未來20年中國能源技術發展方向——分布式能源及相關技術
發布時間(jian)：2022-7-8
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未來20年中(zhong)國(guo)能源(yuan)技術發(fa)展方向——分布式(shi)能源(yuan)及相關技術
所謂“分(fen)布(bu)式能(neng)(neng)源(yuan)”是指分(fen)布(bu)在(zai)用(yong)(yong)戶(hu)端(duan)的能(neng)(neng)源(yuan)綜合(he)利(li)用(yong)(yong)系(xi)統(tong)。一(yi)次(ci)能(neng)(neng)源(yuan)以(yi)氣體(ti)燃料為主(zhu)，可(ke)再生(sheng)能(neng)(neng)源(yuan)為輔，利(li)用(yong)(yong)一(yi)切(qie)可(ke)以(yi)利(li)用(yong)(yong)的資源(yuan)；二次(ci)能(neng)(neng)源(yuan)以(yi)分(fen)布(bu)在(zai)用(yong)(yong)戶(hu)端(duan)的熱電冷（植）聯(lian)產(chan)為主(zhu)，其他能(neng)(neng)源(yuan)供(gong)應系(xi)統(tong)為輔，實(shi)現(xian)(xian)以(yi)直接滿足用(yong)(yong)戶(hu)多種(zhong)需求的能(neng)(neng)源(yuan)梯(ti)級利(li)用(yong)(yong)，并通過能(neng)(neng)源(yuan)供(gong)應系(xi)統(tong)提供(gong)支(zhi)持和補充(chong)；在(zai)環境保護上，將部分(fen)污(wu)染分(fen)散化(hua)(hua)、資源(yuan)化(hua)(hua)，爭取實(shi)現(xian)(xian)適(shi)度排放的目標；在(zai)管理體(ti)系(xi)上，依托智能(neng)(neng)信息(xi)化(hua)(hua)技術(shu)實(shi)現(xian)(xian)現(xian)(xian)場無人職守(shou)，通過社會化(hua)(hua)服務體(ti)系(xi)提供(gong)設計、安裝、運行、維(wei)修(xiu)一(yi)體(ti)化(hua)(hua)保障。 分(fen)布(bu)式能(neng)(neng)源(yuan)技術(shu)的基礎科學主(zhu)要在(zai)以(yi)下幾(ji)個方面(mian)：
1、動力與能源轉換設備；
2、一次和二(er)次能(neng)源相關技術；
3、智能(neng)控(kong)制與群控(kong)優化(hua)技術(shu)；
4、綜(zong)合系統優化技術(shu)；
5、資源深(shen)度利(li)用技術。
動力與能源轉(zhuan)換(huan)設備：
主(zhu)要是(shi)指一些基(ji)于傳統技術的完善和新技術的發(fa)展。
（1）小型(xing)(xing)燃(ran)氣輪(lun)機(ji)--在小型(xing)(xing)航(hang)空渦輪(lun)發(fa)動機(ji)技(ji)術的(de)基礎上，實現地面發(fa)電和供熱的(de)聯產(chan)技(ji)術。目前(qian)中國在這一技(ji)術上已經(jing)可(ke)以開發(fa)相應產(chan)品，主(zhu)要的(de)問題是需要設備的(de)能源(yuan)轉換效(xiao)率，可(ke)靠性，延長設備檢修(xiu)周(zhou)期，設備的(de)自(zi)動智能控制(zhi)水平(ping)；
（2）微型燃氣(qi)輪(lun)機--這是基于(yu)汽(qi)車(che)發動機增壓渦輪(lun)技(ji)(ji)術的延伸，關鍵技(ji)(ji)術在(zai)于(yu)精密(mi)鑄造和燒(shao)結金屬陶(tao)瓷轉子，空氣(qi)或磁(ci)懸浮軸承，回(hui)熱利用技(ji)(ji)術，永磁(ci)發電技(ji)(ji)術，可控硅(gui)變(bian)頻控制(zhi)技(ji)(ji)術等。由于(yu)技(ji)(ji)術層次并(bing)不高，其中許(xu)多項目已經有專家在(zai)研究，只要真正重視。
（3）燃氣(qi)內燃機--內燃機技(ji)(ji)術(shu)對于中(zhong)國已經成熟(shu)，但是燃氣(qi)內燃機的制造(zao)水平與國際先進設備(bei)還存(cun)在(zai)比較(jiao)大的差距(ju)，主要是轉換(huan)效率、排放(fang)控制、電(dian)子控制和設備(bei)大修周期等(deng)，此外，國外正在(zai)發展的預燃、回熱、增(zeng)壓(ya)渦輪技(ji)(ji)術(shu)，以及電(dian)子變頻等(deng)技(ji)(ji)術(shu)，都是發展的重要方(fang)向；
（4）斯(si)(si)特林(lin)發動(dong)機(ji)--外燃式斯(si)(si)特林(lin)技術(shu)中國(guo)已(yi)經有(you)了比較大的(de)(de)突破，上(shang)海(hai)711所已(yi)經可(ke)以生(sheng)產該(gai)技術(shu)的(de)(de)產品，目前主要是設備(bei)可(ke)靠性和(he)發電效率，以及(ji)自(zi)動(dong)化(hua)控制水平；
（5）燃料電池--該(gai)技(ji)(ji)術有質子交(jiao)換膜、固體氧化物、熔融硅酸(suan)鹽(yan)和(he)氫氧重整等多(duo)種技(ji)(ji)術方式(shi)，該(gai)技(ji)(ji)術應用極(ji)(ji)為廣泛，污染極(ji)(ji)小，而且可以同燃氣輪機技(ji)(ji)術整合，發(fa)電效率將(jiang)可能達(da)到80%，是未來有發(fa)展價值的技(ji)(ji)術；
（6）微型蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)輪機--蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)輪機是(shi)傳(chuan)統的(de)(de)技術，但(dan)是(shi)利用(yong)一部噪音小、振動小、運行(xing)方便(bian)可靠(kao)的(de)(de)小型蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)輪機代替熱交換器，將其中(zhong)一部分能(neng)量轉(zhuan)換為價值較(jiao)高的(de)(de)電能(neng)，或者利用(yong)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)管網中(zhong)較(jiao)低品位的(de)(de)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)為制冰機組(zu)提供(gong)低溫冷能(neng)，可以更好地利用(yong)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)中(zhong)的(de)(de)能(neng)量；
（7）微(wei)型水(shui)(shui)(shui)輪機(ji)和微(wei)型抽(chou)水(shui)(shui)(shui)蓄(xu)能電站--小(xiao)型、微(wei)型水(shui)(shui)(shui)輪機(ji)組不僅可以在(zai)有水(shui)(shui)(shui)位(wei)落差的地方使用，而且可以廣(guang)泛利用在(zai)分布式能源項目上。利用自來水(shui)(shui)(shui)管網的水(shui)(shui)(shui)能壓力，或者建筑物可能產生的落差進行(xing)發(fa)電，并在(zai)用電低谷進行(xing)抽(chou)水(shui)(shui)(shui)蓄(xu)能，新型的微(wei)型水(shui)(shui)(shui)輪發(fa)電機(ji)組將何以采用電子變頻控(kong)制技術，調整電能品質；
（8）太陽(yang)能(neng)發(fa)電(dian)(dian)和(he)太陽(yang)熱發(fa)電(dian)(dian)--利(li)用(yong)(yong)太陽(yang)能(neng)量(liang)的發(fa)電(dian)(dian)技術(shu)，將太陽(yang)熱發(fa)電(dian)(dian)與(yu)沼氣利(li)用(yong)(yong)整(zheng)合(he)，將光伏電(dian)(dian)池與(yu)建筑材(cai)料整(zheng)合(he)，利(li)用(yong)(yong)光導纖維與(yu)照(zhao)明技術(shu)整(zheng)合(he)等(deng)(deng)等(deng)(deng)；
（9）風(feng)(feng)能(neng)--風(feng)(feng)力(li)(li)發(fa)(fa)電(dian)是能(neng)源發(fa)(fa)展的一個重要(yao)方(fang)向，在大(da)型風(feng)(feng)場大(da)量(liang)利用大(da)型風(feng)(feng)機發(fa)(fa)電(dian)將何以代替現(xian)有的火力(li)(li)發(fa)(fa)電(dian)系(xi)(xi)統(tong)(tong)，但是對于居住(zhu)分(fen)散的用戶(hu)小型的風(feng)(feng)力(li)(li)發(fa)(fa)電(dian)系(xi)(xi)統(tong)(tong)更加具(ju)有普及意義，小型風(feng)(feng)力(li)(li)發(fa)(fa)電(dian)系(xi)(xi)統(tong)(tong)主要(yao)需要(yao)解決的是成(cheng)本、可靠性和(he)蓄能(neng)問(wen)題；
（10）余熱(re)制(zhi)冷(leng)系統--利用動(dong)力機(ji)產生的余熱(re)供熱(re)制(zhi)冷(leng)是分布式熱(re)電冷(leng)三聯供系統的重要環節，尤其是制(zhi)冷(leng)，可(ke)以采用吸收式制(zhi)冷(leng)，也可(ke)以采用吸附式，以及余熱(re)--動(dong)力轉換--低溫制(zhi)冷(leng)等技術，這些技術均比較成熟，關鍵(jian)是系統的集(ji)成率，以及造價等問題；
與(yu)分布式能(neng)源(yuan)系統相關的一(yi)次和(he)二次能(neng)源(yuan)相關技術：
（1）天然氣系統的優化利用，以(yi)及管道輸送技術；
（2）液化(hua)天然(ran)氣(qi)(qi)的(de)(de)生產(chan)和利(li)(li)(li)用(yong)(yong)--分散(san)化(hua)的(de)(de)液化(hua)天然(ran)氣(qi)(qi)生產(chan)技術(shu)可以利(li)(li)(li)用(yong)(yong)石油開采中的(de)(de)伴生氣(qi)(qi)資源(yuan)，減少溫(wen)室(shi)氣(qi)(qi)體(ti)排(pai)放，資源(yuan)的(de)(de)綜(zong)合利(li)(li)(li)用(yong)(yong)率，液化(hua)天然(ran)氣(qi)(qi)利(li)(li)(li)用(yong)(yong)中對于冷能的(de)(de)有效(xiao)(xiao)利(li)(li)(li)用(yong)(yong)可以有效(xiao)(xiao)節能等等，在液化(hua)天然(ran)氣(qi)(qi)利(li)(li)(li)用(yong)(yong)中，將產(chan)生大(da)量的(de)(de)新課題；
（3）煤(mei)層氣和礦井瓦(wa)(wa)斯(si)利用(yong)，可能(neng)有(you)60%以上的(de)礦工是死(si)在中國的(de)礦井里，而瓦(wa)(wa)斯(si)爆(bao)炸(zha)是元兇之(zhi)一(yi)，減少礦工死(si)亡和煤(mei)層氣和礦井瓦(wa)(wa)斯(si)資源(yuan)的(de)利用(yong)有(you)著密切關聯，利用(yong)煤(mei)層氣和礦井瓦(wa)(wa)斯(si)發電等技術不(bu)僅可以挽救無(wu)數礦工的(de)生命(ming)，還能(neng)有(you)效減少溫室氣體排放(fang)，緩解(jie)全(quan)球變(bian)暖問題；
（4）可燃冰(bing)--存在于海(hai)底(di)和高寒地區的天然氣水(shui)化合物是人類未來的主要能(neng)源，它是為分布式能(neng)源系統提供燃料的重要途徑；
（5）煤地(di)(di)下(xia)氣(qi)化(hua)--中國目前(qian)有100億噸以上的煤炭資源(yuan)在開發過程中被遺棄在地(di)(di)下(xia)，如何利用可控地(di)(di)下(xia)氣(qi)化(hua)技術(shu)將其變為(wei)氣(qi)體燃(ran)料回收利用是中國煤炭工(gong)業的重要課題(ti)；
（6）地熱--利(li)用(yong)和開發地熱資源(yuan)，將地下(xia)低品位(wei)熱能(neng)轉(zhuan)換為(wei)高(gao)品位(wei)的電能(neng)或(huo)冷能(neng)是(shi)技術的關鍵；
（7）深(shen)層海(hai)水冷能--利(li)用(yong)沿海(hai)深(shen)層海(hai)水的低溫資源，解決(jue)沿海(hai)城市的制冷問(wen)題(ti)，；
（8）水能--利(li)用水利(li)資源，特別(bie)是小型水電設施解(jie)決農村(cun)以水代柴(chai)，保護植被；
（9）沼氣--利用(yong)城市垃(la)圾、農村廢棄物(wu)資(zi)源等進行發(fa)電或熱(re)電聯(lian)產，減(jian)少溫室氣體排放，資(zi)源綜合利用(yong)水平；
（10）甲(jia)醇(chun)(chun)--利(li)用(yong)煤等礦物(wu)資源生產甲(jia)醇(chun)(chun)，以(yi)代替石油。甲(jia)醇(chun)(chun)可以(yi)滿足(zu)燃料電池對氫的需要(yao)；
（11）乙(yi)醇(chun)(chun)--利用(yong)(yong)植物(wu)資源生(sheng)產乙(yi)醇(chun)(chun)，以代替石(shi)油和(he)其(qi)他礦物(wu)燃(ran)料(liao)，乙(yi)醇(chun)(chun)可(ke)(ke)以作為燃(ran)料(liao)直接(jie)使用(yong)(yong)，也可(ke)(ke)以作為燃(ran)料(liao)電池的氫分(fen)離的原料(liao)；
（12）氫(qing)--對于氫(qing)的利用(yong)將(jiang)決(jue)定人類(lei)的未來(lai)，如何從水中低成本地重整(zheng)氫(qing)氣(qi)將(jiang)是(shi)技術的關鍵；
（13）壓(ya)縮(suo)空氣--利用低(di)估電力(li)或(huo)其(qi)他能源(yuan)生產(chan)高壓(ya)空氣，作為汽車和其(qi)他動(dong)力(li)設(she)備(bei)，以及(ji)分布式能源(yuan)的動(dong)力(li)源(yuan)，主要解決(jue)高增壓(ya)比壓(ya)縮(suo)技術、設(she)備(bei)小(xiao)型化、材(cai)料和效率等問題。
智能控制與群(qun)控優(you)化技術(shu)：
（1）分布式能(neng)源機組和系(xi)統自(zi)身的智能(neng)化控制--解(jie)決(jue)設備“無人職守”問題，能(neng)夠根據需求進行調節(jie)，自(zi)動(dong)跟蹤電、熱、冷負荷；
（2）分(fen)布式能源與載體(ti)的信息(xi)互動--解決(jue)分(fen)布式能源系統成(cheng)(cheng)為智(zhi)能化(hua)建筑的一個(ge)組成(cheng)(cheng)部分(fen)，與建筑系統的需求(qiu)進行優化(hua)整合，建筑的能源可靠性(xing)(xing)和節能性(xing)(xing)；
（3）分布(bu)式能源機組(zu)的(de)(de)聯合(he)控(kong)制--分布(bu)式能源采用模塊化組(zu)合(he)設計，需要(yao)對模塊組(zu)合(he)聯合(he)控(kong)制，根據需求變化進行智能調節，決定每(mei)一模塊的(de)(de)運行狀(zhuang)態和(he)模塊之間的(de)(de)調節優化關(guan)系；
（4）遠程(cheng)(cheng)遙控(kong)--通過(guo)電話(hua)線(xian)、因特網、無線(xian)網絡(luo)和電源線(xian)對設備進行遠程(cheng)(cheng)監(jian)視控(kong)制(zhi)；
（5）群控優化--根(gen)據(ju)一(yi)個區域內各(ge)種用戶(hu)對于電力(li)、熱(re)力(li)、制(zhi)冷等需求(qiu)的(de)變化，以及燃料、氣溫變化趨勢、蓄能量(liang)庫(ku)存等等因素，優化控制(zhi)各(ge)個用戶(hu)的(de)分布式能源系(xi)統，以及公(gong)共能源系(xi)統，進行多系(xi)統容錯(cuo)優化，減少冗(rong)余，各(ge)系(xi)統的(de)需求(qiu)適應性；
（6）智(zhi)能(neng)電(dian)網技術--必須建立電(dian)網信息(xi)化管理系統。
（7）信息化(hua)計(ji)量與(yu)結算(suan)(suan)系統(tong)--建(jian)立網(wang)絡化(hua)能源系統(tong)的(de)各(ge)種(zhong)能源產品(pin)和(he)(he)各(ge)個用戶與(yu)分布(bu)式能源設施擁(yong)有(you)者(zhe)之間(jian)、各(ge)時段間(jian)根據預約定價(jia)進行計(ji)量和(he)(he)結算(suan)(suan)的(de)智能系統(tong)；
（8）自動(dong)信(xin)息(xi)發布(bu)系(xi)統--對(dui)于用(yong)(yong)(yong)(yong)戶(hu)與臨近用(yong)(yong)(yong)(yong)戶(hu)能源(yuan)使用(yong)(yong)(yong)(yong)狀(zhuang)態、用(yong)(yong)(yong)(yong)戶(hu)與臨近用(yong)(yong)(yong)(yong)戶(hu)的分(fen)布(bu)式能源(yuan)系(xi)統伺服狀(zhuang)態、以(yi)及(ji)燃料(liao)系(xi)統和公共能源(yuan)供應(ying)系(xi)統的運行狀(zhuang)態信(xin)息(xi)進行發布(bu)，以(yi)便智能化建筑、用(yong)(yong)(yong)(yong)戶(hu)能源(yuan)管理系(xi)統、分(fen)布(bu)式能源(yuan)設施、儲(chu)能設施、設備運行服務機構(gou)、以(yi)及(ji)燃料(liao)供應(ying)者和公共電網(wang)能夠根據每一信(xin)息(xi)源(yuan)所(suo)發布(bu)的實時(shi)信(xin)息(xi)進行狀(zhuang)態優化調整，實現(xian)資源(yuan)共享(xiang)。
綜合系統優(you)化技術：
（1）多種(zhong)能(neng)(neng)源系統(tong)(tong)整合(he)(he)優(you)(you)化(hua)(hua)(hua)--將(jiang)各種(zhong)不同的能(neng)(neng)源系統(tong)(tong)進(jin)行聯(lian)合(he)(he)優(you)(you)化(hua)(hua)(hua)，例如：將(jiang)分(fen)布(bu)(bu)式能(neng)(neng)源與(yu)傳統(tong)(tong)能(neng)(neng)源系統(tong)(tong)整合(he)(he)后，進(jin)行聯(lian)合(he)(he)優(you)(you)化(hua)(hua)(hua)；或者，將(jiang)分(fen)布(bu)(bu)式能(neng)(neng)源系統(tong)(tong)與(yu)冰(bing)蓄(xu)冷系統(tong)(tong)整合(he)(he)并進(jin)行聯(lian)合(he)(he)再優(you)(you)化(hua)(hua)(hua)，將(jiang)微型燃氣(qi)輪機與(yu)熱(re)泵系統(tong)(tong)整合(he)(he)優(you)(you)化(hua)(hua)(hua)，以及(ji)太陽能(neng)(neng)與(yu)分(fen)布(bu)(bu)式系統(tong)(tong)的優(you)(you)化(hua)(hua)(hua)整合(he)(he)等等，達(da)到取長補短(duan)的目的，發揮各個系統(tong)(tong)的綜合(he)(he)優(you)(you)勢；
（2）將分(fen)布式能源與(yu)交通(tong)系統(tong)整合優化(hua)--利用低谷電(dian)(dian)力為電(dian)(dian)動汽車蓄(xu)電(dian)(dian)或燃(ran)料電(dian)(dian)池汽車儲氫(qing)等(deng)，將燃(ran)料電(dian)(dian)池和混合動力汽車作為電(dian)(dian)源形成隨著人流移動的電(dian)(dian)源和供水(shui)系統(tong)。實(shi)現(xian)節(jie)約投(tou)資經(jing)費；
（3）分(fen)布式能源(yuan)(yuan)系統電網接入(ru)研究--解決分(fen)布式能源(yuan)(yuan)與現有電網設施的(de)兼容、整合等問(wen)題；
（4）蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)技(ji)術--通(tong)過蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)技(ji)術的(de)開發(fa)應用，解決能(neng)(neng)源(yuan)的(de)延時性調節問題，能(neng)(neng)源(yuan)系統的(de)容錯能(neng)(neng)力，其(qi)中(zhong)包(bao)(bao)括(kuo)蓄(xu)(xu)(xu)(xu)電、蓄(xu)(xu)(xu)(xu)熱、蓄(xu)(xu)(xu)(xu)冷和(he)蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)四個技(ji)術方向。蓄(xu)(xu)(xu)(xu)電包(bao)(bao)括(kuo)化學蓄(xu)(xu)(xu)(xu)電：電池；物(wu)理蓄(xu)(xu)(xu)(xu)電：飛(fei)輪和(he)水(shui)能(neng)(neng)、氣能(neng)(neng)。蓄(xu)(xu)(xu)(xu)熱包(bao)(bao)括(kuo)項(xiang)變(bian)蓄(xu)(xu)(xu)(xu)熱、熱水(shui)、熱油(you)和(he)蒸汽等(deng)多種形式。蓄(xu)(xu)(xu)(xu)冷：冰和(he)水(shui)。蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)包(bao)(bao)括(kuo)物(wu)理蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)：機械蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)、水(shui)蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)、以及記憶金(jin)屬(shu)蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)等(deng)多種方式；
（5）地源(yuan)蓄(xu)能技術--利用地下水(shui)和土壤將(jiang)冬季的冷和夏季的熱蓄(xu)能儲(chu)存，進(jin)行(xing)季節(jie)性調節(jie)使用，結合熱泵技術進(jin)行(xing)直接利用，減少城市熱島效應；
（6）網絡式(shi)能源(yuan)(yuan)系統--互(hu)聯網式(shi)的分布式(shi)能源(yuan)(yuan)梯級(ji)利用(yong)系統是(shi)未來能源(yuan)(yuan)工業的重要(yao)形態。 資源(yuan)(yuan)深度利用(yong)技術：
（1）天然(ran)(ran)氣凝(ning)結(jie)(jie)水技(ji)術--利(li)用天然(ran)(ran)氣燃燒后的(de)化學反應結(jie)(jie)果回收水，解(jie)決部分(fen)城市水資(zi)源緊缺問題；
（2）將分布(bu)式(shi)能源(yuan)與大棚結合(he)的技(ji)術--將分布(bu)式(shi)能源(yuan)系統發電(dian)設(she)備排(pai)除的余(yu)熱(re)、二(er)氧化碳和(he)水蒸汽(qi)注入大棚，作為氣體肥料(liao)和(he)熱(re)源(yuan)，解決城市綠化和(he)蔬果供應，同時減少溫室氣體和(he)其他污染物(wu)排(pai)放問(wen)題；
（3）利(li)用(yong)發電制冷的(de)冷卻水(shui)生產生活(huo)熱(re)水(shui)的(de)技術(shu)--利(li)用(yong)熱(re)泵的(de)技術(shu)，將低品位(wei)熱(re)源轉換為較高(gao)品位(wei)的(de)生活(huo)熱(re)水(shui)，減少能(neng)源消耗；
（4）空調(diao)系統(tong)廢熱回收技(ji)術--發展全(quan)新風(feng)空調(diao)系統(tong)中有效利用(yong)回風(feng)中的(de)余熱和余冷，減(jian)少能耗(hao)；
（5）污水水源熱泵系(xi)統--利用生(sheng)活污水中的熱量；
（6）小型生(sheng)物質沼(zhao)氣生(sheng)產技術(shu)--利用民用設施(shi)污水(shui)、垃圾(ji)和大棚廢棄生(sheng)物質就地生(sheng)產沼(zhao)氣的技術(shu)。
未來20年中國能源技(ji)術發展方(fang)向——分(fen)布式能源及相關(guan)技(ji)術
