4月，美国能源部（DOE）先后宣布多项研发资助，部署先进煤电、水电和海洋能源技术研发。其中，向“煤炭优先”（Coal FIRST）计划投入1亿美元^[1]，开发未来先进煤电厂以提供安全、稳定、可靠的近零排放电力；资助8730万美元用于先进煤炭技术研发项目^[2]；资助2610万美元用于先进水电和海洋能源技术资助计划^[3]，旨在驱动产业导向的技术创新以促进美国海洋与水电技术产业发展并提升水电系统服务整个电力资源灵活配置的能力。

　　一、资助开发未来燃煤电厂

　　DOE于2018年11月公布了“煤炭优先”计划^[4]，目的是开发灵活、创新、弹性、小型、变革的适用于未来能源系统的先进燃煤电厂。此类电厂将具备如下特点：能够灵活运行以满足电网需求；使用创新、前沿的组件，提高效率，减少排放；为美国提供灵活的电力；比目前的传统公用事业规模燃煤电厂的规模小；改变煤电技术的设计和制造方式。

　　1、“煤炭优先”计划

　　“煤炭优先”计划开发超越当今最先进的新型煤炭发电技术，将把电厂关键组件的研发与现有技术整合到先进的系统中。通过技术创新和设计及制造方法的改进，开发超越目前公用事业规模发电厂性能的新型先进燃煤发电原型系统。“煤炭优先”计划所设想的未来先进煤电机组将具备如下特征：

　　（1）整体效率高，满负荷时为40%（高热值）以上，在需求负荷内效率降低尽可能少。

　　（2）体积小（单位面积约为50～350兆瓦），可最大限度利用高质量、低成本的车间制造优势，降低现场施工成本，并缩短项目周期。

　　（3）近零排放，可选择考虑不排放或少量排放二氧化碳的设计，使排放水平等于或低于天然气发电技术，或者在不进行重大电厂改造的情况下进行碳捕集改造。

　　（4）高爬坡率和最小载荷，可适用于2050年高比例可再生能源发电的情况。

　　（5）集成热量或其他能量存储技术，如化学品生产，以提高运行效率并降低设备损坏几率。

　　（6）最大限度地减少用水量。

　　（7）通过利用先进工艺和模块化设计的方法，缩短电厂设计、构造和调试时间。

　　（8）增强维护功能，包括通过监控和诊断技术的进步减少维护，并最大限度地减少强制停机。

　　（9）与煤炭提质或联合发电等技术整合。

　　（10）可进行天然气混合燃烧。

　　基于上述目标，“煤炭优先”计划将重点关注7个关键领域：煤和天然气联合循环；间接超临界二氧化碳（SCO2）循环；先进超超临界蒸汽发电；具有或不具有多联产（加压、氧吹和/或空气吹）的整体气化联合循环；富氧燃烧系统（加压、空气、流化床或悬浮床）；多联产概念；直接合成气/热解气SCO2循环。

　　2、本次资助情况

　　4月12日，DOE宣布向“煤炭优先”计划投入1亿美元。本次资助的目的是开发“煤炭优先”计划的未来燃煤电厂所需的关键组件，也可能包括开发相应的先进制造技术及工艺。

　　（1）煤燃烧组件，如直喷式燃煤发动机、加压流化床燃烧、分级模块燃烧、加压富氧燃烧、化学循环燃烧、先进超超临界锅炉和用于SCO2动力循环的燃烧加热器。

　　（2）用于燃煤、间接SCO2动力循环的单轴轴流压缩机/膨胀机。

　　（3）用于燃煤、直接SCO2动力循环的集成燃烧器/膨胀机，带有内部叶片冷却。

　　（4）气化炉、气化炉组件和/或空气分离单元。

　　（5）10～50千瓦合成气固体氧化物燃料电池（SOFC）模块。

　　（6）其他组件，如传感器、控制器、储能装置、多联产装置、合成气发动机、先进底循环。

　　此外，DOE还宣布已经在“煤炭优先”计划下选定了13个项目，总计资助195万美元进行未来燃煤电厂的概念设计，获得资助的机构为：8 Rivers Capital公司、阿勒格尼科技公司、Barr工程公司、CONSOL宾夕法尼亚煤炭公司、Constantem科技公司、Echogen电力系统公司、美国电力研究院、Hydrogen Energy California公司、Nexant公司、华盛顿大学、Wormser Energy Solutions公司。

　　二、资助先进煤炭技术研发

　　先进煤炭技术研发项目旨在使美国能够继续最大化利用国内能源资源，同时保持可靠和廉价的电力供应。资助的项目包括5个领域。

　　1、提高燃煤锅炉的蒸汽动力循环性能和新的汽轮机设计工程设计。资助金额为2200万美元，旨在提高蒸汽动力循环的性能，从而降低电力成本，降低燃煤锅炉每兆瓦时的排放。此外项目还将设计用于50～350兆瓦范围的汽轮机概念工程，以支持“煤炭优先”计划。

　　2、用于监测深层地下的转换传感系统。资助金额为480万美元，旨在减少不确定性，并推动与地下二氧化碳封存相关的实时决策。

　　3、燃煤电厂的跨领域研究。资助金额为1450万美元，旨在开发创新技术，提高现有和未来燃煤电厂的性能和经济效益，从而降低消费者的电力成本。

　　4、高效、灵活、可靠的燃煤电厂先进材料。资助金额为2600万美元，将降低成本，提高先进超超临界电厂材料的循环耐久性。这些先进的材料对于提高燃煤电厂的效率和可靠性至关重要。

　　5、提高从煤基资源中回收稀土元素和关键材料的效率。资助金额为2000万美元，通过新的和传统的萃取、分离和回收工艺，促进国内煤炭资源中稀土和关键材料回收技术的发展。

　　三、资助先进水电和海洋能源技术研发

　　先进水电和海洋能源技术资助计划旨在驱动产业导向的技术创新，以促进美国海洋与水电技术产业发展，并提升水电系统服务整个电力资源灵活配置的能力。按照计划，美国能源部水电技术办公室（DOE-WPTO）将负责相关项目的遴选，项目将聚焦能够促进水电及海洋能源经济性利用的技术及解决方案，提升美国在相关领域的制造业竞争力。

　　1、实现水电配置的灵活性。重点聚焦2个方向：水电配置灵活性的量化评估，将开发用于水电配置灵活性分类和计算的全面框架；旨在提升水电灵活性配置的战略举措，研究开发能够强化单一电厂或联合电厂提供灵活配电服务的战略措施。

　　2、低水头水电及水流动力技术。重点聚焦2个方向：低水头水电应用模块化技术，将主要关注低水头应用相关完整新标准的设计开发及模块化水电技术（水头高度≤30英尺）；水流能源转换器（CEC）应用模块化技术，将关注新型CEC系统开发与测试，这些系统将能够被有效部署并恢复，无需配备大规模的港口或原位基础设施和专门船只。

　　3、先进波能设备设计。开放水域波能具有最大的能源捕获潜力和最低的单位成本，因此将重点关注开放水域的波能转换器（WEC）设备性能改进测试。

　　4、海洋能源转换研究基础设施升级。将重点升级美国国家海洋可再生能源中心（NMRECs）现有相关基础设施，以扩大行业准入并减少技术壁垒，从而培育先进海洋与水力技术。       （岳芳 裴惠娟 张树良）