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贵州省能源科技创新发展 “十四五”规划 明确多项配电核心技术攻关

2022-06-01 09:22来源:贵州省能源局关键词:智能配电智能运维智能变电站收藏点赞

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为加快推动能源技术创新,有力支撑安全高效能源科技创新体系建设和“碳达峰、碳中和”目标实现,根据贵州省“十四五”能源发展规划和科技创新规划工作部署,贵州省能源局、省科学技术厅联合编制了《贵州省能源科技创新发展“十四五”规划》,加强电力技术智能化、精准化和数字化发展。随着水电、煤电、光伏等多种发电方式发展,电网将进行大规模并网,而我省作为“西电东送”的重要省份,省内外用电需求逐渐增大,将引发电网平衡问题。就负荷类型而言,参与负荷响应手段应该向更多元、精准和数字化发展,围绕智能发电、智能配电智能运维等进行建设,完善配套基础设备建设,如智能电站,切实提高需求响应的自动化水平,实现精细化管理。同时为保证安全智能发电,亟需开展线路精确故障定位、故障隔离、自愈等关键技术研究,实现用电、输电安全、智能诊断一张网,提升电力发展的安全化和智能化水平。

贵州省能源科技创新发展

“十四五”规划

前言

能源是推动经济和社会发展的基础,是人类社会赖以生存和发展的重要物质保障与动力。能源科技创新对于能源产业的发展具有举足轻重的作用。立足我省能源科技发展实际,坚持需求导向、问题导向、目标导向,深入实施能源工业运行新机制,加快推动能源技术创新,有力支撑安全高效能源科技创新体系建设和“碳达峰、碳中和”目标实现,紧密结合大数据、新基建等新技术发展,以能源科技创新及其衍生产业带动我省产业优化升级,对实现我省经济社会高质量发展具有重要的战略意义。

“十四五”是我国全面建设社会主义现代化国家新征程的第一个五年规划期,也是贵州省六期叠加阶段,全省能源发展面临新的形势,编制具备前瞻性、战略性和全局性的《贵州省能源科技创新发展“十四五”规划》(以下简称《规划》),对我省能源科技发展趋势进行科学规划和部署,为发挥能源科技创新是能源高质量发展的重要引擎奠定基础。

本《规划》涵盖煤、电、油气、新能源等多个领域,通过向全省各市(州)能源行业管理部门、科研院校及能源企业征集意见和建议,系统分析了我省能源科技发展现状,科学研判能源科技领域需求和发展趋势,凝练提出煤炭安全高效绿色智能开采、油气能源开发、安全智能电力、新能源开发和数字能源与综合能源技术5个重点创新任务,围绕核心技术攻关、重大科技示范和先进适用技术推广部署开展相关工作,并提出了六项保障措施。

《规划》规划基准年为2020年,规划期限为2021-2025年。

一、能源科技发展现状及趋势

(一)我省能源科技现状

“十三五”期间,我省依靠科技创新为能源工业转型升级赋能做出了贡献,在各能源领域积极发展下,有力推动了能源产业安全、高效、绿色、智能发展,取得了一系列成果。

一是煤矿“两化”改造成果显著。通过大数据与煤炭产业深度融合,探索符合贵州实际“开采机械化、控制智能化、管理信息化”为基础+融合大数据的煤炭智能化开采新模式,建成西南地区首个复杂地质条件下煤与瓦斯突出矿井智能化采煤工作面,破解了俯采煤层倾角大的难题,开启了贵州煤矿综采工作面智能化开采、“无人驾驶”的新模式;突破了大于65°急倾斜煤层机械化开采装备、技术和工艺等难题;煤矿机器人巡检,实现对皮带执行24小时自动巡检;制定全国首个煤矿智能化技术标准,率先出台《贵州省煤矿智能机械化建设与验收暂行办法》,形成具有贵州特色的智能化技术标准体系,填补了全国空白;在全国煤矿智能化机械化领域取得“六个第一”,启动了少人/无人矿井“榜单”项目,并且进入全国无人少人示范矿井首批备选名单。截至2020年底,全省生产煤矿实现动态采煤机械化率达100%、辅助系统智能化覆盖率100%,建成智能化采煤工作面13个,井下岗位人员减少近万人,年人工成本大大降低,煤炭工业转型升级高质量发展步伐加快。

二是煤炭工业转型升级高质量发展步伐加快。率先建设省级“能源云”综合应用管理平台,煤矿地面集控平台遥控采煤作业,能源云平台进行预测预警和综合决策分析,实现调度统计、地理信息、预测预警、视频监控、目标管理五大功能;全面推进定向长钻孔大面积预抽煤层瓦斯技术,建成亿立方米级煤矿瓦斯抽采规模化矿区;“先抽后建”国家示范工程点火成功;开展国内首例倾角30°以上大倾角充填开采试验;煤层地下气采技术攻克了多项重大关键技术,实现了地下煤气化点火;开展复杂地质条件下“煤矿巷道支护”关键技术研究,达到“国际领先水平”;首次出台《贵州省煤矿瓦斯防治新技术、新工艺、新装备推广目录(第一批)》,推进煤矿瓦斯治理技术水平和体系建设。

三是能源装备制造业实现突破,填补了我省该领域技术上的空白。贵阳林海机械制造有限公司生产了省内首台定向钻机,在勘探与瓦斯抽采钻孔施工等方面得到应用;中煤盘江重工有限公司研制了适用西南地区特殊地质条件煤矿的智能化、机械化成套综采综掘设备;重庆普什贵州分公司作为重点引进的煤矿瓦斯发电机组装备制造生产企业,主要生产瓦斯发电、沼气发电、天然气冷热发电机组等高端装备;在电力领域,研发攻克了核电用特种镍基高温合金异形环锻件—堆内构件导流围板组件整体成型制造技术、宇航高可靠极端环境风机及电机技术,研制了宇航用磁保持高压直流接触器、单层片式瓷介电容器,实现电力系统装备大突破。

四是电力工业转型升级高质量发展。制定清洁高效电力产业振兴行动方案,实施“六大行动”,煤电规划建设风险预警由红转绿,威赫电厂列为国家示范项目,落实光伏发电项目竞争配置政策,光伏发电项目获得竞争补贴,项目规模、补贴规模全国第一;贵州电力科学研究院主要参与完成的《电网可控融冰关键技术与设备研发及大规模应用》项目荣获最高级别奖项——电力创新技术类大奖;国内首个五端直流配电示范工程在贵州正式投运,该项目创造了“五个第一”;在贵州火力发电节能关键技术研究与应用、电网芯片化保护技术、基于多传感技术的SF6电气设备绝缘状态监测系统、电网过电压精确仿真计算与态势感知关键技术、空间用高比能量锌银蓄电池技术、气体绝缘装备内部电/热故障诊断与状态评估关键技术、基于全景监测和数据流协同管控的输变电设备智能化关键技术结出硕果。

五是煤层气地面抽采技术取得突破,开发利用水平稳步推进。查明了全省煤层气资源赋存规律和成藏特点,在有利区、有利井位和有利层段等开发地质评价方面形成了一批核心关键技术,以“选层射孔、分段压裂、合层排采”为核心的直井(含定向井)开发工艺技术取得了突破性进展,平均日抽采量相比“十二五”期间提升2~5倍,多地多井产能已实现1000~2000m3/d;在水平井方面,贵盘煤HF井创造了钻井深度最深、埋深最大、水平段最长、目的层钻遇率最高4项省内煤层气水平井钻探施工记录,标志着贵州煤层气水平井钻完井技术取得初步突破;初步建成了大河边、松河、织金等煤层气集输利用示范工程,煤层气地面开发利用正稳步推进。

六是页岩气规模化勘探开发初显成效,局部取得突破。我省页岩气发育有奥陶系五峰组——志留系龙马溪组、石炭系打屋坝组(旧司组)等多套页岩层系,预测资源总量高达13.54万亿m3,富集有利区26个,预测可采资源总量1.95万亿m3;形成的“贵州古生代被动陆缘页岩气成藏规律研究与找矿突破”成果荣获省科技进步一等奖;在正安区块龙马溪组取得勘探突破,安页2HF井、安页4HF井测试日产量分别为5.35万m3、5.80万m3,初步具备规模开发基础,逐步形成了黔北页岩气勘探开发技术体系;在石炭系旧司组新层系获得重大发现,水页1井未实施压裂技术改造的情况下可达2万m3/d以上;中石化在道真实施的真页1HF井,取得四川盆地外围复杂构造区常压页岩气勘探新突破,在钻探施工过程中,共钻遇优质页岩气层厚31m,创造了7项页岩气水平井压裂施工国内纪录,对推动贵州页岩气勘探开发具有重要意义。

七是新能源综合利用技术应用成效显著。积极推广应用适合我省地理气候的风电、光伏等新能源装备,选用了适合我省低风速、高海拔、冬季多凝冻特点的风机机组,发展了高效逆变器结构和电能利用构架的光能数据化平台技术,提高了效率、降低维护的成本;浅层地热能服务面积超过500万m2;生物质燃料烤房供热设备研发、氢协同掺杂金刚石大单晶的制备与性能关键技术、超低热值煤泥清洁燃烧集成技术、有机太阳能电池阴极及界面修饰材料、新能源汽车动力电池用锰系正极材料制备新技术、等效热值交换的双燃料混燃发动机控制系统研发、太阳能材料的理论与应用基础研究等项目均取得突破,研究成果获省科技进步奖。

八是构建区域特色创新体系,加强产业技术创新能力建设。建设了贵州省非常规天然气勘探开发利用工程研究中心、贵州省分布式能源技术应用工程研究中心、贵州能源规划研究中心等科技创新平台,打造了贵州省“能源云”等技术创新平台。围绕贵州省能源产业、大数据等区域特色战略性新兴产业和高技术产业,攻克了产业关键共性技术,推进重大科技创新成果产业化,逐步建立起一套科学高效的、适合贵州省及我国西南地区能源开发利用需要的科技工程技术体系。

(二)能源科技发展趋势与需求分析

1、能源科技发展趋势

“十四五”期间,遵循能源领域的特点和规律,科技创新发展应明确时空定位,适应贵州省情,聚焦需求目标,实施创新驱动。

一是煤炭智能化开采将是能源新常态下新基建的发力点。从“工法、标准、装备”三个层面大力推动煤炭基础能源产业与大数据、人工智能、工业物联网、云计算、机器人、智能装备等技术深度融合,催生符合我省乃至西南地区的煤炭资源赋存和开采现状的智能化建设体系,破解贵州煤炭开采面临的瓦斯大、煤层薄、构造复杂等难题,逐步实现“井下无人地面出煤”到“井下无人地面无煤”的关键工艺突破;重点推进有条件的大型煤矿开展系统型智能化建设,加强攻关采煤类机器人、运输类机器人、掘进类机器人、安控类机器人、救援类机器人关键技术,推动井下重点岗位煤矿机器人的运用,推进煤炭地下气化资源评价及气体组分控制分离技术及装备应用,加强透明工作面建设,打造煤矿“一张图”平台,实现基于地理信息一张图的安全生产运营,初步形成符合贵州实际的智能化煤矿体系。

二是绿色开采与清洁利用将是能源产业实现高质量发展的新起点。从“充填开采技术、废弃矿山、煤炭智能化分选加工”三个层面推动绿色矿山建设,形成一批可复制可推广的矿产资源绿色开发和产业绿色发展新模式,形成成套的设备、工艺、技术;加强废弃矿山利用,开展矿山生态修复技术,废弃矿山变废为宝,实现由“注重资源开发”向“资源环境并重”、由“粗放浪费”向“集约高效”、由“要素驱动”向“创新驱动”、由“矿群关系紧张”向“和谐共建共享”的四个转变;通过开展煤炭智能化分选加工技术,建立分选过程数据库,以故障特征数据分析为支撑,开发选煤设备智能诊断管理系统,实现设备状态的实时监测、在线分析、故障诊断和全生命周期的智能管理,形成智能化选煤技术体系。“十四五”期间跟踪国内碳捕集、利用与封存(CCUS)发展的前沿技术,引进应用成熟技术,积极探索谋划相关产业发展布局,推动“碳达峰、碳中和”目标实现。

三是油气开发利用将是能源供应安全的新导向。加强非常规天然气勘探开发技术攻关,完善大输量天然气管道工程系统建设,攻克页岩气压裂技术,利用云计算、大数据、物联网等方面建立智能化开发利用技术,以此建立数据中心为油气管网安全、环保、高效、可靠运营提供有力保障,在此基础上以数字化管道为基础,通过云计算、大数据、物联网、移动互联及人工智能等新一代的信息技术与油气管道技术深度融合,开展油气管道智能化建设,实现管道全生命周期管理。智能化管道的建设不但为管道安全运营提供了保障,并在资源分配、市场监控等方面也发挥着重要作用,促使油气产业以稳定高效的形态发展。

四是安全智能电力将是能源布局优化的新方式。城网设备向紧凑型、无污染、高可靠、智能化、组合化发展;输变电类产品发展方向:大容量、超高压、组合化、无油化、智能化、抗短路、高可靠和免维护,加强电网系统运维与灾害应急管控技术、建立覆盖煤炭地下气化、发电、输配电、充换电环节的小型电网,按照工业互联网标准构建能源互联网,形成成套技术、软件和装备,提出智能配电网态势感知和态势利导技术的总体架构,探究配电网态势感知及智能管控的关键技术,为智能电网转型发展提供新方式。

五是新能源技术将是能源发展角色转变的驱动点。完善浅层地热能及中深层地热能勘查评价工作,查明我省主要城镇集中区浅层地热能及有条件地区中深层地热能(水热型)地质条件、热储特征、地热资源储量,并对其开采技术经济条件做出评价,因地制宜开发生物质能,重点发展制气、供热项目,研究生物质发电关键技术及成套设备,进一步扩大新能源和可再生能源开发利用。“十四五”期间跟踪国内氢能发展的前沿技术,应用氢能成熟技术,在综合加能站预留加氢站位置,为未来氢能产业规模化发展做准备。

六是综合型创新服务平台将是能源科技创新的助力器。引进消化吸收技术较多,原创性、引领性、颠覆性技术偏少。重大能源工程建设中关键核心技术“对外依存度”偏高的现象仍较为普遍;重大能源技术创新存在产学研“散而不强”现象,亟需建立健全与市场经济规律相适应的重大技术攻关新型体制机制;打造全省能源产业发展创新平台,围绕服务能源,聚焦主业发展,全力承担全省能源行业战略规划、政策研究和宣传服务等全新职能职责,打造成为“精、特、优、专、新”的全国数字能源和综合能源示范基地,助力能源高质量转型发展,达成“整体先进”。形成以煤矿为载体的上下游产业链,充分发挥我省煤炭产业优势,继续深化电、油、气、新能源等多轮驱动的多元供应体系,加强能源各领域科研平台建设,助力能源绿色、安全、高效、智能发展。

2、能源科技需求分析

根据《贵州省能源发展“十四五”规划》对能源结构分析,至2025年我省煤炭消费比重仍占据70%左右,“十四五”期间我省以煤炭为主的能源格局不会发生改变。因此,“十四五”期间充分发挥我省煤炭产业优势,加大新能源的发展,进一步深化煤层气、页岩气等多轮驱动的多元供应体系,符合我省能源领域的特点和需求。

一是加大煤矿瓦斯防治技术攻关、集成和示范是实现煤矿安全高效智能开采和发挥煤炭“压舱石”作用的前提和保障。贵州煤矿区瓦斯地质“先天性”条件差,煤层层数多,大多为近距离突出煤层群,可采煤层一般3~20层,最多达到80层;煤层层间距小,最小仅1.5m,大多数在20m以内;构造复杂,褶曲、断层构造多,断层密度最高达188条/km2,居全国首位;煤层瓦斯含量最高达39.89m3/t,高于重庆29m3/t、淮南36m3/t;煤层瓦斯压力大,实测煤层瓦斯压力最高达4.49MPa;煤层渗透率为10-6数量级,较淮南低2~3个数量级,较重庆低1个数量级,各矿区主采煤层大多数为难以抽采煤层,主采煤层在未卸压情况下,瓦斯抽采普遍较为困难。上述特点也决定了贵州煤矿瓦斯防治在国内外尚无直接可供借鉴的成功技术和经验。因此,加大推动瓦斯防治技术攻关、集成和示范,对贵州煤矿瓦斯防治技术和先进治理经验进行分析研究,优选出先进适用瓦斯治理技术与装备,构建并逐步完善适合贵州煤矿区的瓦斯治理体系,为煤矿企业治理瓦斯提供技术支持。同时,通过对各类典型地质条件和灾害类型的瓦斯地质、煤与瓦斯突出和瓦斯抽采等关键技术进行集成创新,提高瓦斯防治技术在不同区域的适应性和有效性,不断提升瓦斯防治能力和水平,促进煤矿安全生产形势持续稳定好转。

二是煤层气区块构造复杂,加强水平井等煤层气勘探开发技术攻关。贵州煤层气2000m以浅资源量达3.15万亿m3,随着不断探索对煤层气(煤矿瓦斯)的开发利用,在提高煤矿安全的同时,不断提升燃气资源的产量。从清洁能源供给和煤矿安全高效开采等多个维度呈现能源发展新“黔景”,但贵州煤层气具有“一弱、两多、三高、四大”的特点,即龙潭组富水性弱,控气构造类型多和煤层层数多,煤层含气量高,资源丰度高,储层压力及地应力高以及煤层气资源量大,煤级变化大,煤层渗透性变化大和地质条件垂向变化大。一方面体现出其煤层气资源富集程度高,储层能量大,开发潜力巨大的优势;另一方面存在影响煤层渗透性及储层改造的不利因素。同时面临“构造煤较发育,可动用资源少、多层合采困难,资源利用率不高、地面投入大、开发成本高”等问题,通过应用水平井抽采等新技术、新理念、新设备,不断优化地质评价理论与开采工艺,提高开采效率,有助于解决“构造煤地面高效开发”难题;而煤炭与煤层气为共伴生资源,开展“井上下瓦斯立体联合抽采”,能帮助煤矿治理瓦斯,减少煤炭与煤层气开采矛盾,实现采煤采气一体化发展。

三是建产有利区评价、常压页岩气勘探开发理论与工艺等亟需攻关。贵州页岩发育层系多,预测资源量大,但受地质工作程度低、构造复杂等因素影响,能够形成建产的有利区较少,目前除奥陶系五峰组—志留系龙马溪组在黔北有所突破外,其它区域、其余层系均未实现有效勘探突破,须加强以“储集条件”、“保存条件”为核心的页岩气有利目标优选评价研究,为勘探部署提供技术支撑。贵州页岩气保存条件总体较差,目前贵州已取得勘探突破的页岩气总体表现为常压,具有“资源品位不高、产气峰值较低、达产时间较长、稳产时间较短、经济效益较差”等问题,其形成机制、富集规律、有效勘探开发技术尚不明确,因此需要开展关于常压页岩气的勘探开发理论与工艺技术攻关,为页岩气规模化开发提供可靠的依据。

四是加强电力技术智能化、精准化和数字化发展。随着水电、煤电、光伏等多种发电方式发展,电网将进行大规模并网,而我省作为“西电东送”的重要省份,省内外用电需求逐渐增大,将引发电网平衡问题。就负荷类型而言,参与负荷响应手段应该向更多元、精准和数字化发展,围绕智能发电、智能配电、智能运维等进行建设,完善配套基础设备建设,如智能电站,切实提高需求响应的自动化水平,实现精细化管理。同时为保证安全智能发电,亟需开展线路精确故障定位、故障隔离、自愈等关键技术研究,实现用电、输电安全、智能诊断一张网,提升电力发展的安全化和智能化水平。

五是积极推动地热能等新能源开发利用技术。贵州地热能资源储量大、分布广,发展前景广阔,可为城镇集中区、城镇功能区等建筑提供供暖(制冷)服务。贵州以碳酸盐岩为主,碳酸盐岩具有热导率高、可再生能力强等特点,开发利用浅层地热能资源,比以第四系覆盖为主的地区更具优势,浅层地热能在贵州历经近20年的发展,地源热泵技术逐渐成熟,地源热泵示范性项目初具规模,应进一步加大浅层地热能资源的开发利用,同时,加快探索试点中深层地热能(水热型)多元梯级综合开发利用,合理布局水风光一体化可再生能源项目,因地制宜开发生物质能,宜气则气、宜电则电。

二、总体要求

(一)指导思想

以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,深入贯彻党的十九大和十九届二中、三中、四中、五中、六中全会精神,全面贯彻落实习近平总书记视察贵州重要讲话精神和国发〔2022〕2号文精神,认真贯彻落实省委十二届历次全会精神,准确把握高质量发展的鲜明导向,统筹能源发展和安全,强化我省能源科技力量、提升企业技术创新能力、激发人才创新活力、优化能源科技创新体系,引领全省新时代能源高质量发展。

(二)基本原则

创新引领、安全发展。坚持自主创新支撑引领行业发展,通过重大创新项目攻关和示范,加强能源领域关键技术研究,强化原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新,提高抗灾和应急保障能力,提升重大灾害监测预警及防控技术。

凝聚目标、重点突破。坚持发展非化石能源与清洁高效利用化石能源并举,增强清洁能源供应保障能力。瞄准制约能源发展和可能取得突破的共性和关键性技术,依托重大创新项目开展试验示范,推动能源技术创新能力的显著提升。

依托项目,注重实效。依托重大能源项目推进科技创新成果示范应用,切实发挥能源项目建设对科技创新的带动作用;结合相关科研院所和高等院校,完善产学研协同创新机制。

协同创新,形成合力。与我省能源、科技等总体规划以及能源领域各专项规划统筹衔接,强化能源产业链创新链上下游联合,加强各方支持政策协同,形成能源科技创新合力。

(三)发展目标

坚持我省以煤为主的基本能源保障实际,进一步健全能源技术创新体系,引领能源高质量发展,坚持补短板,强弱项,增优势,梳理企业技术断点,破解企业“点”的障碍,确保“点线面”融会贯通,以“补链、强链、延链”为目标,强化自主研发,攻克一批制约能源高质量发展的关键技术、工艺及装备。

——形成现代化煤炭智能绿色开发利用体系。推动煤炭工业与大数据、人工智能等技术深度融合,初步形成符合贵州实际的智能化煤炭开采技术体系;有效提升煤矿瓦斯、煤矸石和矿井水综合利用水平,减少煤矿“三废”污染排放;强化煤矿矿山环境保护治理,降低煤炭开采对生态环境的影响。

——支撑油气安全保障供应。完善油气管道输配系统,开展页岩气压裂技术、页岩气资源评价关键参数及测定技术攻关,利用云计算、大数据、物联网等方面建立智能化开发利用技术,实现全生命周期管理。。

——保障电力安全高效发展。开展智能电网相关技术,探究基于互联网+电网系统运维与灾害智能应急管控技术攻关,开展储能系统的配电网应急供电和抗灾能力提升关键技术研究及应用,实现用电、输电安全、智能诊断一张网。

——推进新能源科技创新发展。发展浅层地热能高效开发利用技术,探索中深层地热能多元梯级综合开发利用关键技术,以新技术突破带动能源新产业和新模式发展。

——推进能源产业数字化智能化发展。促进先进信息技术与能源产业深度融合,电力、煤炭、油气等领域数字化、智能化升级示范有序推进。推进能源数据中心建设,实施能源数字化试点。

——推动能源产业转型升级。围绕全省能源产业发展建立能源产业研究院、贵州新能源与综合能源工程研究中心等,打造能源科技创新平台载体,推动转型升级发展。

投稿与新闻线索:陈女士 微信/手机:13693626116 邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#改成@)

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