邊的戈壁荒灘變成了“藍(lán)色海洋”。
“這里陽光輻射強(qiáng)烈，夏季白天日照長達(dá)14小時(shí)，發(fā)展光伏發(fā)電有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。”國家電投黃河公司工程技術(shù)部主管祁斌介紹，整個(gè)塔拉灘生態(tài)光伏園總裝機(jī)量9000多兆瓦，年均發(fā)電96億千瓦時(shí)。最令他驕傲的是，這是目前全球最大的集中發(fā)電光伏電站群。
1年前，海南州特高壓外送通道配套電源一期工程建成投產(chǎn)，大幅提升了青海-河南±800千伏特高壓工程的輸送能力。其中，部分光伏項(xiàng)目就位于塔拉灘生態(tài)光伏園。
“項(xiàng)目建設(shè)之初，我們就一直研究選用什么樣的基礎(chǔ)樁型，既環(huán)保，又具備冬季施工條件。”祁斌說。以前光伏電站采用混凝土基礎(chǔ)樁，但經(jīng)過反復(fù)論證，這次采用了改造過的螺旋樁，最大限度減少對地表的干擾。
在建設(shè)過程中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還采取了一系列創(chuàng)新舉措，用“光伏+儲能電池”形式建立“離網(wǎng)型微電網(wǎng)”就是個(gè)例子。祁斌介紹，光伏并網(wǎng)前要對設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，但當(dāng)時(shí)并沒有外來電源。“建立臨時(shí)微電網(wǎng)，有效解決了子陣區(qū)設(shè)備調(diào)試的用電問題，也開啟了清潔能源基地產(chǎn)業(yè)園區(qū)開發(fā)的新模式。”
光伏發(fā)電雖好，但存在間歇性、波動性和隨機(jī)性較大的問題。“電網(wǎng)需要平滑穩(wěn)定的電源。天晴還好，如果遇到陰雨天，光伏發(fā)電確實(shí)會受影響。”祁斌坦言。
距離塔拉灘生態(tài)光伏園約40公里，就是龍羊峽水電站。在這里，能夠找到克服光伏發(fā)電弱點(diǎn)的秘訣。中控室內(nèi)，水電站和光伏電站的即時(shí)發(fā)電情況一目了然，通過智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了電能的“水光互補(bǔ)”。
啥是“水光互補(bǔ)”?當(dāng)太陽光照強(qiáng)時(shí)，用光伏發(fā)電，水電停用或少發(fā)。當(dāng)天氣變化時(shí)或夜晚，用水力多發(fā)電，以減少天氣變化對光伏電站發(fā)電的影響，提高光伏發(fā)電質(zhì)量，從而獲得穩(wěn)定可靠的電源。
光伏電池在光伏發(fā)電中扮演重要角色，其光電轉(zhuǎn)換率直接影響發(fā)電功率。IBC電池被譽(yù)為光伏“轉(zhuǎn)換效率之王”。“我們建設(shè)的國內(nèi)首條量產(chǎn)規(guī)模IBC電池及組件生產(chǎn)線電池量產(chǎn)平均效率已突破24%，研發(fā)轉(zhuǎn)換效率達(dá)25.08%。”黃河公司太陽能電力公司專家郭永剛說，這不僅降低了系統(tǒng)度電成本，大大提升了產(chǎn)品市場競爭力，也標(biāo)志著中國在高效光伏電池和組件領(lǐng)域躋身國際先進(jìn)行列。
海上風(fēng)電將成發(fā)展重點(diǎn)
“海上風(fēng)電將是我國發(fā)展風(fēng)電的主力。”國網(wǎng)能源研究院研究員于顥指出，清潔能源的消納問題一直較為突出，而海上風(fēng)資源穩(wěn)定、風(fēng)量充足，可以實(shí)現(xiàn)就地消納或就近消納。
在江蘇如東海岸線約30公里的海面上，盛東如東H3海上風(fēng)電場的80臺5兆瓦風(fēng)電機(jī)組疏密有致，屹立于海天之間。“每臺風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)一圈發(fā)5度電，轉(zhuǎn)1小時(shí)5000度，可供一戶人家用2年。”華能江蘇清潔能源分公司如東海上項(xiàng)目經(jīng)理馬強(qiáng)說，算上一期的70臺風(fēng)機(jī)，整個(gè)如東海上風(fēng)電場總裝機(jī)量達(dá)70萬千瓦，每年上網(wǎng)電量18.9億千瓦時(shí)，可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約57.91萬噸，減少二氧化碳排放158.38萬噸。
海上風(fēng)電優(yōu)勢多，但建設(shè)時(shí)困難也不少。海水波動起伏，風(fēng)機(jī)又是“大塊頭”，塔筒能立住嗎?馬強(qiáng)介紹，為保證風(fēng)機(jī)安全，打了一根直徑7米、長70米、重千噸的鋼管樁到海里，有50米在淤泥中。
風(fēng)機(jī)吊裝是難度最大、精度要求最高的環(huán)節(jié)。一般來說，海上風(fēng)機(jī)吊裝需借助平臺船。一旦作業(yè)，平臺船4根樁腿深深插入海床，維持作業(yè)平臺穩(wěn)定。但由于數(shù)量有限，并不是每次吊裝都能在平臺船上操作。“有平臺船時(shí)，我們會把3支葉片和輪轂拼好，然后再去和機(jī)艙精準(zhǔn)對接。沒有平臺船，我們就在運(yùn)輸船上采用單葉片吊裝方式，但這樣施工很容易受天氣影響。”馬強(qiáng)說。
在船不穩(wěn)的條件下如何完成高空“穿針引線”?建設(shè)者們根據(jù)潮汐變化規(guī)律選擇吊裝時(shí)間，同時(shí)密切關(guān)注天氣變化，判斷是否有利于作業(yè)。有時(shí)為了安裝一支葉片，要等待數(shù)個(gè)小時(shí)。
在風(fēng)電裝備上，華能聯(lián)合中國海裝、東風(fēng)風(fēng)電等多家單位，共同開展國產(chǎn)化5兆瓦高速永磁型和7兆瓦直驅(qū)型機(jī)組研產(chǎn)工作，實(shí)現(xiàn)了葉片、主軸承、PLC主控系統(tǒng)等一系列核心關(guān)鍵部件的國產(chǎn)化。
三代核電技術(shù)躋身全球前列
今年，是中國核電的豐收年。
1月30日，全球第一臺“華龍一號”核電機(jī)組福建福清核電5號機(jī)組實(shí)現(xiàn)商運(yùn)。“這標(biāo)志著我國在三代核電技術(shù)領(lǐng)域躋身世界前列。”中核集團(tuán)董事長余劍鋒說，“中國成為繼美國、法國、俄羅斯等國家之后真正掌握自主三代核電技術(shù)的國家。”
隨著“華龍一號”全球首堆商運(yùn)，中國核電事業(yè)逐步實(shí)現(xiàn)了從“跟跑”“并跑”到“領(lǐng)跑”的歷史性跨越。但中國核電人并未止步于此，7月13日，全球首個(gè)陸上商用模塊化小堆“玲龍一號”在海南昌江核電基地正式開工。
“‘玲龍一號’小型堆將帶動中國核能相關(guān)產(chǎn)業(yè)群高水平發(fā)展，形成又一重要堆型品牌，對于開拓國際小型堆市場、實(shí)現(xiàn)‘走出去’的戰(zhàn)略目標(biāo)具有重大意義。”中國核能電力股份有限公司黨委書記盧鐵忠說。
掌握三代技術(shù)、領(lǐng)跑小堆建設(shè)，中國核電正在向第四代核電探索前進(jìn)。近日，位于山東榮成的華能石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程也首次成功臨界，機(jī)組正式開啟帶核功率運(yùn)行，為今后并網(wǎng)發(fā)電奠定基礎(chǔ)。這是中國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)、全球首座具有第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)特征的球床模塊式高溫氣冷堆。
據(jù)介紹，華能還攜手清華大學(xué)、中核集團(tuán)攻克了核電領(lǐng)域多項(xiàng)世界性、行業(yè)性“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)，在不斷提升設(shè)備國產(chǎn)化水平的同時(shí)，也為世界先進(jìn)核能技術(shù)發(fā)展和構(gòu)建清潔低碳安全高效的全球能源體系貢獻(xiàn)中國方案。
中國清潔能源供給能力持續(xù)擴(kuò)大。在裝機(jī)規(guī)模方面，截至7月底，中國水電裝機(jī)容量3.8億千瓦，同比增長4.9%;核電裝機(jī)容量5326萬千瓦，同比增長9.2%;風(fēng)電裝機(jī)容量2.9億千瓦，同比增長34.4%;太陽能發(fā)電裝機(jī)容量2.7億千瓦，同比增長23.6%;生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)容量3409萬千瓦，同比增長31.2%。在發(fā)電總量方面，上半年，水電、核電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電累計(jì)發(fā)電量同比增長10.2%。在電力投資方面，前7月，水電、核電、風(fēng)電等清潔能源完成投資占電源完成投資的91.7%。
國家能源局負(fù)責(zé)人表示，接下來要加快發(fā)展風(fēng)電、太陽能發(fā)電等非化石能源發(fā)電，不斷擴(kuò)大綠色低碳能源供給，“十四五”時(shí)期風(fēng)電光伏要成為清潔能源增長的主力。
