中国
能源大迁移
中国东部地区集中了全国近70%的人口和80%以上的经济活动,但驱动经济活动的能源却大多埋藏在西部,相隔数千公里。能源跨区运输是困扰世界第二大经济体的老问题。如何破解这个老问题?大同给出的答案是,构建贯穿天地的立体能源供应网络。
请将煤炭从现场移走
让我们再深入地质层,在平均深度500米的地下,沉睡了数百万年的煤层正在被唤醒,全市59座煤矿同时开采,每天有32.88万吨“黑石头”重见天日。
西煤东运
还未来得及感受自由空气,这些黑色的石头就被请进不足140立方米的独立房间,运往653公里外的秦皇岛港,被装卸到无数艘大大小小的货船上,迅速分解,像神经末梢一样蔓延到华东、华南每个急需能源的角落。
西电东送
我们抬头望去,这条蜿蜒653公里的铁路上方,是一条500千伏高压线,堪称瞬间转移的魔力,汇聚180万千瓦光伏、风电,从大同直达淮安仅需1/36秒,是一条承载延淮直流输电的“超级高速公路”,横跨万里,点亮万物!
起点是“大同”,终点是“不同”,在地理尺度上,这里的能量承载着各自的使命,奔向山海!
地点:京东
主持人:任市长您好。大同市是我省能源大市,打造五大基地是开展能源革命和综合改革试点的重要抓手。那么对于大同市来说,这五大基地中,哪些方面是我们的领先优势呢?
任希杰(大同市委常委、常务副市长):今年,省委、省政府赋予大同市融入京津冀区域、打造桥头堡的重大历史使命。我们牢牢担当起这个责任,以能源革命为突破口,大力推进煤炭绿色开发利用,不断巩固输变电基地比较优势。目前,全市煤炭先进产能利用率已超过90%,在此基础上,我们坚持“风光水火储一体化”工作思路,全面加快新能源产业高质量发展。全市电力总装机容量1647万千瓦,其中发电832万千瓦,占比超过50%,提前3年实现“十四五”规划目标,此外,我们还积极探索煤电、煤化工基地建设,取得了一些有益成效。
神奇的智慧塔山!
大家小时候都玩过《黄金矿工》这款游戏,你的主要任务就是抢夺黄金和钻石。那么你有没有想过,现在的高科技矿工是用什么来开采“黑金”的呢?
树上有建筑,绿地上有人们,公园里还有矿山,很难想象这个宛如公园的地方竟然是一座矿山!
欢迎来到塔山智慧矿山!塔山矿煤炭储量213510吨,最大的特点是煤层最厚处达到20米。需要注意的是,14米以上超厚煤层安全高效开采技术是世界难题。你的任务是想办法开采超厚煤层,找到“深海沉船”!
这些大屏幕上实时回放的,是井下作业状态。跟着我们的运输车,看看井下模拟迷宫吧!在这个长2公里、宽200米的采煤工作面上,安装了60多个摄像头、1500多个传感器。在井下5G基站的统一调度下,实时自动识别高光谱煤矸石,并用激光扫描监测煤炭放出量。继续向前,集控中心将以更少的人力进行作业,构建集全面感知、5G传输、自主决策、协同控制于一体的新型智能开采模式。设备数据的高速上传和控制信息的实时下达,控制时延不超过500毫秒,将人的视觉、听觉延伸到工作面,沉浸式地监测安全生产。
主持人回归现实:5G全覆盖相当于给地下矿井配备了敏锐的眼睛和万能的手,但具体有哪些工具可以利用呢?
孙磊(塔山矿山研发中心书记):太神奇了,这是煤矿危险气体巡检机器人,当井下遇到危险,人下不去的时候,我们就把它派进去,方便我们后续的工作。
主持人:好科幻啊!特厚煤层怎么开采?
孙磊:我给大家介绍两件法宝,首先九臂挖锚一体机配备了快速开挖设备,像哪吒一样三头六臂,一个专门钻上中眼,两个专门钻下杆。另外还设计增加了机载探水钻机,实现现场探水作业,一人可执行多项任务,效率提升40%,日开挖速度可达20米!
主持人:那么挖矿的速度变快了,运气怎么样?
孙雷:这就是我说的第二个法宝,就是无基础带式输送机和永磁同步电动滚筒技术。它把电动机、减速器、滚筒合为一体,体积小,安装方便,传动效率高,免维护,每年为我们节省数百万美元。
主持人:有了这两件自主研发的法宝,滚滚黑金脱离地下,沿着传送带源源不断地输送到地面,几乎不在大同停留,直接登上大秦线的列车。
大秦铁路:从煤海奔向大海
大秦千里行起点为大同湖东站,每隔12分钟就有一趟万吨列车开行,每日开行近百趟列车,入夏以来,日均运输量已达120万吨以上。
主持人:那么多超载列车,怎么才能在保证安全的情况下,最大限度的衔接、聚集、疏散呢?我们还需要高效、快捷、高效的完美协作。
任福珍(大秦铁路湖东站值班员):852563预览,订正,执行。
任富珍:车太多,交通太密集,我们接发每趟列车大概需要20个节目,平均每个节目之间的间隔大概是10秒,衔接很重要。
大秦线责任重大,每延误一分钟,煤炭运输量就会减少1000多吨,唯有人车精准配合,才能确保能源运输安全稳定。
主持人:通过梯子爬上驾驶舱的这位司机是大秦线的司机,他们最熟悉这条补给线,了解这里的每一节车厢、每一条轨道、每一次的出发和到达。
何晓东(湖东电力机务段大秦重载司机):73019次列车从湖东二场17道出发,司机明白。
何晓东(沪东电力机务段大秦重载司机):我顶着千斤重的闸把,每天和600名战友一起奔波在大秦线上,保安全保运输,把能源运送到全国各地。
主持人:只有他们才能驾驶这列长达2600米,重达2万吨的重载列车在调度室的护送下,从煤海蜿蜒驶向大海。
大秦铁路的重量,不仅仅创造了运输量数字的传奇,它承担着全国六大电网、五大发电集团、十大钢铁企业、数万家工矿企业产煤重任,承担着全国十多个省、市、自治区生产、日用煤炭的重任,是能源的源头、供应的保障、中国经济发展的基础,更是世界重载铁路运输的奇迹。
主持人:所以,当我们看着沉重的列车驶出车站,沿着轨道渐渐远去的时候,我们感受到的不是告别,而是一种联系。
主持人:但连接的方式其实不止一种,往上看,这是一条特高压输电通道,被誉为电力的“高速公路”,电流以每秒近30万公里的速度在城市间穿梭。
Location: Datong Xinrong (Dingya) Substation
任希杰:目前,180万千瓦新能源正在网上运行。这条输变电工程的投入使用,大大解决了大同市西北地区新能源增产的问题。这条能源轨道至关重要。目前,我们全市正在全力建设大同至怀来1000千伏特高压输变电工程。这条工程是晋北新能源基地的必要组成部分,它的实施可以有效解决大同市新能源与传统能源外送能力不足的问题。这条输变电线路建成后,每年将为京津冀地区保守提供1000亿千瓦时电量的稳定新能源指标,对华北电网电力稳定供应、电源结构优化起到至关重要的作用。
主持人:那么为什么说输电成为大同能源转型的重要方向呢?
任希杰:过去我们都是把煤炭外运,然后煤炭转化成电能。你要说大秦铁路,全长650多公里,如果不考虑技术停车、卸车,单向至少能跑10个小时。但是如果我们把煤炭转化成电能,从大同输送到全国各地,只需要几秒钟的时间。所以你看,它非常节省时间。而且,电力是一种高效、清洁、便捷、低碳的能源,所以把输煤改成输电,是双赢、共赢的局面。
去年是550亿千瓦时的电量,大同给我发信息说他们用了150亿千瓦时,400亿千瓦时出去了。550亿千瓦时的电量里面,新能源发电有将近100亿千瓦时,占了绝大多数,97.5亿千瓦时。你要97.5亿千瓦时的电量,占总发电量的将近29%,这个水平在全省、全国都是领先的。国家要求2035年要达到30%的目标。你看今年,从2023年开始,我们已经提前12年实现了我们的目标。
储存“能量”
高耸的烟囱、滚滚的白烟,是每个大同人家常便饭,这曾经是大同第一火电厂的过去。但现在,山西最大的新型储能电站——王宁储能电站,却建在火电厂老厂址上,充分利用退役场地和输电设施建设储能。这不仅是“新”与“旧”的交替,更是“强”与“强”的结合。
王宁储能电站是目前山西首个完成全容量并网的储能电站,采用全室外预制舱设计,搭载宁德时代1500V高压液冷磷酸铁锂储能系统,系统整体转换效率达90%以上,高于行业平均水平。
李彦飞(国网时代储能技术专家):这个集装箱有7000多个电池单元,充满电需要两个小时,发电量6700多度,可以为普通家庭使用5年。
位置:车内
主持人:任市长,我们调研时了解到大同在煤炭绿色开发利用基地、输变电基地等方面具有优势,同时大同在煤炭基建技术创新成果转化方面也做了很多努力,请问我们具体做了哪些工作?
任希杰:我们会去中国科学院工程热物理研究所大同分所,也就是大同煤炭清洁高效利用研究院,到那里去寻找答案。
主持人:我们一起来看一看。
Ren Xijie: Okay.
主持人:这里是大同煤炭研究院,也是中科院工程热物理研究所的试验基地,不过这个基地不同寻常,在大同煤炭研究院六层高的空间里,正在紧张地进行着中试研究。这是全国最大的煤炭清洁高效利用中试研究基地,也是山西省煤炭清洁高效燃烧与气化中试基地。这里的中试平台主要围绕煤炭清洁高效灵活燃烧、煤炭分类利用、炭基固废资源化利用三个研究方向,全部按照国际一流标准设计和建设,通过试验验证的技术,如今正向祖国的广阔大江南北迈进。
瓷器是中国灿烂文化的典型代表,在景德镇千年的瓷器烧制史上,柴窑曾长期占据绝对主导地位,煤窑只是在上世纪五十至七十年代间短暂出现,持续了二十多年,之后便成了气窑和电窑的天下。但对于现代社会需求量巨大的建筑陶瓷而言,气窑和电窑都不是最佳选择。
在距离景德镇不远的江西建陶产业基地高安,能源曾经是制约当地产业发展的一大难题:老式的煤气发生炉污染严重,不得不逐步淘汰,但天然气不仅不能保证稳定供应,而且价格比煤改气要贵得多。大同煤炭研究院的循环流化床气化技术、气化残渣焚烧技术,正在改变这里的生产生活状况。企业使用能源的成本是烧天然气成本的三分之一,还能从源头控制污染物超低排放,彻底解决了当地产业的经济和环境制约,最终促成了全球规模最大的90亿立方米煤改清洁工业燃气项目。
科研人员:小装置在冷热状态下完成后,发现这个是合理的,输出是可以利用的,会建一个20多米的大平台,这在国内已经算是大型实验了。
任希杰:可以这么说吗?你们的实验平台,特别是热燃平台,是国内最大的。
研究员:对于实验来说,这很有意义。
任希杰:下一步就是示范,就是大规模的产业推广应用。
研究员:是的。
任希杰:大同市的能源转型、煤基高新技术的利用、创新成果的转化,一直是需要研究的课题,也是摆在大同市历届政府面前必须解决的难题。大同每年生产1.6亿吨原煤,其中30%是煤矸石,将近5000万吨。那这5000万吨怎么办呢?过去大多是填埋,没有得到充分利用。但我们把中科院工程热物理研究所引进来,它的目的不仅是推行煤炭的清洁燃烧,更重要的是把煤基创新成果转化。我们希望变废为宝,把煤炭全部开采出来,让它在各个环节、各个领域、各个方面真正为人类的绿色能源做出贡献。
经过4年努力,大同市59个煤矿中已有3个矿井实现智能化开采,年煤炭产量稳定在1.2亿吨左右,其中智能化产量占90.7%。
大秦铁路以不足全国营业里程1%的优势,完成了铁路煤炭运输量的23%和铁路货物运输量的11.3%,不断刷新人类化石能源运输总量、运输距离、运输速度的新纪录;
去年,大同向全国各地输送的电量达392.6亿千瓦时,可满足3926家企业年用电量1000万千瓦时的用电需求,可满足1308.6万户家庭年用电量3000千瓦时的用电需求,但这一数据还在逐年增长;
在大同煤炭研究院,5项科研成果已完成中试,还有5项科研成果正在排队中试。
大同正通过五大基地建设,加快能源转型步伐,全力推动能源产业绿色转型迈上新台阶!