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：2022-7-8
瀏覽(lan)量924
未來20年中國能(neng)源(yuan)技(ji)術(shu)發展方向——分布式能(neng)源(yuan)及相關技(ji)術(shu)
所謂(wei)“分布(bu)式能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)”是指分布(bu)在用(yong)戶端(duan)的(de)(de)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)綜合(he)利(li)用(yong)系統(tong)。一次能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)以(yi)(yi)(yi)氣(qi)體燃料(liao)為主，可(ke)再生能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)為輔，利(li)用(yong)一切可(ke)以(yi)(yi)(yi)利(li)用(yong)的(de)(de)資源(yuan)(yuan)；二(er)次能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)以(yi)(yi)(yi)分布(bu)在用(yong)戶端(duan)的(de)(de)熱電冷（植）聯產為主，其他能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)供(gong)(gong)應(ying)(ying)系統(tong)為輔，實現以(yi)(yi)(yi)直接(jie)滿足用(yong)戶多種需求的(de)(de)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)梯(ti)級利(li)用(yong)，并通過能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)供(gong)(gong)應(ying)(ying)系統(tong)提供(gong)(gong)支持和補(bu)充；在環境保護上，將(jiang)部分污染(ran)分散化(hua)、資源(yuan)(yuan)化(hua)，爭取實現適度排放的(de)(de)目標(biao)；在管理體系上，依托(tuo)智能(neng)(neng)信息(xi)化(hua)技(ji)術實現現場無人職守，通過社(she)會(hui)化(hua)服(fu)務體系提供(gong)(gong)設計、安裝、運行、維修一體化(hua)保障。 分布(bu)式能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)技(ji)術的(de)(de)基礎科(ke)學主要在以(yi)(yi)(yi)下幾個(ge)方面：
1、動力與(yu)能源轉(zhuan)換設備；
2、一次和二次能源相關技術(shu)；
3、智能控(kong)制與群控(kong)優化技術；
4、綜合系(xi)統優化(hua)技術；
5、資源深度利用技術。
動力與(yu)能源(yuan)轉換設(she)備：
主要是指一(yi)些基于傳統技(ji)術的完(wan)善和新技(ji)術的發展。
（1）小型(xing)燃(ran)氣輪機--在小型(xing)航(hang)空渦輪發動機技(ji)術的(de)基(ji)礎上(shang)，實現地面發電(dian)和供(gong)熱(re)的(de)聯產技(ji)術。目前中(zhong)國在這一技(ji)術上(shang)已經可以開發相應產品，主要的(de)問題是(shi)需要設備的(de)能源轉換效率，可靠性(xing)，延(yan)長(chang)設備檢修周期，設備的(de)自動智(zhi)能控制水平(ping)；
（2）微型燃氣(qi)(qi)輪機(ji)--這是基于汽車發動機(ji)增壓(ya)渦輪技(ji)術(shu)的延(yan)伸(shen)，關鍵(jian)技(ji)術(shu)在于精密鑄造和燒結金屬陶瓷(ci)轉子，空氣(qi)(qi)或磁(ci)懸浮軸承(cheng)，回熱利用技(ji)術(shu)，永磁(ci)發電技(ji)術(shu)，可(ke)控硅變頻(pin)控制(zhi)技(ji)術(shu)等。由(you)于技(ji)術(shu)層(ceng)次(ci)并不(bu)高(gao)，其中許多項(xiang)目已經(jing)有專家(jia)在研(yan)究，只要真(zhen)正(zheng)重視。
（3）燃氣內燃機(ji)--內燃機(ji)技(ji)術(shu)(shu)對(dui)于中國已經成熟，但是燃氣內燃機(ji)的(de)制(zhi)(zhi)造水平與(yu)國際先(xian)進設備還存(cun)在比較大的(de)差距，主(zhu)要(yao)是轉換效率、排放控制(zhi)(zhi)、電子控制(zhi)(zhi)和設備大修周期等(deng)，此外，國外正在發(fa)展的(de)預燃、回熱、增壓渦(wo)輪技(ji)術(shu)(shu)，以及電子變頻等(deng)技(ji)術(shu)(shu)，都是發(fa)展的(de)重要(yao)方向(xiang)；
（4）斯(si)特林發(fa)動機--外燃(ran)式(shi)斯(si)特林技(ji)術(shu)中國(guo)已(yi)經有(you)了比較大的(de)突破，上海(hai)711所已(yi)經可以(yi)生(sheng)產該技(ji)術(shu)的(de)產品，目(mu)前主(zhu)要是設備(bei)可靠(kao)性和(he)發(fa)電效率(lv)，以(yi)及(ji)自(zi)動化(hua)控制水平；
（5）燃料電(dian)池--該技術(shu)有(you)質子交換膜(mo)、固體氧化物、熔(rong)融硅(gui)酸鹽和氫氧重整等多種技術(shu)方式，該技術(shu)應用極為(wei)廣泛，污(wu)染極小，而且可以同燃氣輪機技術(shu)整合，發(fa)電(dian)效率將(jiang)可能達(da)到80%，是未來有(you)發(fa)展(zhan)價值的技術(shu)；
（6）微型蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)輪機(ji)--蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)輪機(ji)是傳統的技術，但是利(li)用(yong)一部噪音(yin)小(xiao)(xiao)、振(zhen)動小(xiao)(xiao)、運(yun)行方便(bian)可靠的小(xiao)(xiao)型蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)輪機(ji)代替熱交換器，將其中一部分能量轉換為(wei)(wei)價值較高的電能，或者(zhe)利(li)用(yong)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)管網中較低(di)(di)品位的蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)為(wei)(wei)制冰機(ji)組提供低(di)(di)溫冷能，可以更好地利(li)用(yong)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)中的能量；
（7）微型(xing)(xing)水(shui)輪機(ji)(ji)和微型(xing)(xing)抽水(shui)蓄能電(dian)站--小型(xing)(xing)、微型(xing)(xing)水(shui)輪機(ji)(ji)組不僅可以在(zai)有水(shui)位(wei)落差(cha)的(de)(de)地方(fang)使用(yong)(yong)，而且(qie)可以廣泛利用(yong)(yong)在(zai)分布式能源項目上(shang)。利用(yong)(yong)自來(lai)水(shui)管(guan)網的(de)(de)水(shui)能壓力，或(huo)者建筑物可能產生(sheng)的(de)(de)落差(cha)進行發電(dian)，并在(zai)用(yong)(yong)電(dian)低(di)谷進行抽水(shui)蓄能，新型(xing)(xing)的(de)(de)微型(xing)(xing)水(shui)輪發電(dian)機(ji)(ji)組將(jiang)何以采用(yong)(yong)電(dian)子(zi)變頻(pin)控制技(ji)術(shu)，調(diao)整電(dian)能品質；
（8）太陽能(neng)發電(dian)和太陽熱(re)發電(dian)--利(li)(li)用太陽能(neng)量的發電(dian)技術，將(jiang)太陽熱(re)發電(dian)與(yu)沼(zhao)氣利(li)(li)用整合，將(jiang)光(guang)伏(fu)電(dian)池與(yu)建筑(zhu)材料整合，利(li)(li)用光(guang)導纖維(wei)與(yu)照明技術整合等(deng)等(deng)；
（9）風(feng)(feng)(feng)能--風(feng)(feng)(feng)力(li)發(fa)(fa)電(dian)是(shi)能源發(fa)(fa)展(zhan)的(de)(de)(de)一個重要方(fang)向，在大(da)型風(feng)(feng)(feng)場大(da)量(liang)利用(yong)(yong)大(da)型風(feng)(feng)(feng)機發(fa)(fa)電(dian)將何以(yi)代替現有的(de)(de)(de)火力(li)發(fa)(fa)電(dian)系統(tong)，但是(shi)對于居(ju)住(zhu)分散的(de)(de)(de)用(yong)(yong)戶小型的(de)(de)(de)風(feng)(feng)(feng)力(li)發(fa)(fa)電(dian)系統(tong)更加具有普及意義，小型風(feng)(feng)(feng)力(li)發(fa)(fa)電(dian)系統(tong)主要需(xu)要解決的(de)(de)(de)是(shi)成本、可靠性(xing)和蓄能問題(ti)；
（10）余(yu)熱(re)(re)制冷系(xi)統(tong)--利用動力(li)機(ji)產生的(de)(de)(de)余(yu)熱(re)(re)供(gong)熱(re)(re)制冷是(shi)分布式熱(re)(re)電冷三聯(lian)供(gong)系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)重要環節，尤(you)其是(shi)制冷，可(ke)以采用吸收式制冷，也可(ke)以采用吸附式，以及(ji)余(yu)熱(re)(re)--動力(li)轉(zhuan)換--低溫制冷等(deng)技術(shu)，這些技術(shu)均比較(jiao)成熟，關鍵是(shi)系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)集成率，以及(ji)造價等(deng)問題；
與分(fen)布式能源系(xi)統相關的一次和二次能源相關技(ji)術(shu)：
（1）天然氣系統的優化利用，以及管(guan)道(dao)輸送技術；
（2）液化天(tian)(tian)然(ran)(ran)(ran)氣(qi)(qi)的(de)生產和利用(yong)--分(fen)散化的(de)液化天(tian)(tian)然(ran)(ran)(ran)氣(qi)(qi)生產技術(shu)可以(yi)利用(yong)石油(you)開采中的(de)伴生氣(qi)(qi)資源，減少溫室氣(qi)(qi)體排放(fang)，資源的(de)綜合(he)利用(yong)率(lv)，液化天(tian)(tian)然(ran)(ran)(ran)氣(qi)(qi)利用(yong)中對于(yu)冷能的(de)有效(xiao)利用(yong)可以(yi)有效(xiao)節能等等，在(zai)液化天(tian)(tian)然(ran)(ran)(ran)氣(qi)(qi)利用(yong)中，將產生大量的(de)新課題；
（3）煤(mei)層氣和礦(kuang)井(jing)瓦斯(si)(si)利用，可能有60%以上的(de)礦(kuang)工(gong)是(shi)死在(zai)中(zhong)國(guo)的(de)礦(kuang)井(jing)里，而瓦斯(si)(si)爆(bao)炸是(shi)元兇之一，減少(shao)礦(kuang)工(gong)死亡和煤(mei)層氣和礦(kuang)井(jing)瓦斯(si)(si)資源的(de)利用有著密切(qie)關聯，利用煤(mei)層氣和礦(kuang)井(jing)瓦斯(si)(si)發電(dian)等(deng)技術不僅(jin)可以挽(wan)救無數(shu)礦(kuang)工(gong)的(de)生(sheng)命，還能有效減少(shao)溫室(shi)氣體排放，緩解全球變暖問(wen)題；
（4）可燃冰--存在于海(hai)底和高寒地區的天然氣水(shui)化合(he)物是人(ren)類未來的主要能源(yuan)，它是為(wei)分布式(shi)能源(yuan)系(xi)統提供燃料的重要途徑；
（5）煤地下(xia)氣化--中(zhong)(zhong)(zhong)國目前有(you)100億噸以上的煤炭資源在(zai)開發過程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)被(bei)遺棄在(zai)地下(xia)，如何利(li)用可控地下(xia)氣化技(ji)術將其變為氣體燃料回收(shou)利(li)用是中(zhong)(zhong)(zhong)國煤炭工業的重(zhong)要課題；
（6）地熱--利用和開發地熱資源，將地下低品(pin)位熱能轉換為(wei)高(gao)品(pin)位的(de)電能或冷能是(shi)技術的(de)關鍵；
（7）深層海水冷能--利用沿海深層海水的低溫資(zi)源，解決(jue)沿海城市的制(zhi)冷問(wen)題，；
（8）水(shui)(shui)能--利(li)用(yong)水(shui)(shui)利(li)資源，特(te)別是小型水(shui)(shui)電設施(shi)解決農村以水(shui)(shui)代柴，保(bao)護植(zhi)被；
（9）沼氣--利用城(cheng)市垃圾、農村(cun)廢棄物資(zi)(zi)源等進行發電或(huo)熱(re)電聯(lian)產，減少溫室氣體排放，資(zi)(zi)源綜合利用水平；
（10）甲(jia)醇--利用煤等礦物資源生產甲(jia)醇，以(yi)代替石油。甲(jia)醇可(ke)以(yi)滿足燃料電池對(dui)氫(qing)的(de)需要；
（11）乙(yi)(yi)醇--利用植物資源生產(chan)乙(yi)(yi)醇，以(yi)代替石油和其他礦物燃(ran)(ran)料，乙(yi)(yi)醇可(ke)以(yi)作為(wei)燃(ran)(ran)料直接使用，也可(ke)以(yi)作為(wei)燃(ran)(ran)料電池的氫分離的原料；
（12）氫(qing)--對于氫(qing)的(de)利(li)用(yong)將(jiang)決(jue)定人類的(de)未來，如何從水中低成本地重整氫(qing)氣將(jiang)是技術的(de)關鍵(jian)；
（13）壓(ya)(ya)縮空氣--利(li)用(yong)低估(gu)電力(li)或其他能源生(sheng)產高壓(ya)(ya)空氣，作(zuo)為汽車和(he)其他動力(li)設備，以及(ji)分布式能源的動力(li)源，主(zhu)要解(jie)決(jue)高增(zeng)壓(ya)(ya)比壓(ya)(ya)縮技(ji)術、設備小型(xing)化、材料和(he)效率等問題。
智能(neng)控制(zhi)與群控優化技術(shu)：
（1）分布式能(neng)源機(ji)組和系(xi)統自(zi)身的智能(neng)化控制--解決設(she)備“無人職(zhi)守”問題，能(neng)夠根據需求進行調節，自(zi)動跟蹤電(dian)、熱、冷負(fu)荷；
（2）分布式能(neng)(neng)(neng)源(yuan)與(yu)載(zai)體的信息互動--解(jie)決分布式能(neng)(neng)(neng)源(yuan)系統成為智能(neng)(neng)(neng)化(hua)建筑(zhu)(zhu)的一個(ge)組成部(bu)分，與(yu)建筑(zhu)(zhu)系統的需求進行優化(hua)整合，建筑(zhu)(zhu)的能(neng)(neng)(neng)源(yuan)可靠性(xing)和節能(neng)(neng)(neng)性(xing)；
（3）分布(bu)式(shi)能源機組(zu)(zu)的(de)聯合(he)控制(zhi)--分布(bu)式(shi)能源采用(yong)模塊化組(zu)(zu)合(he)設計，需(xu)要對(dui)模塊組(zu)(zu)合(he)聯合(he)控制(zhi)，根據需(xu)求變化進行智能調(diao)節，決定每一模塊的(de)運行狀(zhuang)態(tai)和模塊之(zhi)間的(de)調(diao)節優(you)化關系；
（4）遠程遙控(kong)--通過電(dian)話線(xian)、因特網、無(wu)線(xian)網絡(luo)和電(dian)源線(xian)對設備進行遠程監視控(kong)制；
（5）群控優化--根據一個(ge)區域內各種(zhong)用(yong)戶對于電(dian)力(li)、熱力(li)、制冷等(deng)需(xu)求(qiu)的(de)變(bian)化，以及燃料、氣(qi)溫變(bian)化趨(qu)勢、蓄(xu)能(neng)量庫存等(deng)等(deng)因素(su)，優化控制各個(ge)用(yong)戶的(de)分布式能(neng)源系(xi)統(tong)，以及公共能(neng)源系(xi)統(tong)，進行多系(xi)統(tong)容錯優化，減少(shao)冗(rong)余，各系(xi)統(tong)的(de)需(xu)求(qiu)適(shi)應性；
（6）智(zhi)能(neng)電網(wang)技術--必須建立(li)電網(wang)信息化管理系統。
（7）信息化計(ji)量(liang)與結算(suan)系統(tong)--建立網絡(luo)化能源系統(tong)的各種能源產(chan)品和(he)(he)各個用(yong)戶與分布式(shi)能源設施擁有者之間、各時(shi)段(duan)間根(gen)據預約定價進行計(ji)量(liang)和(he)(he)結算(suan)的智能系統(tong)；
（8）自動信息(xi)(xi)(xi)發布(bu)系(xi)統(tong)(tong)--對于用(yong)戶(hu)與(yu)臨近(jin)用(yong)戶(hu)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)使(shi)用(yong)狀(zhuang)態(tai)、用(yong)戶(hu)與(yu)臨近(jin)用(yong)戶(hu)的分(fen)布(bu)式(shi)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)系(xi)統(tong)(tong)伺服狀(zhuang)態(tai)、以(yi)及(ji)燃料(liao)系(xi)統(tong)(tong)和(he)公共能(neng)(neng)(neng)源(yuan)供(gong)應系(xi)統(tong)(tong)的運行狀(zhuang)態(tai)信息(xi)(xi)(xi)進行發布(bu)，以(yi)便智能(neng)(neng)(neng)化建筑、用(yong)戶(hu)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)管理系(xi)統(tong)(tong)、分(fen)布(bu)式(shi)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)設(she)施、儲能(neng)(neng)(neng)設(she)施、設(she)備(bei)運行服務機構、以(yi)及(ji)燃料(liao)供(gong)應者和(he)公共電網能(neng)(neng)(neng)夠根據(ju)每(mei)一信息(xi)(xi)(xi)源(yuan)所發布(bu)的實時信息(xi)(xi)(xi)進行狀(zhuang)態(tai)優化調整，實現資源(yuan)共享。
綜合(he)系統優化技術：
（1）多種能源系統(tong)整(zheng)合(he)(he)優(you)(you)化--將(jiang)各種不同(tong)的(de)(de)能源系統(tong)進行聯合(he)(he)優(you)(you)化，例(li)如：將(jiang)分布(bu)式(shi)能源與(yu)傳統(tong)能源系統(tong)整(zheng)合(he)(he)后，進行聯合(he)(he)優(you)(you)化；或者，將(jiang)分布(bu)式(shi)能源系統(tong)與(yu)冰蓄冷系統(tong)整(zheng)合(he)(he)并進行聯合(he)(he)再優(you)(you)化，將(jiang)微型燃氣輪(lun)機與(yu)熱泵系統(tong)整(zheng)合(he)(he)優(you)(you)化，以(yi)及太(tai)陽(yang)能與(yu)分布(bu)式(shi)系統(tong)的(de)(de)優(you)(you)化整(zheng)合(he)(he)等(deng)等(deng)，達到取長補短的(de)(de)目的(de)(de)，發揮各個系統(tong)的(de)(de)綜合(he)(he)優(you)(you)勢；
（2）將(jiang)分布式能源與交通系統整合優化(hua)--利(li)用低谷(gu)電(dian)力(li)(li)為(wei)電(dian)動汽車(che)(che)蓄電(dian)或燃料(liao)電(dian)池汽車(che)(che)儲氫等，將(jiang)燃料(liao)電(dian)池和(he)混合動力(li)(li)汽車(che)(che)作為(wei)電(dian)源形成隨著人流移動的電(dian)源和(he)供水系統。實現(xian)節(jie)約投資經費；
（3）分布式能源系統(tong)電網接入研究--解決分布式能源與現(xian)有電網設施的兼容、整合(he)等問題(ti)；
（4）蓄(xu)(xu)(xu)能(neng)技(ji)術--通過蓄(xu)(xu)(xu)能(neng)技(ji)術的開發應用，解決(jue)能(neng)源(yuan)的延時性調節問題，能(neng)源(yuan)系統的容(rong)錯能(neng)力，其中包括(kuo)(kuo)蓄(xu)(xu)(xu)電、蓄(xu)(xu)(xu)熱(re)、蓄(xu)(xu)(xu)冷和(he)蓄(xu)(xu)(xu)能(neng)四個技(ji)術方向。蓄(xu)(xu)(xu)電包括(kuo)(kuo)化學蓄(xu)(xu)(xu)電：電池(chi)；物理(li)蓄(xu)(xu)(xu)電：飛輪和(he)水(shui)能(neng)、氣能(neng)。蓄(xu)(xu)(xu)熱(re)包括(kuo)(kuo)項(xiang)變蓄(xu)(xu)(xu)熱(re)、熱(re)水(shui)、熱(re)油和(he)蒸汽等多種形式。蓄(xu)(xu)(xu)冷：冰和(he)水(shui)。蓄(xu)(xu)(xu)能(neng)包括(kuo)(kuo)物理(li)蓄(xu)(xu)(xu)能(neng)：機械蓄(xu)(xu)(xu)能(neng)、水(shui)蓄(xu)(xu)(xu)能(neng)、以及記憶金屬(shu)蓄(xu)(xu)(xu)能(neng)等多種方式；
（5）地源蓄(xu)能技術--利用(yong)地下(xia)水(shui)和土(tu)壤將冬季(ji)的(de)冷和夏季(ji)的(de)熱(re)蓄(xu)能儲存，進(jin)行季(ji)節性調節使用(yong)，結合熱(re)泵技術進(jin)行直接利用(yong)，減少城市熱(re)島效應；
（6）網絡式(shi)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)系統(tong)--互聯(lian)網式(shi)的(de)分布式(shi)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)梯級利用(yong)系統(tong)是未來能(neng)(neng)(neng)源(yuan)工(gong)業的(de)重要形態。 資源(yuan)深度(du)利用(yong)技術：
（1）天然(ran)氣(qi)凝結(jie)水(shui)(shui)技術--利用(yong)天然(ran)氣(qi)燃燒后的(de)化學反應結(jie)果回(hui)收水(shui)(shui)，解決部分城市水(shui)(shui)資源(yuan)緊缺問題；
（2）將分布式能源(yuan)(yuan)與大棚結合的技術--將分布式能源(yuan)(yuan)系(xi)統發電設(she)備(bei)排除的余熱、二氧化(hua)碳和水蒸汽注(zhu)入(ru)大棚，作為氣體(ti)肥(fei)料和熱源(yuan)(yuan)，解決城市(shi)綠(lv)化(hua)和蔬果供應，同時減少溫室(shi)氣體(ti)和其他污(wu)染物排放問(wen)題(ti)；
（3）利用(yong)發電制冷的(de)冷卻水生產生活熱水的(de)技術--利用(yong)熱泵的(de)技術，將低品位熱源(yuan)轉換為較高(gao)品位的(de)生活熱水，減少能源(yuan)消耗；
（4）空(kong)調系(xi)統廢熱回(hui)收技術--發展全(quan)新(xin)風空(kong)調系(xi)統中(zhong)(zhong)有效利用回(hui)風中(zhong)(zhong)的余熱和余冷(leng)，減(jian)少(shao)能耗；
（5）污(wu)水(shui)水(shui)源熱泵系(xi)統--利用生活污(wu)水(shui)中的(de)熱量；
（6）小(xiao)型生(sheng)(sheng)物(wu)質沼(zhao)氣(qi)生(sheng)(sheng)產技術--利(li)用(yong)民用(yong)設施(shi)污(wu)水、垃圾(ji)和大棚廢(fei)棄生(sheng)(sheng)物(wu)質就地(di)生(sheng)(sheng)產沼(zhao)氣(qi)的(de)技術。
未(wei)來20年中國能(neng)源技(ji)術發展(zhan)方向——分布式能(neng)源及相關技(ji)術
