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在應(yīng)對全球能源安全和氣候變化兩大挑戰(zhàn)的背景下，大力發(fā)展清潔能源已成為國際社會的廣泛共識。當前，我國正在積極推進“雙碳”戰(zhàn)略，深入推進能源革命，清潔能源占比顯著提升。清潔能源裝備作為清潔能源的載體，將在能源革命中發(fā)揮重要作用。那么，我國清潔能源裝備產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀如何，面臨哪些挑戰(zhàn)和機遇？本版試作探討，敬請關(guān)注。
記者觀察
□鐘小科
沖擊式輪機、重型燃氣輪機、飛輪儲能、氣體絕緣環(huán)網(wǎng)柜、液冷超充……這些聽起來極具科幻色彩的機器又被稱為清潔能源裝備，它們或許將定義能源的未來。
清潔能源裝備是指發(fā)電不排放污染物、能夠直接用于生產(chǎn)生活的能源裝備，是綠色能源技術(shù)的載體。數(shù)據(jù)顯示，2022年，全球清潔能源裝備產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)擴大，達3068.8億美元，增長率為8.6%?？梢钥闯觯鍧嵞茉囱b備在全球范圍內(nèi)發(fā)展十分迅猛。
對于我國來說，國家政策、市場需求和技術(shù)創(chuàng)新的共同推動，助力清潔能源裝備產(chǎn)業(yè)不斷壯大。2022年，我國清潔能源裝備產(chǎn)業(yè)規(guī)模達到7443.2億元，比上年增長9.7%。未來，清潔能源裝備產(chǎn)業(yè)的持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展將為實現(xiàn)“雙碳”目標作出更大貢獻。
市場需求為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供強勁動能
清潔能源裝備是裝備制造業(yè)的重要組成部分，對于貫徹落實國家能源發(fā)展戰(zhàn)略、構(gòu)建新型能源體系、實現(xiàn)碳達峰碳中和目標具有重要意義。在頂層設(shè)計的助推下，我國以風(fēng)電、核電等為代表的清潔能源裝備產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，取得了顯著成就。其中，光伏裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展較為成熟，已擁有較為完善的產(chǎn)業(yè)鏈和國際領(lǐng)先的技術(shù)水平；陸上風(fēng)能裝備技術(shù)較為先進，海上風(fēng)能裝備技術(shù)仍需多路突破；氫能裝備、海洋能裝備技術(shù)水平不斷提高。
從發(fā)電量結(jié)構(gòu)看，2022年，清潔能源占全國發(fā)電量的33.5%，水電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電占比分別為15.3%、8.6%、4.8%；從全國電力裝機結(jié)構(gòu)看，截至2022年，全國清潔能源裝機容量占整體比重達49.6%，其中，水電、風(fēng)電、光伏、核電的裝機容量分別占整體的16.1%、14.3%、15.3%和2.2%。
這些數(shù)據(jù)也從側(cè)面說明了我國清潔能源裝備產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)穩(wěn)步擴大。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，2022年，全國清潔能源裝備累計裝機容量約 12.2億千瓦，較上年提高約20%；發(fā)電量占比穩(wěn)定提升，累計發(fā)電約3萬億千瓦時，較上年提高約 1.5個百分點。我國水電、風(fēng)電、光伏發(fā)電裝機規(guī)模連續(xù)多年穩(wěn)居世界首位，核電發(fā)電量創(chuàng)歷史新高。
量的升級固然可觀，質(zhì)的飛躍更加耀眼。在技術(shù)能力方面，我國清潔能源裝備也有顯著提升。近年來，“華龍一號”核電機組實現(xiàn)商業(yè)運行、國內(nèi)首臺150兆瓦級大型沖擊式轉(zhuǎn)輪成功投運、16兆瓦海上風(fēng)電機組完成吊裝、首座深遠海浮式風(fēng)電平臺成功并網(wǎng)投產(chǎn)、光伏發(fā)電技術(shù)快速迭代、多次刷新電池轉(zhuǎn)換效率世界紀錄，有力支撐了一批重大清潔能源項目建設(shè)。
從產(chǎn)業(yè)鏈角度來看，目前我國已建成相對完善的清潔能源裝備產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈體系，在東北、西北、東部沿海、成渝等地區(qū)培育了一批高水平裝備研發(fā)制造基地，形成了以哈爾濱電氣、東方電氣、上海電氣、金風(fēng)科技、隆基綠能等為代表的一批具有全球競爭力的一流能源裝備企業(yè)，產(chǎn)業(yè)鏈競爭力不斷提升。
清潔能源裝備產(chǎn)業(yè)迎來黃金發(fā)展期
“十四五”及以后一段時期，全球能源將加速向低碳、零碳方向演進，水能、核能、風(fēng)能、太陽能等清潔能源將逐步成長為應(yīng)對氣候變化、支撐經(jīng)濟社會發(fā)展的主力能源。根據(jù)我國能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，“十四五”期間全國清潔能源新增裝機容量將超過7億千瓦，其中預(yù)計新增水電裝機容量8600萬千瓦、風(fēng)電裝機容量2.1億千瓦、光伏發(fā)電裝機容量3.3億千瓦，直接拉動清潔能源裝備市場需求擴大到2萬億元以上，為清潔能源裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了廣闊空間和巨大市場。
作為清潔能源開發(fā)利用的物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)，清潔能源裝備發(fā)展正處于重要戰(zhàn)略機遇期，同時也面臨著巨大挑戰(zhàn)。
技術(shù)壁壘和競爭是清潔能源裝備發(fā)展要解決的首要問題。清潔能源裝備產(chǎn)業(yè)技術(shù)要求較高，涉及多個領(lǐng)域的綜合應(yīng)用。新技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用需要跨越電力、機械、材料、控制等多個學(xué)科領(lǐng)域，因此需要打破不同學(xué)科之間的技術(shù)壁壘。清潔能源裝備產(chǎn)業(yè)的投資規(guī)模較大且周期較長，投資的不確定性和風(fēng)險相對較高，未來可能會影響投資者的信心和意愿。國際市場不確定性因素增加，能源技術(shù)開發(fā)與合作、能源市場開拓都面臨較大的不確定性。因此，要激發(fā)清潔能源裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?jié)摿?，還需在政策和制度層面進行全方位、多維度的努力。
首先，要不斷優(yōu)化清潔能源裝備產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。目前我國光伏裝備和風(fēng)電裝備技術(shù)較為成熟，二者產(chǎn)業(yè)規(guī)?？偤驼记鍧嵞茉囱b備產(chǎn)業(yè)比重超80%，氫能裝備仍在發(fā)展初期，地?zé)崮苎b備、生物質(zhì)能裝備、海洋能裝備等技術(shù)較為滯后，總體占比較小。積極優(yōu)化我國清潔能源裝備產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)可有效激發(fā)多種細分產(chǎn)業(yè)潛力。
其次，應(yīng)構(gòu)建完備的清潔能源裝備產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈體系。我國清潔能源裝備產(chǎn)業(yè)鏈較為完善，但部分環(huán)節(jié)仍較為薄弱，應(yīng)依據(jù)清潔能源裝備產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)、特點和長短板，統(tǒng)籌對清潔能源裝備產(chǎn)業(yè)鏈上下游進行布局，對供應(yīng)鏈前后端進行規(guī)劃，構(gòu)建配套完善的產(chǎn)業(yè)鏈。
最后，要加大創(chuàng)新研發(fā)力度，突破清潔能源裝備產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵零部件和關(guān)鍵技術(shù)。圍繞清潔能源裝備的發(fā)展重點和重大需求，加強基礎(chǔ)研發(fā)，超前部署前沿技術(shù)，加快引領(lǐng)性、顛覆性技術(shù)突破，注重產(chǎn)學(xué)研用深度融合，共建具有共性技術(shù)研發(fā)、試驗檢驗、產(chǎn)品檢測等一系列功能的創(chuàng)新平臺，注重協(xié)同創(chuàng)新，加快重大技術(shù)攻關(guān)突破，加速研發(fā)成果轉(zhuǎn)換，在市場上以技術(shù)為核心形成競爭優(yōu)勢。
作者單位：中國科技信息雜志社
知識鏈接
什么是清潔能源裝備？
清潔能源裝備是指發(fā)電不排放污染物、能夠直接用于生產(chǎn)生活的能源裝備，是綠色能源技術(shù)的載體，是為能源工業(yè)提供技術(shù)裝備的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性、朝陽性產(chǎn)業(yè)，是裝備制造業(yè)的重要組成部分。
按照《綠色產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)目錄（2023年版）》劃分：新能源與清潔能源裝備制造包括風(fēng)力發(fā)電裝備制造、太陽能發(fā)電裝備制造、生物質(zhì)能利用裝備制造、水力發(fā)電和抽水蓄能裝備制造、核電裝備制造、燃氣輪機裝備制造、地?zé)崮荛_發(fā)利用裝備制造、海洋能開發(fā)利用裝備制造、非常規(guī)油氣勘查開采裝備制造、海洋油氣開采裝備制造、新型儲能裝備制造、燃料電池裝備制造、氫能“制儲輸用”全鏈條裝備制造、智能電網(wǎng)產(chǎn)品和裝備制造。
按照能源產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)圈劃分，清潔能源裝備包括“源、網(wǎng)、荷、儲”四個方面。“源”包括水電裝備、風(fēng)電裝備、核電裝備、燃氣輪機、太陽能發(fā)電裝備、生物質(zhì)發(fā)電裝備、地?zé)崮苎b備、海洋能裝備、燃料電池、清潔高效燃煤發(fā)電裝備等；“網(wǎng)”包括特高壓輸變配電裝備、智能電網(wǎng)裝備、能源互聯(lián)網(wǎng)裝備等；“荷”包括工業(yè)節(jié)能裝備、電能替代裝備、充換電裝備、新能源交通裝備、智能家電等；“儲”包括電化學(xué)儲能裝備、機械儲能裝備、氫氣儲能裝備、熱儲能裝備、壓縮空氣儲能裝備等。
石化機械：在氫能裝備新賽道上跑出“加速度”
日前，華南地區(qū)新建加油、制氫加氫一體綜合能源站項目花落石化機械。這是石化機械首次中標制氫加氫一體站EPC項目，主要涉及240標準立方米/小時制氫橇等設(shè)備。石化機械將從圖紙設(shè)計、材料采購、施工建設(shè)、投產(chǎn)試運行到竣工驗收，提供“一條龍”服務(wù)。
近年來，錨定氫能裝備，石化機械聚焦進口件替代和“卡脖子”技術(shù)攻關(guān)，依托超高壓結(jié)構(gòu)技術(shù)、超高硬材料技術(shù)、超高能控制技術(shù)、超高精制造技術(shù)為核心的科技創(chuàng)新體系，開展氫能裝備基礎(chǔ)應(yīng)用研究，系統(tǒng)構(gòu)建研發(fā)體系，優(yōu)先在加氫、制氫和輸氫領(lǐng)域，研制出系列氫氣壓縮機、加氫站成套裝備、制氫成套裝備、氫能智能管理與安全系統(tǒng)、輸氫鋼管等，突破高壓臨氫材料、高壓無油動密封、大流量低沖擊電液控制等關(guān)鍵核心技術(shù)，取得相關(guān)專利50余件。
如今，石化機械作為中國石化氫能裝備制造基地，已成為國內(nèi)少數(shù)同時具備制氫、加氫裝備研制能力的企業(yè)之一，可為客戶提供高質(zhì)量氫能裝備和一體化解決方案，在氫能裝備新賽道上跑出了“加速度”。
逐項破解難題
以技術(shù)優(yōu)勢助力加氫站網(wǎng)絡(luò)建設(shè)
加氫站是規(guī)模發(fā)展氫能交通的基礎(chǔ)設(shè)施，加氫站建設(shè)離不開加氫裝備的支撐。圍繞加氫站關(guān)鍵設(shè)備研制，石化機械逐項攻關(guān)，以技術(shù)優(yōu)勢助力加氫站網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。
氫具有特殊的原子結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)，這使其在許多領(lǐng)域有著重要應(yīng)用價值，但也給氫能裝備研制帶來了不小的難度。“氫脆”，就是一項世界級難題：溶于鋼中的氫聚合為氫分子，造成應(yīng)力集中，導(dǎo)致材料脆化開裂。針對高壓高溫氫環(huán)境下金屬材料“氫脆”的問題，石化機械構(gòu)建了金屬材料抗氫脆試驗和評價方法，開發(fā)了高壓氫環(huán)境下高強度特種合金及其處理工藝，建立了從22~90兆帕之間4種壓力能級臨氫材料選用規(guī)范，為加氫裝備研制和安全運行提供了依據(jù)。
氫氣壓縮機是加氫站的核心設(shè)備，可將氫氣從低壓提升到高壓，滿足燃料電池汽車使用需求，分為液驅(qū)式、隔膜式和離子液式。其中，國內(nèi)離子液式壓縮機技術(shù)目前尚不成熟。
在液驅(qū)式氫氣壓縮機開發(fā)上，石化機械采用一機雙壓、壓比動態(tài)調(diào)節(jié)等設(shè)計，攻克了大流量低沖擊可控壓比電液控制、高壓無油動密封、寬工況氣閥設(shè)計等技術(shù)，自主研發(fā)的國內(nèi)首臺加氫站用90兆帕液驅(qū)式氫氣壓縮機完成了極限工況性能試驗，裝備穩(wěn)定可靠。在隔膜式氫氣壓縮機研發(fā)上，該公司破解了膜腔型線優(yōu)化設(shè)計、高效率補油溢油系統(tǒng)設(shè)計等難題，開發(fā)出22兆帕、1700標準立方米/小時、70%容積效率的隔膜式氫氣壓縮機，助力萬方級規(guī)模供氫中心建設(shè)，并支撐了向更高壓力等級供氫充裝工藝前瞻性技術(shù)研究。
加氫機用于氫氣加注服務(wù)，配套壓力傳感器、溫度傳感器、計量、取氣優(yōu)先控制和安全裝置等。目前，石化機械已成功研制出35兆帕雙槍雙計量、雙槍單計量、單槍單計量等多種型號加氫機，可嚴格控制溫升和加注流速，平均加注速率達到每分鐘2千克以上。
站控系統(tǒng)是加氫站的“大腦”。通過應(yīng)用擴展，石化機械集合工藝控制、數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)控、報警聯(lián)鎖和交易報表等功能，載有設(shè)備控制、計費管理、視頻監(jiān)控和火氣系統(tǒng)，成功將SOFElink數(shù)智平臺接入加氫站，可實現(xiàn)全天候裝備狀態(tài)監(jiān)測、作業(yè)遠程支持、故障告警、遠程運維、預(yù)測診斷等微服務(wù)。
苦心攻關(guān)換來累累碩果。如今，石化機械已配套研制出系列化氫氣壓縮機、加氫機、卸氫柱、順序控制盤、站控系統(tǒng)等關(guān)鍵組成，并在武漢建成兩座加氫站，其中一座被列為示范站。
依托重大項目
加快攻克制氫裝備關(guān)鍵核心技術(shù)
“8月14日，我們研制的PEM（質(zhì)子交換膜）制氫及燃料電池設(shè)備系統(tǒng)正式產(chǎn)出氫氣，截至目前運行平穩(wěn)。”據(jù)相關(guān)研究人員介紹，石化機械自主設(shè)計的PEM制氫系統(tǒng)具有氫氣純度高、響應(yīng)速度快、能耗低等特點。這是該公司在制氫裝備領(lǐng)域取得的又一個新突破。
制氫是氫能產(chǎn)業(yè)鏈的最前端環(huán)節(jié)，也是氫能戰(zhàn)略地圖上的必爭之地。電解水制氫作為最清潔的制氫技術(shù)和儲能形式，相關(guān)裝備研發(fā)也備受關(guān)注。依托內(nèi)蒙古烏蘭察布綠氫制備等項目，石化機械加快制氫裝備關(guān)鍵核心技術(shù)與主要部件攻關(guān)，“雙管齊下”，同時開展堿水制氫和PEM制氫裝備的裝配調(diào)試工作。在建立全過程安全風(fēng)險評價體系的基礎(chǔ)上，該公司創(chuàng)造性開展裝備集成、氣密試驗、功能調(diào)試和性能測試等關(guān)鍵工作，成功實現(xiàn)了高純度氫氣連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)出。經(jīng)第三方機構(gòu)檢測，氫氣純度符合燃料電池用氫國家標準，滿足燃料電池用氫要求。
電解槽作為可再生能源大規(guī)模制氫的關(guān)鍵裝備，在制氫系統(tǒng)總成本中的占比近50%，是攻關(guān)的重點。針對電解槽氣液兩相流場均勻性問題，石化機械通過技術(shù)合作，設(shè)計方形電解槽，并優(yōu)化流道結(jié)構(gòu)，研制出的2.5兆瓦級橇裝式堿水制氫系統(tǒng)可滿足綠電制氫規(guī)模發(fā)展需求，額定產(chǎn)氫量達500標準立方米/小時，具有直流電耗低、插片式帶壓設(shè)計易維護等優(yōu)勢，可應(yīng)用于制氫中心及制氫加氫一體站。
目前，在加氫、制氫、輸氫領(lǐng)域，石化機械已“全面開花”，具備了為客戶提供加氫站、制氫加氫一體化、大排量充裝、兆瓦級PEM制氫、綠電堿水制氫、車載供氫系統(tǒng)等解決方案的綜合服務(wù)能力。今年以來，該公司多種氫能裝備投放市場，訂單量同比顯著增長，不僅參與了“西氫東送”項目輸氫鋼管的合作研發(fā)，而且完成了3種規(guī)格輸氫管試制，再一次在新領(lǐng)域樹起了“金招牌”。
“今后，我們將繼續(xù)扛好‘智造大國重器、服務(wù)能源發(fā)展’的職責(zé)使命，以高端化、智能化、綠色化為方向，走好氫能裝備專精特新發(fā)展之路，打造自主可控、有競爭力的中國石化氫能裝備制造基地。同時，我們根據(jù)客戶需求，結(jié)合實際運營條件，配置氫能裝備產(chǎn)品，爭做高質(zhì)量氫能裝備供貨商和一體化解決方案提供商。”石化機械氫能裝備分公司總經(jīng)理潘靈永說。
武漢群力綜合加能站由石化機械提供全套加氫設(shè)備，日加氫能力500千克，可滿足40余輛氫能公交車的需求，一輛車加滿氫僅需4分鐘。
