未來20年中國能源技術發展方向——分布式能源及相關技術
發(fa)布時間：2022-7-8
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未來20年中(zhong)國能源技術發展方(fang)向——分(fen)布式(shi)能源及相關技術
所謂“分(fen)布式能源(yuan)(yuan)”是指分(fen)布在(zai)用(yong)戶端的(de)能源(yuan)(yuan)綜合利用(yong)系(xi)統(tong)。一次能源(yuan)(yuan)以(yi)氣體燃(ran)料為(wei)(wei)主，可再生能源(yuan)(yuan)為(wei)(wei)輔，利用(yong)一切可以(yi)利用(yong)的(de)資源(yuan)(yuan)；二次能源(yuan)(yuan)以(yi)分(fen)布在(zai)用(yong)戶端的(de)熱電冷（植）聯產為(wei)(wei)主，其他能源(yuan)(yuan)供(gong)應系(xi)統(tong)為(wei)(wei)輔，實(shi)現(xian)以(yi)直(zhi)接(jie)滿(man)足用(yong)戶多種需求的(de)能源(yuan)(yuan)梯級利用(yong)，并通過能源(yuan)(yuan)供(gong)應系(xi)統(tong)提(ti)供(gong)支持和(he)補充；在(zai)環境保護(hu)上，將部分(fen)污(wu)染分(fen)散(san)化、資源(yuan)(yuan)化，爭取實(shi)現(xian)適度排(pai)放(fang)的(de)目標；在(zai)管理體系(xi)上，依(yi)托(tuo)智(zhi)能信(xin)息化技術實(shi)現(xian)現(xian)場無人職守，通過社會化服務體系(xi)提(ti)供(gong)設計、安裝(zhuang)、運行、維修一體化保障。 分(fen)布式能源(yuan)(yuan)技術的(de)基(ji)礎科學主要在(zai)以(yi)下幾個方面(mian)：
1、動力與能源轉(zhuan)換(huan)設備；
2、一(yi)次和二次能源相關技術；
3、智(zhi)能控制(zhi)與群控優化技術；
4、綜合系統(tong)優化技(ji)術；
5、資源(yuan)深(shen)度(du)利用技術。
動力與(yu)能源轉(zhuan)換設(she)備：
主(zhu)要是(shi)指(zhi)一些基(ji)于傳統技術的(de)完善和新技術的(de)發展。
（1）小型(xing)燃(ran)氣輪(lun)機--在小型(xing)航空渦輪(lun)發動機技術(shu)的(de)(de)(de)基礎上，實現(xian)地(di)面發電和(he)供(gong)熱的(de)(de)(de)聯產技術(shu)。目前中國在這一技術(shu)上已經可(ke)以(yi)開發相應(ying)產品，主要的(de)(de)(de)問題是需要設備的(de)(de)(de)能源轉換效率，可(ke)靠性，延長設備檢修周期(qi)，設備的(de)(de)(de)自動智能控(kong)制水平；
（2）微(wei)型燃氣輪機--這是基于(yu)汽車發動機增(zeng)壓渦輪技(ji)術(shu)(shu)的延伸(shen)，關(guan)鍵技(ji)術(shu)(shu)在于(yu)精密鑄造和燒結金屬陶瓷轉子，空氣或磁(ci)懸浮軸承，回熱利用技(ji)術(shu)(shu)，永磁(ci)發電技(ji)術(shu)(shu)，可(ke)控硅變(bian)頻控制技(ji)術(shu)(shu)等。由于(yu)技(ji)術(shu)(shu)層次(ci)并不高，其中許多項(xiang)目(mu)已經有專家在研究，只(zhi)要(yao)真正重視。
（3）燃(ran)氣(qi)內(nei)燃(ran)機--內(nei)燃(ran)機技術(shu)對于中國已經成熟，但是(shi)燃(ran)氣(qi)內(nei)燃(ran)機的制造水平與國際先進設(she)備(bei)還存在比較大的差距，主要(yao)是(shi)轉換效(xiao)率、排放控制、電子(zi)控制和設(she)備(bei)大修(xiu)周期等，此外，國外正在發展(zhan)的預燃(ran)、回熱、增壓渦(wo)輪技術(shu)，以(yi)及(ji)電子(zi)變頻等技術(shu)，都是(shi)發展(zhan)的重要(yao)方向；
（4）斯特林(lin)發動(dong)機(ji)--外燃式斯特林(lin)技(ji)術(shu)中國已經有了比(bi)較大的突(tu)破，上海711所已經可以生產該技(ji)術(shu)的產品，目前主要是設備(bei)可靠性和發電效率，以及自動(dong)化控(kong)制水(shui)平(ping)；
（5）燃料電池--該技(ji)術(shu)有(you)質子交換膜、固體氧(yang)化(hua)物(wu)、熔融硅酸鹽和氫氧(yang)重整等多種技(ji)術(shu)方式(shi)，該技(ji)術(shu)應用極(ji)為廣泛，污染極(ji)小，而且(qie)可(ke)以(yi)同燃氣輪機技(ji)術(shu)整合，發(fa)(fa)電效(xiao)率將可(ke)能達到(dao)80%，是(shi)未來(lai)有(you)發(fa)(fa)展價值(zhi)的(de)技(ji)術(shu)；
（6）微型蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)輪機(ji)(ji)--蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)輪機(ji)(ji)是(shi)傳統的(de)技術，但是(shi)利(li)(li)(li)用一部(bu)噪音小(xiao)(xiao)(xiao)、振動小(xiao)(xiao)(xiao)、運行方便可靠的(de)小(xiao)(xiao)(xiao)型蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)輪機(ji)(ji)代替熱交換(huan)器，將(jiang)其中一部(bu)分(fen)能(neng)(neng)量轉換(huan)為價值較高的(de)電(dian)能(neng)(neng)，或者利(li)(li)(li)用蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)管網中較低品位(wei)的(de)蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)為制冰機(ji)(ji)組(zu)提供(gong)低溫冷能(neng)(neng)，可以更好(hao)地利(li)(li)(li)用蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)中的(de)能(neng)(neng)量；
（7）微(wei)型(xing)水(shui)輪(lun)機和微(wei)型(xing)抽水(shui)蓄能(neng)電(dian)站--小型(xing)、微(wei)型(xing)水(shui)輪(lun)機組不僅可(ke)以在有(you)水(shui)位落差的(de)地方使用，而且可(ke)以廣泛利用在分布式(shi)能(neng)源項目上。利用自來水(shui)管網(wang)的(de)水(shui)能(neng)壓力，或者建(jian)筑物可(ke)能(neng)產生的(de)落差進行發(fa)電(dian)，并(bing)在用電(dian)低谷(gu)進行抽水(shui)蓄能(neng)，新(xin)型(xing)的(de)微(wei)型(xing)水(shui)輪(lun)發(fa)電(dian)機組將何以采用電(dian)子變頻(pin)控制技術，調整電(dian)能(neng)品質；
（8）太陽能發電(dian)和太陽熱(re)發電(dian)--利用(yong)太陽能量的發電(dian)技(ji)術，將太陽熱(re)發電(dian)與(yu)(yu)沼氣利用(yong)整合，將光(guang)伏電(dian)池與(yu)(yu)建筑材料整合，利用(yong)光(guang)導纖維與(yu)(yu)照明技(ji)術整合等等；
（9）風(feng)(feng)能--風(feng)(feng)力(li)(li)發電(dian)(dian)是能源發展的一個重要方向，在(zai)大型(xing)(xing)風(feng)(feng)場(chang)大量(liang)利(li)用大型(xing)(xing)風(feng)(feng)機發電(dian)(dian)將何以代替現有的火力(li)(li)發電(dian)(dian)系(xi)統(tong)，但(dan)是對于居住分散的用戶小型(xing)(xing)的風(feng)(feng)力(li)(li)發電(dian)(dian)系(xi)統(tong)更加具有普(pu)及意義，小型(xing)(xing)風(feng)(feng)力(li)(li)發電(dian)(dian)系(xi)統(tong)主要需(xu)要解決的是成本(ben)、可靠性(xing)和蓄能問題(ti)；
（10）余熱(re)(re)制(zhi)冷系統(tong)--利用動(dong)力機產生的(de)(de)余熱(re)(re)供熱(re)(re)制(zhi)冷是分布(bu)式熱(re)(re)電(dian)冷三聯供系統(tong)的(de)(de)重要(yao)環節，尤其是制(zhi)冷，可(ke)以(yi)采用吸收式制(zhi)冷，也可(ke)以(yi)采用吸附式，以(yi)及余熱(re)(re)--動(dong)力轉(zhuan)換--低(di)溫(wen)制(zhi)冷等技(ji)術，這些技(ji)術均比較成熟，關(guan)鍵是系統(tong)的(de)(de)集成率，以(yi)及造價等問(wen)題(ti)；
與(yu)分布(bu)式能源系統相(xiang)關(guan)的一次(ci)和二(er)次(ci)能源相(xiang)關(guan)技術：
（1）天然氣系統的優化利用(yong)，以及管道輸送技術(shu)；
（2）液化天然氣(qi)的(de)生(sheng)產(chan)和利用(yong)(yong)--分散化的(de)液化天然氣(qi)生(sheng)產(chan)技術可以利用(yong)(yong)石油開采中(zhong)的(de)伴生(sheng)氣(qi)資(zi)源，減少溫室氣(qi)體排放，資(zi)源的(de)綜合利用(yong)(yong)率，液化天然氣(qi)利用(yong)(yong)中(zhong)對于冷能的(de)有效利用(yong)(yong)可以有效節能等等，在(zai)液化天然氣(qi)利用(yong)(yong)中(zhong)，將(jiang)產(chan)生(sheng)大量的(de)新課題；
（3）煤層氣和礦(kuang)井瓦(wa)斯(si)利用(yong)(yong)，可(ke)能有(you)60%以(yi)上的礦(kuang)工(gong)是死在中國(guo)的礦(kuang)井里，而瓦(wa)斯(si)爆炸是元(yuan)兇(xiong)之一(yi)，減少(shao)礦(kuang)工(gong)死亡(wang)和煤層氣和礦(kuang)井瓦(wa)斯(si)資源(yuan)的利用(yong)(yong)有(you)著密(mi)切關聯，利用(yong)(yong)煤層氣和礦(kuang)井瓦(wa)斯(si)發(fa)電等(deng)技術不僅可(ke)以(yi)挽救(jiu)無數礦(kuang)工(gong)的生命，還能有(you)效減少(shao)溫室氣體排放，緩解全球變暖問題；
（4）可(ke)燃冰--存在于海底(di)和高寒(han)地區的天然氣水化合物是(shi)人(ren)類未來的主要能(neng)(neng)源(yuan)，它是(shi)為分布式(shi)能(neng)(neng)源(yuan)系統提供燃料的重要途徑(jing)；
（5）煤地(di)下(xia)氣(qi)化(hua)--中(zhong)(zhong)國目前有100億噸以(yi)上的(de)煤炭資源在開發過程中(zhong)(zhong)被(bei)遺(yi)棄在地(di)下(xia)，如何(he)利(li)用(yong)可控地(di)下(xia)氣(qi)化(hua)技術(shu)將其變為氣(qi)體燃(ran)料回收利(li)用(yong)是中(zhong)(zhong)國煤炭工業的(de)重要課(ke)題；
（6）地(di)熱(re)--利用(yong)和開(kai)發地(di)熱(re)資源，將地(di)下低品(pin)位熱(re)能轉換為(wei)高品(pin)位的(de)電能或冷能是技術(shu)的(de)關(guan)鍵(jian)；
（7）深(shen)層(ceng)海水冷能--利用(yong)沿海深(shen)層(ceng)海水的(de)低溫資源(yuan)，解決(jue)沿海城市(shi)的(de)制冷問題，；
（8）水(shui)(shui)能--利用水(shui)(shui)利資(zi)源，特別是小型水(shui)(shui)電設施解決(jue)農村以水(shui)(shui)代柴(chai)，保(bao)護植被；
（9）沼氣--利用城市(shi)垃圾、農村廢棄(qi)物資(zi)源等進行發電(dian)或熱電(dian)聯產(chan)，減(jian)少(shao)溫室氣體排放(fang)，資(zi)源綜合利用水(shui)平；
（10）甲(jia)(jia)醇--利用煤等(deng)礦(kuang)物資源生產甲(jia)(jia)醇，以(yi)(yi)代替(ti)石油。甲(jia)(jia)醇可(ke)以(yi)(yi)滿足燃料電池對氫的需要；
（11）乙醇--利用植物資源(yuan)生產乙醇，以(yi)代替(ti)石(shi)油和其他礦物燃料(liao)，乙醇可以(yi)作為燃料(liao)直接使用，也可以(yi)作為燃料(liao)電池的(de)氫分離的(de)原(yuan)料(liao)；
（12）氫(qing)--對于氫(qing)的利用將(jiang)決(jue)定人類的未來，如何從水中(zhong)低成本地重整(zheng)氫(qing)氣將(jiang)是(shi)技術的關鍵(jian)；
（13）壓(ya)縮空氣--利用低估電力(li)或其他能(neng)源(yuan)生產高(gao)壓(ya)空氣，作為汽車和(he)其他動力(li)設(she)備(bei)，以及分(fen)布式能(neng)源(yuan)的動力(li)源(yuan)，主要解決高(gao)增壓(ya)比壓(ya)縮技(ji)術、設(she)備(bei)小型化、材料和(he)效率等問(wen)題。
智能控(kong)制與(yu)群控(kong)優化技術：
（1）分(fen)布式能源機組和系統(tong)自(zi)身的智能化(hua)控制--解決設備“無人職守”問題，能夠(gou)根據需求(qiu)進行調(diao)節，自(zi)動(dong)跟蹤電、熱、冷負荷；
（2）分(fen)布式(shi)能源(yuan)(yuan)(yuan)與(yu)載體(ti)的(de)信息互動(dong)--解決分(fen)布式(shi)能源(yuan)(yuan)(yuan)系(xi)統成為(wei)智能化建筑(zhu)的(de)一個組成部分(fen)，與(yu)建筑(zhu)系(xi)統的(de)需(xu)求進行優(you)化整合，建筑(zhu)的(de)能源(yuan)(yuan)(yuan)可靠(kao)性(xing)和節能性(xing)；
（3）分(fen)(fen)布式能(neng)源機組(zu)的(de)聯(lian)合(he)控制--分(fen)(fen)布式能(neng)源采用模(mo)塊(kuai)化(hua)組(zu)合(he)設計，需(xu)(xu)要(yao)對模(mo)塊(kuai)組(zu)合(he)聯(lian)合(he)控制，根(gen)據需(xu)(xu)求變化(hua)進行智能(neng)調(diao)節，決定(ding)每一模(mo)塊(kuai)的(de)運行狀態(tai)和模(mo)塊(kuai)之間的(de)調(diao)節優化(hua)關系；
（4）遠程(cheng)遙控(kong)--通過電話線、因(yin)特網(wang)、無(wu)線網(wang)絡和電源線對設備進行遠程(cheng)監視控(kong)制；
（5）群(qun)控優(you)化--根據一個區域(yu)內各(ge)種用戶對于(yu)電(dian)力、熱力、制(zhi)冷等(deng)需(xu)求(qiu)的(de)變化，以及(ji)燃料、氣溫變化趨(qu)勢、蓄能(neng)量庫存等(deng)等(deng)因素，優(you)化控制(zhi)各(ge)個用戶的(de)分布式能(neng)源(yuan)系(xi)(xi)(xi)統，以及(ji)公共(gong)能(neng)源(yuan)系(xi)(xi)(xi)統，進行(xing)多系(xi)(xi)(xi)統容錯(cuo)優(you)化，減(jian)少冗余(yu)，各(ge)系(xi)(xi)(xi)統的(de)需(xu)求(qiu)適應性；
（6）智能(neng)電網(wang)技術--必須建(jian)立(li)電網(wang)信息化管理系統。
（7）信息化(hua)計量(liang)與(yu)結算系統--建立網絡化(hua)能(neng)源系統的(de)(de)各種能(neng)源產品和各個用戶與(yu)分布式能(neng)源設施擁有者之間、各時段間根據預約(yue)定價進行計量(liang)和結算的(de)(de)智能(neng)系統；
（8）自動信息發布系(xi)統--對于用(yong)戶(hu)與臨近(jin)(jin)用(yong)戶(hu)能(neng)源(yuan)(yuan)使用(yong)狀(zhuang)態、用(yong)戶(hu)與臨近(jin)(jin)用(yong)戶(hu)的分(fen)布式(shi)(shi)能(neng)源(yuan)(yuan)系(xi)統伺服(fu)狀(zhuang)態、以及燃(ran)料(liao)系(xi)統和公(gong)共能(neng)源(yuan)(yuan)供應系(xi)統的運行(xing)狀(zhuang)態信息進行(xing)發布，以便智(zhi)能(neng)化(hua)建筑、用(yong)戶(hu)能(neng)源(yuan)(yuan)管理系(xi)統、分(fen)布式(shi)(shi)能(neng)源(yuan)(yuan)設(she)施(shi)、儲能(neng)設(she)施(shi)、設(she)備運行(xing)服(fu)務機構、以及燃(ran)料(liao)供應者和公(gong)共電網能(neng)夠根據每一信息源(yuan)(yuan)所發布的實時信息進行(xing)狀(zhuang)態優化(hua)調整，實現資源(yuan)(yuan)共享。
綜合系統優化技(ji)術：
（1）多種能(neng)源(yuan)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)整(zheng)(zheng)(zheng)合(he)優化--將(jiang)各(ge)種不同的能(neng)源(yuan)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)進行(xing)聯合(he)優化，例如：將(jiang)分(fen)(fen)布(bu)(bu)式(shi)能(neng)源(yuan)與(yu)(yu)傳統(tong)(tong)(tong)能(neng)源(yuan)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)整(zheng)(zheng)(zheng)合(he)后，進行(xing)聯合(he)優化；或者，將(jiang)分(fen)(fen)布(bu)(bu)式(shi)能(neng)源(yuan)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)與(yu)(yu)冰蓄冷系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)整(zheng)(zheng)(zheng)合(he)并進行(xing)聯合(he)再(zai)優化，將(jiang)微型燃氣(qi)輪(lun)機與(yu)(yu)熱泵系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)整(zheng)(zheng)(zheng)合(he)優化，以(yi)及太陽能(neng)與(yu)(yu)分(fen)(fen)布(bu)(bu)式(shi)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)的優化整(zheng)(zheng)(zheng)合(he)等(deng)等(deng)，達到取長補短的目(mu)的，發(fa)揮各(ge)個系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)的綜(zong)合(he)優勢；
（2）將分(fen)布(bu)式能源(yuan)與(yu)交(jiao)通系統整合優化--利(li)用低谷電(dian)力為(wei)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)蓄(xu)電(dian)或(huo)燃(ran)料電(dian)池(chi)汽(qi)車(che)儲氫(qing)等，將燃(ran)料電(dian)池(chi)和混合動(dong)力汽(qi)車(che)作為(wei)電(dian)源(yuan)形成隨(sui)著(zhu)人流移動(dong)的電(dian)源(yuan)和供(gong)水(shui)系統。實現節(jie)約(yue)投資經費；
（3）分布式能源系統(tong)電網(wang)接入研究(jiu)--解(jie)決分布式能源與現有電網(wang)設施的兼容、整合等問題；
（4）蓄(xu)(xu)(xu)能(neng)技(ji)術--通(tong)過蓄(xu)(xu)(xu)能(neng)技(ji)術的(de)開(kai)發應(ying)用，解決(jue)能(neng)源(yuan)的(de)延時性調(diao)節問題，能(neng)源(yuan)系統(tong)的(de)容錯能(neng)力，其(qi)中包括(kuo)(kuo)蓄(xu)(xu)(xu)電(dian)(dian)(dian)、蓄(xu)(xu)(xu)熱(re)、蓄(xu)(xu)(xu)冷和蓄(xu)(xu)(xu)能(neng)四個技(ji)術方(fang)向。蓄(xu)(xu)(xu)電(dian)(dian)(dian)包括(kuo)(kuo)化學蓄(xu)(xu)(xu)電(dian)(dian)(dian)：電(dian)(dian)(dian)池；物理蓄(xu)(xu)(xu)電(dian)(dian)(dian)：飛輪和水(shui)(shui)(shui)(shui)能(neng)、氣能(neng)。蓄(xu)(xu)(xu)熱(re)包括(kuo)(kuo)項變蓄(xu)(xu)(xu)熱(re)、熱(re)水(shui)(shui)(shui)(shui)、熱(re)油和蒸汽等(deng)多種形式(shi)(shi)。蓄(xu)(xu)(xu)冷：冰和水(shui)(shui)(shui)(shui)。蓄(xu)(xu)(xu)能(neng)包括(kuo)(kuo)物理蓄(xu)(xu)(xu)能(neng)：機械蓄(xu)(xu)(xu)能(neng)、水(shui)(shui)(shui)(shui)蓄(xu)(xu)(xu)能(neng)、以及(ji)記憶(yi)金屬蓄(xu)(xu)(xu)能(neng)等(deng)多種方(fang)式(shi)(shi)；
（5）地(di)源(yuan)蓄(xu)能技(ji)術--利用地(di)下(xia)水和(he)土(tu)壤將冬季(ji)的(de)(de)冷和(he)夏季(ji)的(de)(de)熱(re)(re)蓄(xu)能儲存，進行(xing)(xing)季(ji)節(jie)性調(diao)節(jie)使(shi)用，結(jie)合熱(re)(re)泵技(ji)術進行(xing)(xing)直接利用，減(jian)少城市熱(re)(re)島效應；
（6）網絡式(shi)(shi)能(neng)源系(xi)統(tong)--互聯網式(shi)(shi)的分布式(shi)(shi)能(neng)源梯級利(li)用系(xi)統(tong)是未來(lai)能(neng)源工(gong)業的重要形態(tai)。 資源深(shen)度利(li)用技術：
（1）天然氣凝結水(shui)技術--利用天然氣燃(ran)燒后的化學反(fan)應結果回(hui)收水(shui)，解決部分(fen)城市水(shui)資源緊(jin)缺(que)問題(ti)；
（2）將分布式(shi)能源(yuan)與大棚結合的技術--將分布式(shi)能源(yuan)系統發電設備(bei)排除的余熱、二氧化碳(tan)和水蒸汽(qi)注入大棚，作為氣(qi)體(ti)肥(fei)料和熱源(yuan)，解決城市(shi)綠化和蔬果(guo)供應，同時減(jian)少溫室(shi)氣(qi)體(ti)和其他污染物排放問題；
（3）利(li)用發電制冷的冷卻(que)水生產生活(huo)熱(re)水的技術--利(li)用熱(re)泵的技術，將低品位熱(re)源轉換(huan)為較高品位的生活(huo)熱(re)水，減少(shao)能源消耗；
（4）空調(diao)系(xi)統廢熱回(hui)(hui)收技術--發(fa)展全新風(feng)空調(diao)系(xi)統中有效利用回(hui)(hui)風(feng)中的余(yu)熱和余(yu)冷，減少能(neng)耗(hao)；
（5）污(wu)水(shui)水(shui)源(yuan)熱(re)泵系統(tong)--利用生活污(wu)水(shui)中(zhong)的熱(re)量；
（6）小型生物(wu)質沼氣生產技術(shu)--利用民用設施污水、垃圾(ji)和(he)大棚廢棄生物(wu)質就地生產沼氣的技術(shu)。
未來20年中國(guo)能源技術發展方(fang)向——分布式能源及(ji)相(xiang)關技術
