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年中國能源(yuan)技術發(fa)展方(fang)向——分(fen)布式能源(yuan)及(ji)相(xiang)關(guan)技術
所謂“分(fen)布(bu)式(shi)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)”是指(zhi)分(fen)布(bu)在(zai)(zai)用(yong)戶端的(de)(de)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)綜(zong)合利(li)用(yong)系(xi)統(tong)。一次(ci)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)以(yi)氣體燃料為(wei)主，可再生能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)為(wei)輔，利(li)用(yong)一切(qie)可以(yi)利(li)用(yong)的(de)(de)資源(yuan)(yuan)；二次(ci)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)以(yi)分(fen)布(bu)在(zai)(zai)用(yong)戶端的(de)(de)熱電冷(leng)（植）聯產(chan)為(wei)主，其他能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)供(gong)應(ying)系(xi)統(tong)為(wei)輔，實現(xian)(xian)以(yi)直接滿足用(yong)戶多種需求的(de)(de)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)梯級利(li)用(yong)，并通(tong)過(guo)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)供(gong)應(ying)系(xi)統(tong)提供(gong)支持和(he)補充；在(zai)(zai)環(huan)境保(bao)護(hu)上(shang)，將部分(fen)污染分(fen)散化、資源(yuan)(yuan)化，爭取(qu)實現(xian)(xian)適度排(pai)放的(de)(de)目標；在(zai)(zai)管(guan)理體系(xi)上(shang)，依托智能(neng)(neng)(neng)信息(xi)化技術(shu)實現(xian)(xian)現(xian)(xian)場無(wu)人職守(shou)，通(tong)過(guo)社會化服務體系(xi)提供(gong)設計、安(an)裝、運行、維修一體化保(bao)障。 分(fen)布(bu)式(shi)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)技術(shu)的(de)(de)基礎科學主要在(zai)(zai)以(yi)下幾個(ge)方面：
1、動力與能源轉換設(she)備；
2、一次和二次能源相關技術；
3、智能控制與群控優化技(ji)術(shu)；
4、綜(zong)合系統優化技(ji)術；
5、資源深度利用技術。
動力與能源轉換設(she)備：
主要(yao)是指一些基于(yu)傳統技術(shu)的(de)完善和新技術(shu)的(de)發展。
（1）小型燃(ran)氣(qi)輪機--在(zai)(zai)小型航空渦輪發動(dong)機技(ji)術的(de)(de)(de)基礎上，實現(xian)地面發電(dian)和(he)供(gong)熱的(de)(de)(de)聯(lian)產技(ji)術。目前中國在(zai)(zai)這一技(ji)術上已(yi)經可(ke)以開(kai)發相應(ying)產品，主要(yao)的(de)(de)(de)問題是需要(yao)設備(bei)的(de)(de)(de)能源轉換(huan)效率，可(ke)靠性，延長設備(bei)檢修周期，設備(bei)的(de)(de)(de)自動(dong)智能控(kong)制水平(ping)；
（2）微(wei)型燃氣(qi)輪機(ji)--這(zhe)是基于汽車發(fa)動機(ji)增(zeng)壓渦輪技術(shu)(shu)(shu)的延伸，關鍵技術(shu)(shu)(shu)在于精密鑄造(zao)和燒結金屬陶瓷轉子(zi)，空氣(qi)或磁懸浮(fu)軸承，回熱利(li)用(yong)技術(shu)(shu)(shu)，永磁發(fa)電技術(shu)(shu)(shu)，可(ke)控(kong)硅變頻(pin)控(kong)制(zhi)技術(shu)(shu)(shu)等。由于技術(shu)(shu)(shu)層次并不高，其中許多項目已(yi)經有專家在研究(jiu)，只要真正重視。
（3）燃(ran)氣內燃(ran)機(ji)--內燃(ran)機(ji)技(ji)術對于(yu)中(zhong)國已經成熟，但是燃(ran)氣內燃(ran)機(ji)的制造水(shui)平與國際(ji)先進設備還(huan)存在比較大的差距，主要是轉換效率(lv)、排放(fang)控(kong)制、電子控(kong)制和設備大修周(zhou)期(qi)等，此外(wai)，國外(wai)正在發展的預燃(ran)、回熱、增壓渦輪(lun)技(ji)術，以及(ji)電子變頻等技(ji)術，都是發展的重要方向(xiang)；
（4）斯(si)特林發動(dong)(dong)機--外燃式斯(si)特林技術中國已經(jing)有了比較(jiao)大的突破(po)，上海711所(suo)已經(jing)可以(yi)生產該技術的產品，目前主要(yao)是(shi)設備可靠(kao)性和(he)發電效率，以(yi)及(ji)自動(dong)(dong)化(hua)控制水平；
（5）燃料(liao)電池(chi)--該技(ji)術(shu)有質子交換(huan)膜、固體氧化物、熔(rong)融(rong)硅酸(suan)鹽(yan)和氫(qing)氧重整等多種技(ji)術(shu)方式(shi)，該技(ji)術(shu)應用極為廣泛，污染極小，而(er)且可以同燃氣輪機(ji)技(ji)術(shu)整合，發電效率將可能(neng)達到80%，是未來(lai)有發展價值的技(ji)術(shu)；
（6）微(wei)型(xing)蒸汽(qi)輪機--蒸汽(qi)輪機是(shi)傳統的(de)技術，但是(shi)利(li)(li)用一部噪音小、振動小、運行方便可靠的(de)小型(xing)蒸汽(qi)輪機代(dai)替(ti)熱交(jiao)換(huan)(huan)器，將(jiang)其中一部分能(neng)(neng)量(liang)轉換(huan)(huan)為價值較高的(de)電能(neng)(neng)，或者利(li)(li)用蒸汽(qi)管網中較低品位的(de)蒸汽(qi)為制冰機組(zu)提供低溫冷能(neng)(neng)，可以更(geng)好地利(li)(li)用蒸汽(qi)中的(de)能(neng)(neng)量(liang)；
（7）微型(xing)水(shui)(shui)輪機(ji)和微型(xing)抽水(shui)(shui)蓄(xu)能(neng)(neng)電(dian)(dian)站--小型(xing)、微型(xing)水(shui)(shui)輪機(ji)組不僅可(ke)以在有水(shui)(shui)位落差的地方使用(yong)，而且(qie)可(ke)以廣泛(fan)利用(yong)在分布式能(neng)(neng)源項(xiang)目上(shang)。利用(yong)自來水(shui)(shui)管網(wang)的水(shui)(shui)能(neng)(neng)壓力(li)，或者建(jian)筑物(wu)可(ke)能(neng)(neng)產生的落差進(jin)行發(fa)電(dian)(dian)，并在用(yong)電(dian)(dian)低(di)谷進(jin)行抽水(shui)(shui)蓄(xu)能(neng)(neng)，新型(xing)的微型(xing)水(shui)(shui)輪發(fa)電(dian)(dian)機(ji)組將何以采用(yong)電(dian)(dian)子變(bian)頻控制技(ji)術，調(diao)整(zheng)電(dian)(dian)能(neng)(neng)品質；
（8）太陽(yang)(yang)能發電(dian)(dian)(dian)和(he)太陽(yang)(yang)熱發電(dian)(dian)(dian)--利用太陽(yang)(yang)能量的發電(dian)(dian)(dian)技(ji)術(shu)，將太陽(yang)(yang)熱發電(dian)(dian)(dian)與沼氣利用整(zheng)合(he)，將光(guang)伏電(dian)(dian)(dian)池與建(jian)筑(zhu)材料整(zheng)合(he)，利用光(guang)導纖維與照(zhao)明(ming)技(ji)術(shu)整(zheng)合(he)等等；
（9）風(feng)能--風(feng)力(li)發(fa)(fa)電是(shi)能源(yuan)發(fa)(fa)展的一個重(zhong)要方(fang)向，在大(da)(da)型(xing)(xing)風(feng)場大(da)(da)量利用大(da)(da)型(xing)(xing)風(feng)機發(fa)(fa)電將何以(yi)代替現有(you)的火力(li)發(fa)(fa)電系(xi)統(tong)，但是(shi)對于居住分散的用戶小(xiao)型(xing)(xing)的風(feng)力(li)發(fa)(fa)電系(xi)統(tong)更加(jia)具有(you)普及意義(yi)，小(xiao)型(xing)(xing)風(feng)力(li)發(fa)(fa)電系(xi)統(tong)主要需(xu)要解(jie)決的是(shi)成本、可靠性和蓄能問題；
（10）余(yu)熱(re)制(zhi)冷系(xi)統(tong)--利用動(dong)力機產生(sheng)的余(yu)熱(re)供熱(re)制(zhi)冷是分布(bu)式熱(re)電(dian)冷三聯(lian)供系(xi)統(tong)的重要環(huan)節(jie)，尤其是制(zhi)冷，可(ke)以(yi)采用吸收式制(zhi)冷，也(ye)可(ke)以(yi)采用吸附式，以(yi)及余(yu)熱(re)--動(dong)力轉換--低溫制(zhi)冷等技(ji)術，這些技(ji)術均比較成熟(shu)，關鍵是系(xi)統(tong)的集成率，以(yi)及造價等問題；
與分(fen)布式能源系統相關(guan)的一(yi)次(ci)和二次(ci)能源相關(guan)技術：
（1）天然(ran)氣系統的優化利(li)用，以及管道輸送技術；
（2）液(ye)(ye)化天(tian)(tian)然氣(qi)(qi)的(de)生(sheng)(sheng)產(chan)和(he)利(li)(li)用(yong)--分散化的(de)液(ye)(ye)化天(tian)(tian)然氣(qi)(qi)生(sheng)(sheng)產(chan)技術可(ke)以利(li)(li)用(yong)石油開采中(zhong)的(de)伴生(sheng)(sheng)氣(qi)(qi)資源，減少溫室(shi)氣(qi)(qi)體排放，資源的(de)綜合利(li)(li)用(yong)率，液(ye)(ye)化天(tian)(tian)然氣(qi)(qi)利(li)(li)用(yong)中(zhong)對于冷能的(de)有效利(li)(li)用(yong)可(ke)以有效節能等等，在液(ye)(ye)化天(tian)(tian)然氣(qi)(qi)利(li)(li)用(yong)中(zhong)，將產(chan)生(sheng)(sheng)大量的(de)新課題；
（3）煤(mei)(mei)層(ceng)(ceng)氣和礦(kuang)井(jing)瓦(wa)(wa)斯利用(yong)，可能有(you)(you)60%以(yi)上的礦(kuang)工(gong)是死(si)在中國的礦(kuang)井(jing)里，而瓦(wa)(wa)斯爆炸是元兇之一(yi)，減(jian)少(shao)礦(kuang)工(gong)死(si)亡和煤(mei)(mei)層(ceng)(ceng)氣和礦(kuang)井(jing)瓦(wa)(wa)斯資源的利用(yong)有(you)(you)著密切(qie)關聯，利用(yong)煤(mei)(mei)層(ceng)(ceng)氣和礦(kuang)井(jing)瓦(wa)(wa)斯發(fa)電等技(ji)術(shu)不僅可以(yi)挽救無數(shu)礦(kuang)工(gong)的生命(ming)，還(huan)能有(you)(you)效減(jian)少(shao)溫室氣體(ti)排放，緩解全球變暖問題；
（4）可(ke)燃冰(bing)--存在于(yu)海底(di)和(he)高寒地區(qu)的天然(ran)氣水化合物是(shi)人類未(wei)來的主要(yao)能源，它是(shi)為分(fen)布式能源系統提供燃料的重要(yao)途(tu)徑；
（5）煤(mei)地下(xia)氣化--中國目前有100億噸以(yi)上的煤(mei)炭(tan)資源(yuan)在開發過程(cheng)中被遺棄(qi)在地下(xia)，如何利用(yong)可(ke)控地下(xia)氣化技術將其變為氣體燃料回收利用(yong)是中國煤(mei)炭(tan)工業的重(zhong)要課題；
（6）地熱(re)--利用和開發地熱(re)資源(yuan)，將地下低品位(wei)熱(re)能(neng)轉換為(wei)高品位(wei)的電能(neng)或(huo)冷(leng)能(neng)是技術(shu)的關鍵；
（7）深層(ceng)海(hai)(hai)水冷(leng)能--利(li)用沿(yan)海(hai)(hai)深層(ceng)海(hai)(hai)水的低(di)溫資源，解(jie)決沿(yan)海(hai)(hai)城市的制冷(leng)問題，；
（8）水(shui)能(neng)--利用水(shui)利資源(yuan)，特別是小型水(shui)電設施(shi)解決農村以水(shui)代(dai)柴，保護植被；
（9）沼氣(qi)--利用城市垃圾、農村(cun)廢(fei)棄物(wu)資源(yuan)等進行發電或熱電聯產，減少溫室氣(qi)體排(pai)放(fang)，資源(yuan)綜合利用水平(ping)；
（10）甲(jia)醇--利用煤(mei)等礦物資源生產(chan)甲(jia)醇，以代替石油。甲(jia)醇可(ke)以滿(man)足(zu)燃料電池對氫的(de)需要；
（11）乙醇--利用植物資源生(sheng)產乙醇，以代替石油和其他礦(kuang)物燃(ran)(ran)(ran)料，乙醇可以作為(wei)燃(ran)(ran)(ran)料直接使用，也可以作為(wei)燃(ran)(ran)(ran)料電池的(de)(de)氫(qing)分離的(de)(de)原料；
（12）氫--對于氫的利用(yong)將決定人類的未來，如何從水中低成(cheng)本地重(zhong)整氫氣將是技術的關鍵(jian)；
（13）壓(ya)縮空氣--利用低估(gu)電力或其他(ta)能源生產高壓(ya)空氣，作為汽車和其他(ta)動(dong)力設(she)備(bei)，以及分布式能源的動(dong)力源，主要解決高增壓(ya)比壓(ya)縮技(ji)術、設(she)備(bei)小(xiao)型化、材料和效率等(deng)問題。
智(zhi)能(neng)控(kong)制與(yu)群控(kong)優化技術(shu)：
（1）分布式能(neng)源機(ji)組和系統自身的智能(neng)化控制--解決設備“無(wu)人職守”問題，能(neng)夠根據需求進行調節，自動跟(gen)蹤電、熱、冷負荷；
（2）分布(bu)式能源(yuan)與載體的(de)信息(xi)互動--解決分布(bu)式能源(yuan)系統成(cheng)為智能化(hua)建筑(zhu)的(de)一個組成(cheng)部分，與建筑(zhu)系統的(de)需求進行優化(hua)整合(he)，建筑(zhu)的(de)能源(yuan)可(ke)靠性和節能性；
（3）分(fen)布式能源(yuan)機組(zu)的聯合(he)控制(zhi)--分(fen)布式能源(yuan)采用模塊化(hua)(hua)組(zu)合(he)設計，需(xu)要對模塊組(zu)合(he)聯合(he)控制(zhi)，根據需(xu)求變化(hua)(hua)進(jin)行(xing)智能調(diao)節(jie)，決定每(mei)一(yi)模塊的運行(xing)狀(zhuang)態(tai)和模塊之(zhi)間的調(diao)節(jie)優化(hua)(hua)關系；
（4）遠(yuan)程遙控--通過電話線、因特網、無線網絡和電源線對設備(bei)進行遠(yuan)程監視控制(zhi)；
（5）群控(kong)優化(hua)--根(gen)據一個(ge)區域內各種用戶對于電力、熱(re)力、制冷等需求的變(bian)化(hua)，以(yi)及燃料(liao)、氣溫變(bian)化(hua)趨勢、蓄能量(liang)庫存(cun)等等因素，優化(hua)控(kong)制各個(ge)用戶的分布式能源系(xi)統(tong)，以(yi)及公共能源系(xi)統(tong)，進行(xing)多系(xi)統(tong)容錯(cuo)優化(hua)，減少冗余，各系(xi)統(tong)的需求適應性；
（6）智能電(dian)網技(ji)術(shu)--必須(xu)建立電(dian)網信息化管理系(xi)統。
（7）信息化計量與(yu)結算系(xi)統(tong)(tong)--建(jian)立(li)網絡化能源系(xi)統(tong)(tong)的(de)各(ge)種(zhong)能源產品(pin)和各(ge)個用戶與(yu)分布式能源設施擁有者之間、各(ge)時段間根據預約定價進行計量和結算的(de)智(zhi)能系(xi)統(tong)(tong)；
（8）自動(dong)信(xin)(xin)息發布(bu)(bu)系統(tong)(tong)(tong)--對于(yu)用(yong)(yong)(yong)戶(hu)與(yu)臨近用(yong)(yong)(yong)戶(hu)能(neng)(neng)源(yuan)使用(yong)(yong)(yong)狀態、用(yong)(yong)(yong)戶(hu)與(yu)臨近用(yong)(yong)(yong)戶(hu)的分布(bu)(bu)式(shi)能(neng)(neng)源(yuan)系統(tong)(tong)(tong)伺服狀態、以及燃料(liao)系統(tong)(tong)(tong)和公共能(neng)(neng)源(yuan)供應系統(tong)(tong)(tong)的運行狀態信(xin)(xin)息進行發布(bu)(bu)，以便(bian)智能(neng)(neng)化建筑、用(yong)(yong)(yong)戶(hu)能(neng)(neng)源(yuan)管理系統(tong)(tong)(tong)、分布(bu)(bu)式(shi)能(neng)(neng)源(yuan)設施、儲能(neng)(neng)設施、設備運行服務機構、以及燃料(liao)供應者和公共電(dian)網能(neng)(neng)夠根據每一信(xin)(xin)息源(yuan)所發布(bu)(bu)的實時信(xin)(xin)息進行狀態優(you)化調整，實現(xian)資源(yuan)共享。
綜合(he)系統(tong)優化技術：
（1）多種能源(yuan)系(xi)(xi)統(tong)整(zheng)合優(you)(you)化(hua)--將(jiang)(jiang)各種不同的(de)能源(yuan)系(xi)(xi)統(tong)進(jin)行聯(lian)(lian)合優(you)(you)化(hua)，例如(ru)：將(jiang)(jiang)分(fen)布式能源(yuan)與(yu)(yu)傳統(tong)能源(yuan)系(xi)(xi)統(tong)整(zheng)合后，進(jin)行聯(lian)(lian)合優(you)(you)化(hua)；或(huo)者，將(jiang)(jiang)分(fen)布式能源(yuan)系(xi)(xi)統(tong)與(yu)(yu)冰蓄(xu)冷系(xi)(xi)統(tong)整(zheng)合并進(jin)行聯(lian)(lian)合再優(you)(you)化(hua)，將(jiang)(jiang)微型燃氣輪機與(yu)(yu)熱泵系(xi)(xi)統(tong)整(zheng)合優(you)(you)化(hua)，以及太陽能與(yu)(yu)分(fen)布式系(xi)(xi)統(tong)的(de)優(you)(you)化(hua)整(zheng)合等(deng)等(deng)，達到(dao)取長補短的(de)目(mu)的(de)，發(fa)揮各個系(xi)(xi)統(tong)的(de)綜合優(you)(you)勢；
（2）將(jiang)分布式能源(yuan)與交通系統整合(he)優化--利(li)用(yong)低(di)谷電力為電動汽(qi)車蓄電或燃(ran)料電池(chi)(chi)汽(qi)車儲(chu)氫等(deng)，將(jiang)燃(ran)料電池(chi)(chi)和(he)混合(he)動力汽(qi)車作為電源(yuan)形(xing)成隨著(zhu)人流移動的電源(yuan)和(he)供水(shui)系統。實現節約投資經費；
（3）分布式(shi)能源系統(tong)電網接入研究(jiu)--解(jie)決分布式(shi)能源與現有電網設施的兼容(rong)、整(zheng)合等問題；
（4）蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)技術--通過蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)技術的開發應用，解(jie)決能(neng)(neng)(neng)源的延時性調(diao)節問題，能(neng)(neng)(neng)源系(xi)統的容錯能(neng)(neng)(neng)力(li)，其中包括蓄(xu)(xu)(xu)(xu)電(dian)(dian)、蓄(xu)(xu)(xu)(xu)熱(re)、蓄(xu)(xu)(xu)(xu)冷(leng)和(he)(he)蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)四(si)個技術方向。蓄(xu)(xu)(xu)(xu)電(dian)(dian)包括化學蓄(xu)(xu)(xu)(xu)電(dian)(dian)：電(dian)(dian)池；物(wu)(wu)理蓄(xu)(xu)(xu)(xu)電(dian)(dian)：飛輪和(he)(he)水(shui)(shui)能(neng)(neng)(neng)、氣能(neng)(neng)(neng)。蓄(xu)(xu)(xu)(xu)熱(re)包括項(xiang)變蓄(xu)(xu)(xu)(xu)熱(re)、熱(re)水(shui)(shui)、熱(re)油和(he)(he)蒸汽等多種形式(shi)。蓄(xu)(xu)(xu)(xu)冷(leng)：冰和(he)(he)水(shui)(shui)。蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)包括物(wu)(wu)理蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)：機械蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)、水(shui)(shui)蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)、以及(ji)記(ji)憶金屬蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)等多種方式(shi)；
（5）地源蓄能技術--利用地下水和土壤將冬季(ji)的冷和夏季(ji)的熱(re)蓄能儲存，進行季(ji)節(jie)性調節(jie)使用，結合(he)熱(re)泵技術進行直接(jie)利用，減少城(cheng)市熱(re)島效應；
（6）網(wang)(wang)絡式能(neng)源(yuan)系(xi)統--互聯網(wang)(wang)式的分布式能(neng)源(yuan)梯級利用系(xi)統是未來(lai)能(neng)源(yuan)工(gong)業的重要形(xing)態。 資源(yuan)深度利用技術：
（1）天然(ran)氣(qi)凝結(jie)水(shui)技術--利(li)用天然(ran)氣(qi)燃(ran)燒后的化學反應結(jie)果回(hui)收水(shui)，解決部分城市水(shui)資源緊缺問題；
（2）將(jiang)分布式能源(yuan)與大(da)(da)棚(peng)結合(he)的技術--將(jiang)分布式能源(yuan)系統發(fa)電(dian)設備排除(chu)的余熱(re)、二氧(yang)化碳和水蒸汽注入大(da)(da)棚(peng)，作為氣體肥料(liao)和熱(re)源(yuan)，解決城市綠化和蔬果供應，同時減少溫室氣體和其他污染物排放問題(ti)；
（3）利用發電制(zhi)冷的冷卻(que)水生產生活熱(re)(re)(re)水的技術--利用熱(re)(re)(re)泵的技術，將低(di)品(pin)位熱(re)(re)(re)源轉換為較高品(pin)位的生活熱(re)(re)(re)水，減少能源消耗(hao)；
（4）空(kong)調系統廢熱回(hui)收技術--發展(zhan)全新風空(kong)調系統中有效利用回(hui)風中的(de)余(yu)熱和(he)余(yu)冷，減少能耗；
（5）污水(shui)水(shui)源熱泵系統(tong)--利用生(sheng)活污水(shui)中的熱量；
（6）小型生(sheng)物質沼氣(qi)生(sheng)產技(ji)術--利用(yong)民用(yong)設(she)施污水、垃圾和大棚廢棄生(sheng)物質就地生(sheng)產沼氣(qi)的技(ji)術。
未來20年中(zhong)國能(neng)源(yuan)技術發(fa)展方向——分布式能(neng)源(yuan)及相(xiang)關技術
