煤基低碳能源國家重點實驗室

一個國家重點實驗室設在民營企業絕非偶然，這其中不能缺少企業在技術和人才方面的儲備以及對趨勢的超前判斷。

早在2006年，新奧成立研究院，致力于清潔能源戰略的可持續發展。2007年新奧在廊坊建成擁有5000余平方米的中試基地，推動二氧化碳資源化，確定“化石能源全生命周期清潔化”技術發展戰略。在這些技術和規劃的基礎之上，2010年新奧煤基低碳能源國家重點實驗室正式獲得科技部批準設立，并成為國家技術創新體系的重要組成部分。

好的事業需要人才支撐。2003年新奧集團董事局主席王玉鎖結識甘中學博士，力邀共同發展清潔能源這一新興產業。隨后兩人在清潔能源發展思路上出現的“王市場”與“甘技術”之爭，也在新奧內部被傳為美談。兩人相互啟發形成的“系統能效”和“泛能網”技術設想成為新奧集團和實驗室的工作重點。

依托新奧集團，實驗室有計劃、分批次從海外引進智能能源裝備、清潔煤化工、微藻生物能源領域人才充實研發隊伍。截至2013年底，擁有核心研發團隊400余人，海歸博士19人、國內博士36人，其中國家千人計劃4人；共有30余項課題進入國家863計劃、973計劃、國家科技支撐課題、國際科技合作項目；擁有授權專利241項，其中發明專利141項。

清潔化、智能化的新能源技術戰略落地，實現了產學研用的順利對接，新奧集團與煤基低碳能源國家重點實驗室相得益彰。

變采煤為取氣

眾所周知，煤炭是我國的基礎能源。盡管國家一直在努力調整能源結構，試圖降低煤在一次能源中的比重，但在可預見的時間里，能源結構中煤炭仍將占主導地位。基于這一國情，如何高效清潔地利用煤炭資源，應對能源安全與霧霾治理迫在眉睫。新奧集團煤基低碳能源國家重點實驗室主任甘中學說，最佳途徑就是大力發展清潔煤技術。可不可以在根子上，也就是在能源開采的過程中就實現清潔化，讓煤變“白”？這是我們實驗室最主要的攻關內容。

實驗室副主任畢繼誠說，城市中的煤電油正在被天然氣慢慢取代，“天然氣經濟”時代正在來臨。但根據統計數據，2013年我國的天然氣對外依存度超過30%。甘中學認為，解決富煤少氣的困境，需要對煤進行氣化。他說：“我們研究了一種低溫催化技術，不用把煤開采出來，而是讓它有控制地在地下氣化，然后利用管道把煤氣輸送出來就可以用于發電，經過凈化處理以后成為甲烷。變采煤為取氣。”

畢繼誠告訴記者：“煤是一種綜合化學品位的能源，而熱能是品位最低的一種。通過氣化，制成天然氣后，煤炭能量轉化將由40%提高到50%以上。”他介紹：“我國原有的氣化技術基本上是高溫燃燒，溫度在1100℃以上，耗能比較高，并且1100℃以上的溫度特別利于二氧化碳的形成。然而，我們實驗室研發的低溫催化技術正好解決了這個問題。在催化劑的作用下使煤的氣化溫度降至700℃左右，不僅節能并且在這個溫度下有利于碳與氫的形成，所以甲烷的含量很高，減少了二氧化碳的產生。低溫催化氣化技術使甲烷產出率接近24%，指標達到世界領先。”

目前，煤基低碳能源國家重點實驗室基本上形成了四類主要氣化方式。通過加氫氣化來解決普通煤的氣化問題；用催化氣化技術利用褐煤；超臨界氣化，解決含水量較高的煤炭；地下氣化把技術上沒法開采的煤直接轉化成合成氣加以利用。這些技術基本上覆蓋了我國主要煤炭種類。隨著不斷的技術中試并走向成熟，把黑煤變“白”不存在障礙。

微藻吸碳制油

一間玻璃房里，成百上千白色封閉的玻璃管錯落井然。黑綠色的液體正在管子里翻滾流動，似乎可以聽到生命拔節兒的聲音。

“這種綠色的物質是我們實驗室自主研發的微藻，流動的液體主要是高鹽廢水，管道里還有看不見的二氧化碳，這些物質在管道里形成了自給的生態環境。微藻利用高鹽廢水這種模擬海洋環境，在光合作用下，吸收二氧化碳，實現了高度自養，繁殖速度非常快。”在微藻養殖大棚里，講解員這樣介紹微藻生物吸碳技術。

這種被稱為微藻的生物不僅有吸碳作用，可以大量吸收工業生產過程中排放的二氧化碳、氮氧化物等廢氣，而這些廢氣正是導致全球氣候變暖的主要因素。還可以通過油脂提取和高效處理等技術，生產生物柴油、醫藥保健品原料和飼料等產品。可謂一舉兩得，“吃”二氧化碳，制出生物柴油。目前世界上已知的微藻有幾千萬種，真正實現利用的微藻只有幾十種。實驗室的工作人員反復試驗，不斷測試不同的溫度及酸度水平下的各種藻類栽培技術，正在嘗試幾種不同的藻類，以找到油脂合作能力與生長速度兼顧的一種。

“作為國家重點實驗室，我們不僅要強調能源的供給安全，更要關注能源消費中的環境安全。”甘中學說，新奧集團在內蒙古達拉特旗建設5000噸微藻生物柴油示范工程，對煤電廠和化工廠等排放二氧化碳進行就地洗后和資源化利用，生產生物能源。這一工程已成為國家級微藻生物能源示范項目。

專注系統能效

我國能源結構的另外一個特點就是分布不均，導致能源大規模的跨區域調配。同時，風能和太陽能等可再生能源發電設備接入電網系統，進一步加劇電網調峰難度，造成上網困難。因此，在這種情況下，棄風棄光嚴重，設備利用效率低下，可再生能源產業難以規模發展。甘學中認為，能源利用不應孤立、簡單線性的，而應該基于系統能效最優的多品類能源協同、互補、循環的智能應用。

正是基于這種思路，依托新奧集團，實驗室研發了泛能網技術，也就是利用能源和信息技術，將能源網、物聯網和互聯網高效集成的能源互聯網。其核心裝備包括泛能機、泛能站、泛能能效平臺、泛能云平臺。泛能機能實現多種化石能源、可再生能源、環境勢能等的輸入，并實現氣、電、冷、熱等多品位能源的輸出。泛能站通過燃料化學能的梯級利用及對環境勢能的借勢增益，將整體能源利用效率由傳統熱電分產的40%-60%提高到85%以上。泛能云平臺基于大數據和云計算，發現價值交換機會，提供運維、交易、數據等服務，實現能源、資源價值的最大化。

目前，泛能網技術已經開始應用。依托泛能網，新奧集團對中國工程院綜合辦公樓進行了節能改造，正在建設中的青島中德生態園項目也將利用泛能網，使能源綜合利用效率提升到80.8%，綜合節能率達到50.7%。新奧還為廣東肇慶115平方公里的新區制定了能源發展規劃，目標使新區煤炭使用量為零，可再生能源利用率達25.08%，電網中可再生能源占比大于41%，綠色建筑占公共建筑比例超過90%，能源網絡智能化覆蓋率超過90%。