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大型纪录片《征程》|第十九集 为了地球村

来源: 央视网
2022-10-07 18:55 
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他们御风而动,向清洁能源寻求绿色转型。他们是二氧化碳的捕手,在探索之路上攻坚克难。命运与共,大道同行。为了美好的地球村。

2022年,北京冬奥会,全世界的目光聚焦中国。

从申办到筹办,北京冬奥会始终坚持绿色、低碳、可持续原则。通过科技手段,铺就了美丽的中国底色。首次尝试碳中和的大型国际体育赛事,彰显了中国在全球气候治理中的使命与担当。也是中国坚定不移挺进清洁能源的一个缩影。

开阔的张北地区,拥有充足的风力与光能。是清洁能源源头替代的绝佳地域。

经过70公里的运输,扇叶运达风电场,老丁和他的工友即将大显身手。

风机的选址,每个部件的摆放以及安装的全部过程,都依赖这群敏锐的御风者。老丁和他的团队已经配合超过10年。他们早有充分的默契,但是草原多变的天气条件,每一天都带来全新的挑战。

风力瞬时加大,继续安装,风会让扇叶摆得越来越快。

突如其来的阵风让风车吊装进入两难的境地。吊车司机高空指挥和其他地面人员都在等待丁队长的决策。

中广核河北尚义吊装项目部施工队长 丁克瑞:但是这风不是长时间的,它是偶尔就来这么一阵。10分钟、8分钟那是最长的了。把它等过去之后再把它(扇叶)吊起来。

几分钟后,风力渐渐减弱,大家悬着的心放了下来,吊装继续进行。

中广核河北尚义吊装项目部高空指挥 倪占民:我就用这只手拿对讲机,用眼睛得盯着设备。

在高空之上,以两毫米内的误差,风车和塔筒相接成功。

一座座新能源风力发电机组矗立大地,迎风旋转,为经济发展注入绿色动能。然而,在清洁电能领域,仅仅解决发电还不够,如何保证电力的稳定性则至关重要。

这里是正在建设中的丰宁抽水蓄能电站。这样规模的爆破在这座山体中每天都要进行一次。借助爆破的力量,人们开挖出巨大的抽水蓄能中枢。190条蜿蜒的隧道,构成这座电站庞大的地下洞室群。最大的控制厅地下中心厂房长达414米,有20层楼高,连接着58条隧道,12间变电室,12间机房,如同一个纷繁复杂的地下城。

稳定是电网的基石,电量不稳定会极大地危害电网的安全。怎么才能解决新能源的稳定问题呢?

河北丰宁抽水蓄能有限公司董事长 费万堂:整个丰宁电站(占地面积)应该是20平方公里左右,上库和下库的高差,实际上在460米。

抽水蓄能电站,是大型电网中,调节电能过剩,补充不足的完美搭配。

费万堂:它的工作原理就是利用上下库的高差,实现能量的转换。

电网中有多余电能时,利用这些多余的电能,将下水库的水抽到上水库。在用电高峰时,从上水库放水,利用水的势能发电,生产出高经济价值的电能,补充电网的需要。更重要的是,一旦电网出现突发情况,大面积断电,抽水蓄能可以全面启动。

费万堂:因为火电在热态启动的时候,一般来讲,带拉整个负荷大约在4个小时。抽水蓄能2到5分钟,所以对于我们电网的稳定还是至关重要的。

作为整个工程的负责人,费万堂更喜欢一身工装出现在施工现场,这将是他退休前最后一个,也是挑战最大的项目。

施工中最大的难题在于如何打通上下库间的引水管道。连接两个水库,最简单的方案是按照常规进行直线挖掘,但需要挖掘路径很长,施工难度极大。如果把施工分为两段斜井三段平洞,经过测算这样最可行也最经济。究竟怎样才能在山中开掘出这些巨型引水管道呢?费万堂和工程师们最终决定采用定向爆破形成隧道,然后用巨型钢管拼接的办法建起这条山中水道。

顺着轨道钢管进入长达1.4公里的交通洞。40分钟后,它被运到洞中的一个十字路口,在这里钢管要被放入斜井,最长的一段斜井长达300米,即便是站在洞口都会感到逼人的寒气。

钢管被放到隧道中之后,工人要深入到钢管内完成对接,保证随后的焊接可以顺利进行。钢管放进斜井以后,最终的一个环节是保证钢管之间的衔接和焊接达到严丝合缝。

费万堂:就是我们每一个接头焊接的时候,一定要保证我们施工的质量。一旦渗漏,实际上是致命的。

从2012年立项,到2021年12月30日正式投产发电。10年建设,一座世界级抽水蓄能电站拔地而起。创造四项世界第一。2024年,12台机组全部投产后,年发电量达66.12亿千瓦时,可满足260万户家庭一年的用电,年可节约标准煤48万吨,减少二氧化碳排放120万吨。

作为迄今为止第一个实现碳中和的奥运会。全新的理念让 “双碳”这个词更加深入人心。碳达峰、碳中和简称“双碳”。作为全球气候治理的重要手段,人们已对控制二氧化碳排放量形成广泛共识,而实现碳达峰、碳中和的根本出路是科技创新。从源头替代、过程削减到末端捕集,中国在低碳科技创新上正在进行不懈探索。

巨大的槽车组成的车队正在穿越黄土高原。密封罐里满载液态二氧化碳,它们来自榆林煤化公司。这是一种新技术——二氧化碳捕集应用的产物。每天约有240吨捕集来的二氧化碳被运送到100多公里外,延长石油在安塞、吴起两地的采油厂。

将大型化工厂、发电厂、钢铁厂、水泥厂等排放源产生的二氧化碳收集起来,并用各种方法储存,以避免其排放到大气中,这种方法人们简称“碳捕集”。

这些槽车里的二氧化碳已经被牢牢地俘获。

这个巨大的储存罐,位于延长石油安塞采油厂油井的原油生产现场,罐中储存的二氧化将被注入山坡上的89口油井。这是一种新型的碳封存应用场景。

延长石油集团、总地质师、国家科学技术进步奖二等奖获得者 王香增:我们这个二氧化碳,它是从煤化工排放中直接捕集出来的,在出油的过程又埋到地下了。所以说是最有效的方法。

王香增与团队历时15年研发出一整套碳捕集、利用及封存的技术,形成了循环利用二氧化碳的高效系统,使整个石化系统的碳中和进程上了一个大台阶。

延长石油的油井地处鄂尔多斯盆地,地层压力比较低,钻井之后油无法自然流出,需要增加外力作用。每年约有10万吨二氧化碳通过这样的方式应用到石油开采中。

王香增:因为(以前)油田都需要注水开发,利用二氧化碳来代替水,既可以提高油井的产量,也可以提高采收率。关键还可以施行碳封存。

碳封存是指将捕获的二氧化碳通过特殊设备,全封闭的方式注入到特定的地质构造层中,并确保安全、有效存储。

王香增:从地质上来讲,鄂尔多斯盆地整个地层比较稳定,这个构造又简单,没有大的断裂,所以说这一块儿封存二氧化碳是比较理想的场所。

收集煤化工排放的二氧化碳注入藏有石油的地层中,用注气驱油的技术取代传统的注水驱油,采集石油的同时顺势将二氧化碳封存在地层中,既提高了原油产量,也节约了水资源,最终还实现了碳封存的目的。可谓一举三得。

在王香增的设想中,这套系统未来的潜力非常巨大,通过二氧化碳静态封存潜力计算模型测算,延长石油仅油田的二氧化碳理论封存量可达8.84亿吨。

那么,如此大量的二氧化碳封存到地层中,如何保证它的安全,一直是世界科学家密切关注并加以解决的问题。

在实验室里,一套完整的监测系统时刻观察二氧化碳在地层中的变化。

王香增:安全监测目前我们形成了地上、地下、地面,也就是三位一体的监测技术。我们现在做的动态封存率,百分之二三十的(二氧化碳)可能就随着采油采气出来了,经过回收再重新注入。因为咱们现在注气都接近10个月了。接近10个月了,这说明二氧化碳这个值和背景值差不多,这就说明,二氧化碳没有漏失。

王香增:从国外50年的经验,137个项目,他们跟踪评价,还没有诱发地质灾害,或者是地震事件的发生。

相关实验表明,封存的二氧化碳有可能成为未来宝贵的碳源,这是对二氧化碳进行永久地质封存的另一个愿景。地球的秘密远未被我们了解,碳封存的过程也许正是我们与地球的某种互动和对话。

王永胜博士正在收集深度3000米的地层数据,为国家能源集团百万吨级碳封存项目选取封存井的位置。十几年来,每一次封存井的位置,王永胜都要现场选定。

人造地震起爆后,通过对数据进行计算和分析,可以得出地层扫描CT(计算机层析成像)图。这是王永胜和团队进行选址判断的依据。

内蒙古鄂尔多斯,有着亚洲首个二氧化碳捕集与深部咸水层封存全流程示范项目。实现每年百万吨级的封存量是王永胜和团队正在攻克的目标。

国家能源集团鄂尔多斯煤制油分公司工程师 王永胜:这是咱们之前的10万吨的项目,也是在这儿。咱们现在做的这个百万吨的项目,会在这个基础上继续扩展,那么现在我们讨论的是,它的具体选址和层位的问题。目前我们有三个预选方案。

王永胜:就像吹气球,吹多大会爆。我们往下注的时候,也是往下打气,到这么大的时候,感觉有点紧绷了,我再吹这么大,有可能就爆了。我能给它注多少,注到什么程度,我要设置一个上限,对我的这个项目是安全的。

王永胜深知百万吨级的二氧化碳捕集利用与封存意义巨大,这意味着每年可减排二氧化碳100万吨,相当于植树近2000公顷。

每一次的实验都是一次对地层的深入了解。而王永胜的每一次选择又仿佛完成了一次与地球的和解。毕竟,与地球和谐共生,人类才有未来。

在北京,科学家刘练波正在进行一项更为尖端的实验——用更经济更简便的方式捕捉二氧化碳及其他废气,并变废为宝。他所在的这个实验室见证了中国二氧化碳捕集技术从无到有的艰辛历程。

二氧化碳捕集与再利用是实现碳中和的重要技术选择之一,世界科学家都在不遗余力地进行研究。十多年来,刘练波和团队一直在探索中国自主创新的关键技术。

华能清洁能源研究院研究员 刘练波:二氧化碳捕集、利用与封存,它实际上是将人类生产能源过程中的二氧化碳分离出来,一部分用于资源化利用,一部分用于封存在地下,实现与大气的长期地隔离的这么一个技术。

二氧化碳捕集与利用具体到生产环节还存在高成本、高能耗等问题,尤其是规模化商业应用仍面临不小的挑战。优化技术工艺的先进性、降低捕集的能耗,这是刘练波团队正在实现的目标。而核心技术的掌握从一开始就困难重重。

刘练波:核心的这些技术,外国人肯定是不会给我们分享的。所以我们只能是自力更生。一方面,我们就从一个一个的公式去写,一张张的图纸去画,那么完全自主创新,那么当时我们也形成了我们中国人自己的二氧化碳捕集技术。

刘练波:今天是咱们全新的一天。咱们上周在实验室应该是做了非常充分的。大量的实验准备工作,所以今天咱们还是尽量去参考在实验室的这种工况。

刘练波:那么在中试装置上,可能碰到的一些技术问题。我们需要再回到实验室,再进一步地去验证,进一步地去调整这个配方。所以这个过程可能会要反复多次,最终能够真正达到我们目标中的,二氧化碳吸附的一个结果。

最近的几年中,刘练波团队对碳捕集材料有了一个重大的发现——低温吸附现象,其尖端性和挑战性都史无前例。

刘练波:我们这个研发团队在实验室发现了新的一些现象,发现了在这种低温的条件之下,一些吸附材料,能够将二氧化碳实现非常高效率的,低能耗的吸附,所以目前我们在实验室,也是在开展这方面的基础研究工作。

实验还将持续几个小时,刘练波已经在期待,吸附溶液在这套装置中顺利运转,也许奇迹总会在不断的努力中到来。

刘练波:应该说一组实验,有些可能会需要连续好几周的实验,好几周。

刘练波:如果说碳捕集技术是CCUS(碳捕集 利用与封存)技术里面的一个皇冠,那么这个碳捕集的材料,或者说吸收溶液,就是这个皇冠上的明珠。在过去十多年,技术开发过程中,应该说绝大部分的工作,都是围绕着吸收溶液来展开的。

每一次的测试,都是对想象力和耐心的考验。中国二氧化碳捕集技术从跟随到原创,再到不落人后,用了15年的艰辛历程。2020年,中国注册了全世界81%的新碳捕集技术专利,已经成为世界上最大的碳捕集技术生产国。

看不见的二氧化碳画不出来,复杂的科学技术孩子也还不懂。但他的笔却可以画出绚烂的大自然。“双碳”之路并不遥远,只要我们每个人都付出自己的努力。万物共生,才是一个美好的地球村。携手同行,人类才有更广阔的未来。

【责任编辑:王晗】
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