煤基低碳能源国家重点实验室：变革中探求能源革命

新奥集团煤基低碳能源国家重点实验室甲烷化合成实验车间，工作人员在进行安全检测

　　煤炭气化使化石能源更清洁高效；微藻固碳术化腐朽为神奇；泛能网应用引导客户，根据需要将余能和废能进行高效互换，从而实现能源全系统的能效最优。

　　“节能、低碳、变革，是我们研究的方向，也是我们的不懈追求。”新奥煤基低碳能源国家重点实验室主任甘中学说，作为企业国家重点实验室，其研究不同于科学院、高等学校的国家重点实验室，其研究目标、研究方式应有所不同。企业站在实现产业化，发展经济，服务社会的前哨，这就要求企业国家重点实验室要通过基础研究找到并解决自己行业共性、关键的技术问题，实现行业生产、应用方式的变革，从而使企业站在引领行业发展的新高度。

　　有人称赞，新奥煤基低碳能源国家重点实验室在变革中探索的是一条新一轮的能源生产、消费的技术革命。

　　“黑与白”的思变

　　众所周知，煤炭是我国的基础能源，为我国的经济发展和社会发展作出了应有的贡献。然而，随着工业化进程的不断深入和低水平、高耗能产业的发展，日益显现的环境污染和雾霾加剧的现实让人们不约而同的把祸首指向了煤炭。煤炭也由此被戴上了环境污染和加剧雾霾的“黑帽子”。国家一直在努力调整能源结构，试图降低煤炭在一次能源中的比重。

　　在化石能源中，天然气是最清洁高效的，因此目前得到各国的广泛重视，特别是非常规天然气发现后，天然气可能成为未来能源发展的一个重点。新奥也是在天然气、液化气上起步的。

　　城市中的煤电油正在被天然气慢慢取代，“天然气经济”时代正在来临。但根据统计数据，2013年我国的天然气对外依存度超过30%。

　　在中国，如果说到清洁能源，大家忽略了对煤炭的清洁利用，就会脱离国情，这样的清洁能源概念也是有缺陷和不完整的。尤其对于煤炭储量丰富的中国，以煤当家的能源格局很难短期内改变。

　　“最佳途径就是大力发展清洁煤技术！”甘中学说，“可以从根子上，也就是在能源开采的过程中就实现清洁化，让煤变‘白’？这是我们实验室最主要的攻关内容。”

　　甘中学认为，解决富煤少气的困境，需要对煤进行气化。他说：“我们研究了一种低温催化技术，不用把煤开采出来，而是让它有控制地在地下气化，然后利用管道把煤气输送出来就可以用于发电，经过净化处理以后成为甲烷。变采煤为取气。”

　　煤是一种综合化学品位的能源，而热能是品位最低的一种。通过气化，制成天然气后，煤炭能量转化将由40%提高到50%以上。据介绍，我国原有的气化技术基本上是高温燃烧，温度在1100℃以上，耗能比较高，并且1100℃以上的温度特别利于二氧化碳的形成。然而，甘中学领导的实验室团队研发的低温催化技术正好解决了这个问题。在催化剂的作用下使煤的气化温度降至700℃左右，不仅节能并且在这个温度下有利于碳与氢的形成，所以甲烷的含量很高，减少了二氧化碳的产生。低温催化气化技术使甲烷产出率接近21％，指标达到世界领先。

　　目前，煤基低碳能源国家重点实验室基本上形成了四类主要气化方式。通过加氢气化来解决普通煤的气化问题；用催化气化技术利用褐煤；超临界气化，解决含水量较高的煤炭；地下气化把技术上没法开采的煤直接转化成合成气加以利用。这些技术基本上覆盖了我国主要煤炭种类。

　　“连茅圈”的启示

　　道法自然。

　　能源系统工程与智能控制专家、新奥集团董事局副主席、首席技术官，曾在世界500强企业美国ABB公司任机器人研究中心主任兼首席科学家甘中学，他提出了一个粗俗的比方，却是话糙理不糙。

　　千百年来，在广大农村养猪都是“连茅圈”式的封闭式养殖。“连茅圈”现在是被倡议消灭的对象，理由是不卫生、食品不安全等。所谓“连茅圈”就是人类的便池和圈养的猪圈是相连的，人的屎被猪吃了，猪拉的粪便用来肥庄稼，庄稼再被人类作为食物，食物又变成……

　　“这就是自然循环！”甘中学从这最接地气的“连茅圈”中得到启示。

　　一间玻璃房里，成百上千白色封闭的玻璃管错落井然。黑绿色的液体正在管子里翻滚流动，似乎可以听到生命拔节儿的声音。

　　“这种绿色的物质是我们实验室自主研发的微藻，流动的液体主要是高盐废水，管道里还有

　　看不见的二氧化碳，这些物质在管道里形成了自给的生态环境。微藻利用高盐废水这种模拟海洋环境，在光合作用下，吸收二氧化碳，实现了高度自养，繁殖速度非常快。”在微藻养殖大棚里，讲解员这样介绍微藻生物吸碳技术。

　　微藻生物质能技术，是利用微藻光合作用吸收工农业生产过程中排放的二氧化碳等废气，通过低成本收集和高效油脂提取等后处理技术，联产生物柴油、保健品原料和饲料添加剂等产品。

　　“作为国家重点实验室，我们不仅要强调能源的供给安全，更要关注能源消费中的环境安全。”甘中学说。

　　新奥集团在内蒙古达拉特旗建设微藻示范工程，对煤电厂和化工厂等排放二氧化碳进行就地洗后和资源化利用，生产生物能源。这一工程已成为国家级微藻生物能源示范项目。

　　“泛能网”的智慧

　　我国能源结构的另外一个特点就是分布不均，导致能源大规模的跨区域调配。同时，风能和太阳能等可再生能源发电设备接入电网系统，进一步加剧电网调峰难度，造成上网困难。因此，在这种情况下，弃风弃光严重，设备利用效率低下，可再生能源产业难以规模发展。

　　甘学中认为，能源利用不应孤立、简单线性的，而应该基于系统能效最优的多品类能源协同、互补、循环的智能应用。

　　正是基于这种思路，依托新奥集团，实验室研发了泛能网技术，也就是利用能源和信息技术，将能源网、物联网和互联网高效集成的能源互联网。其核心装备包括泛能机、泛能站、泛能能效平台、泛能云平台。泛能机能实现多种化石能源、可再生能源、环境势能等的输入，并实现气、电、冷、热等多品位能源的输出。泛能站通过燃料化学能的梯级利用及对环境势能的借势增益，将整体能源利用效率由传统热电分产的40%—60%提高到85%以上。泛能云平台基于大数据和云计算，发现价值交换机会，提供运维、交易、数据等服务，实现能源、资源价值的最大化。

　　人们常常说，奶牛吃的是草，挤出的是奶。其实，奶牛吃进去的不仅仅是草，同样，除了挤出的奶，还有其它。只要利用好就是牛粪也可以成为非常有价值的东西。正所谓各取所需，分别利用。

　　目前，泛能网技术已经开始应用。依托泛能网,新奥集团对中国工程院综合办公楼进行了节能改造；正在建设中的青岛中德生态园项目也将利用泛能网,使能源综合利用效率提升到80.8%,综合节能率达到50.7%；新奥还为广东肇庆115平方公里的新区制定了能源发展规划，目标使新区煤炭使用量为零，可再生能源利用率达25.08%，电网中可再生能源占比大于41%，绿色建筑占公共建筑比例超过90%，能源网络智能化覆盖率超过90%。