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
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未(wei)來(lai)20年中國能源(yuan)技術發展方向——分布(bu)式能源(yuan)及相關技術
所謂(wei)“分(fen)(fen)(fen)布式(shi)能(neng)源(yuan)”是指分(fen)(fen)(fen)布在(zai)用戶端的(de)能(neng)源(yuan)綜合利(li)用系統。一(yi)次能(neng)源(yuan)以(yi)氣體(ti)燃料為主，可再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)為輔，利(li)用一(yi)切可以(yi)利(li)用的(de)資源(yuan)；二次能(neng)源(yuan)以(yi)分(fen)(fen)(fen)布在(zai)用戶端的(de)熱電冷（植）聯產為主，其他能(neng)源(yuan)供應(ying)系統為輔，實現(xian)以(yi)直接(jie)滿足用戶多種需求(qiu)的(de)能(neng)源(yuan)梯級利(li)用，并通過能(neng)源(yuan)供應(ying)系統提供支持(chi)和補(bu)充(chong)；在(zai)環境保護(hu)上(shang)，將部分(fen)(fen)(fen)污(wu)染分(fen)(fen)(fen)散化(hua)(hua)、資源(yuan)化(hua)(hua)，爭取實現(xian)適度排(pai)放(fang)的(de)目標；在(zai)管理體(ti)系上(shang)，依托(tuo)智(zhi)能(neng)信息化(hua)(hua)技術實現(xian)現(xian)場無人職守(shou)，通過社會化(hua)(hua)服(fu)務體(ti)系提供設計、安裝、運行、維(wei)修一(yi)體(ti)化(hua)(hua)保障(zhang)。 分(fen)(fen)(fen)布式(shi)能(neng)源(yuan)技術的(de)基礎科學主要在(zai)以(yi)下幾(ji)個方(fang)面(mian)：
1、動(dong)力與(yu)能源轉換設備；
2、一次和二次能源(yuan)相關技(ji)術(shu)；
3、智能控制(zhi)與群控優化技(ji)術；
4、綜合系(xi)統優化技術(shu)；
5、資(zi)源深度利用技術。
動(dong)力與能源轉換(huan)設備(bei)：
主要(yao)是指一些基于傳(chuan)統技(ji)術的完善和新技(ji)術的發展。
（1）小型燃氣輪機--在(zai)小型航空渦輪發動機技術(shu)的基(ji)礎上，實現(xian)地(di)面(mian)發電和供熱的聯產技術(shu)。目前(qian)中國在(zai)這一技術(shu)上已(yi)經可以開發相應產品，主要的問題是需要設備的能(neng)源轉換(huan)效(xiao)率(lv)，可靠性，延長設備檢(jian)修周期，設備的自動智能(neng)控制水平；
（2）微型燃(ran)氣輪機--這(zhe)是(shi)基于(yu)汽車發動機增壓(ya)渦輪技術(shu)(shu)(shu)(shu)的延伸，關鍵技術(shu)(shu)(shu)(shu)在于(yu)精(jing)密鑄造和燒結金(jin)屬陶(tao)瓷轉子，空氣或磁懸(xuan)浮(fu)軸承(cheng)，回熱利(li)用技術(shu)(shu)(shu)(shu)，永磁發電技術(shu)(shu)(shu)(shu)，可控(kong)硅(gui)變頻控(kong)制技術(shu)(shu)(shu)(shu)等。由于(yu)技術(shu)(shu)(shu)(shu)層次(ci)并不高(gao)，其中許多(duo)項目已經有專家在研究(jiu)，只要真正重視。
（3）燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)氣內(nei)燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)機(ji)--內(nei)燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)機(ji)技術對(dui)于中國已經成熟(shu)，但是(shi)(shi)燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)氣內(nei)燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)機(ji)的(de)制(zhi)(zhi)造水(shui)平與國際先進(jin)設(she)(she)備(bei)還存在(zai)比較大的(de)差(cha)距，主要(yao)是(shi)(shi)轉換效率(lv)、排放控(kong)制(zhi)(zhi)、電子控(kong)制(zhi)(zhi)和設(she)(she)備(bei)大修周期等，此外，國外正在(zai)發展(zhan)的(de)預(yu)燃(ran)(ran)(ran)(ran)(ran)、回熱、增壓(ya)渦輪技術，以及電子變頻等技術，都是(shi)(shi)發展(zhan)的(de)重(zhong)要(yao)方(fang)向；
（4）斯特(te)林發(fa)動機(ji)--外燃式斯特(te)林技術中國已經有(you)了(le)比較大的突(tu)破，上海711所已經可以(yi)生產(chan)該技術的產(chan)品(pin)，目(mu)前(qian)主(zhu)要(yao)是設備(bei)可靠性和發(fa)電效率，以(yi)及(ji)自動化控制水平；
（5）燃料電池--該(gai)技術(shu)有質子(zi)交換膜、固體氧化物、熔融硅酸(suan)鹽(yan)和氫氧重整(zheng)等(deng)多(duo)種技術(shu)方(fang)式，該(gai)技術(shu)應用極為廣泛，污染(ran)極小，而(er)且可(ke)(ke)以同燃氣輪機技術(shu)整(zheng)合(he)，發(fa)電效率將可(ke)(ke)能達到80%，是(shi)未來有發(fa)展價值的技術(shu)；
（6）微型蒸(zheng)(zheng)汽(qi)輪(lun)機--蒸(zheng)(zheng)汽(qi)輪(lun)機是(shi)傳統的(de)技(ji)術，但是(shi)利(li)用(yong)一部(bu)噪(zao)音(yin)小(xiao)、振動小(xiao)、運行方便(bian)可靠的(de)小(xiao)型蒸(zheng)(zheng)汽(qi)輪(lun)機代(dai)替熱(re)交(jiao)換器(qi)，將其中一部(bu)分(fen)能量(liang)轉(zhuan)換為價值(zhi)較(jiao)高的(de)電能，或者利(li)用(yong)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)管網(wang)中較(jiao)低品位的(de)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)為制冰機組提供低溫冷能，可以(yi)更好地利(li)用(yong)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)中的(de)能量(liang)；
（7）微(wei)型(xing)(xing)水(shui)輪機(ji)和微(wei)型(xing)(xing)抽水(shui)蓄(xu)能電(dian)(dian)站--小型(xing)(xing)、微(wei)型(xing)(xing)水(shui)輪機(ji)組不(bu)僅可(ke)以在有水(shui)位落(luo)差的(de)(de)地(di)方使用，而且可(ke)以廣(guang)泛利用在分布式能源(yuan)項目上。利用自來水(shui)管(guan)網的(de)(de)水(shui)能壓力，或者建筑物可(ke)能產生的(de)(de)落(luo)差進(jin)行發電(dian)(dian)，并在用電(dian)(dian)低谷進(jin)行抽水(shui)蓄(xu)能，新型(xing)(xing)的(de)(de)微(wei)型(xing)(xing)水(shui)輪發電(dian)(dian)機(ji)組將何以采用電(dian)(dian)子(zi)變頻控制(zhi)技術，調整電(dian)(dian)能品質(zhi)；
（8）太(tai)陽(yang)能發電和太(tai)陽(yang)熱發電--利(li)用太(tai)陽(yang)能量的發電技術，將太(tai)陽(yang)熱發電與(yu)沼氣利(li)用整合(he)，將光伏電池與(yu)建筑材料(liao)整合(he)，利(li)用光導纖(xian)維與(yu)照(zhao)明技術整合(he)等等；
（9）風(feng)能--風(feng)力(li)發電(dian)(dian)(dian)是能源發展的一個重要方(fang)向，在(zai)大型(xing)風(feng)場大量利(li)用大型(xing)風(feng)機發電(dian)(dian)(dian)將何以代替現有的火力(li)發電(dian)(dian)(dian)系(xi)統(tong)，但是對于(yu)居住分散的用戶小(xiao)型(xing)的風(feng)力(li)發電(dian)(dian)(dian)系(xi)統(tong)更加(jia)具有普及(ji)意義(yi)，小(xiao)型(xing)風(feng)力(li)發電(dian)(dian)(dian)系(xi)統(tong)主(zhu)要需要解決(jue)的是成(cheng)本、可靠性和蓄能問題；
（10）余(yu)熱(re)制冷系統(tong)--利用動(dong)力機產生的余(yu)熱(re)供熱(re)制冷是(shi)分布式熱(re)電冷三(san)聯供系統(tong)的重要環節，尤其(qi)是(shi)制冷，可以采(cai)用吸(xi)(xi)收式制冷，也可以采(cai)用吸(xi)(xi)附式，以及(ji)余(yu)熱(re)--動(dong)力轉換--低溫(wen)制冷等技術(shu)，這些技術(shu)均比較成(cheng)熟，關鍵是(shi)系統(tong)的集成(cheng)率(lv)，以及(ji)造價等問題；
與分布式能源系統(tong)相關的一(yi)次(ci)(ci)和(he)二次(ci)(ci)能源相關技術：
（1）天然氣系統的(de)優化利用(yong)，以(yi)及管道輸送技術；
（2）液(ye)化天然(ran)氣(qi)的(de)生(sheng)產和(he)利(li)用(yong)--分散化的(de)液(ye)化天然(ran)氣(qi)生(sheng)產技術(shu)可以利(li)用(yong)石油開采中(zhong)(zhong)的(de)伴生(sheng)氣(qi)資(zi)源，減少溫室(shi)氣(qi)體排放，資(zi)源的(de)綜(zong)合(he)利(li)用(yong)率，液(ye)化天然(ran)氣(qi)利(li)用(yong)中(zhong)(zhong)對(dui)于冷能的(de)有效(xiao)利(li)用(yong)可以有效(xiao)節能等等，在(zai)液(ye)化天然(ran)氣(qi)利(li)用(yong)中(zhong)(zhong)，將產生(sheng)大量(liang)的(de)新課題；
（3）煤層氣和礦(kuang)(kuang)(kuang)井瓦(wa)斯利用，可能有(you)60%以(yi)上的(de)礦(kuang)(kuang)(kuang)工是(shi)死在中(zhong)國的(de)礦(kuang)(kuang)(kuang)井里，而瓦(wa)斯爆(bao)炸(zha)是(shi)元兇(xiong)之一，減少(shao)礦(kuang)(kuang)(kuang)工死亡和煤層氣和礦(kuang)(kuang)(kuang)井瓦(wa)斯資源的(de)利用有(you)著(zhu)密切關聯(lian)，利用煤層氣和礦(kuang)(kuang)(kuang)井瓦(wa)斯發電等技術不僅可以(yi)挽(wan)救(jiu)無數礦(kuang)(kuang)(kuang)工的(de)生命，還能有(you)效減少(shao)溫室氣體排放，緩解(jie)全球變暖問題(ti)；
（4）可燃(ran)冰--存在于(yu)海(hai)底和高寒(han)地(di)區(qu)的天然氣水化合物是人類(lei)未來的主(zhu)要能源，它(ta)是為分布式能源系統提供燃(ran)料的重要途徑；
（5）煤地下氣化--中(zhong)國(guo)目前有100億噸以上(shang)的煤炭資源在開發過程中(zhong)被遺棄在地下，如(ru)何利用可(ke)控地下氣化技術將其(qi)變為氣體燃料回(hui)收利用是(shi)中(zhong)國(guo)煤炭工業的重要課題；
（6）地(di)熱--利用和開發地(di)熱資(zi)源，將地(di)下低品位熱能(neng)轉換為(wei)高(gao)品位的電能(neng)或(huo)冷能(neng)是技術(shu)的關鍵；
（7）深(shen)層海水(shui)冷(leng)能--利用沿海深(shen)層海水(shui)的(de)低溫資源(yuan)，解決沿海城市的(de)制冷(leng)問題，；
（8）水(shui)能--利(li)用(yong)水(shui)利(li)資(zi)源，特別是(shi)小型水(shui)電設施解決農村以水(shui)代(dai)柴，保護(hu)植(zhi)被；
（9）沼氣(qi)--利用城市垃圾、農村廢棄物資源等進行發電或熱電聯(lian)產，減少溫室氣(qi)體排(pai)放(fang)，資源綜(zong)合利用水平；
（10）甲(jia)醇(chun)--利用(yong)煤等礦物資源生產(chan)甲(jia)醇(chun)，以代替石油。甲(jia)醇(chun)可(ke)以滿(man)足燃料電池對氫的(de)需(xu)要；
（11）乙(yi)醇(chun)--利用(yong)植(zhi)物(wu)資源生產乙(yi)醇(chun)，以(yi)(yi)(yi)代替石油和其他礦物(wu)燃(ran)料(liao)，乙(yi)醇(chun)可以(yi)(yi)(yi)作為(wei)燃(ran)料(liao)直(zhi)接使用(yong)，也可以(yi)(yi)(yi)作為(wei)燃(ran)料(liao)電池的氫分離的原料(liao)；
（12）氫--對于氫的利用將決定人類的未來，如何從水(shui)中低成本地(di)重(zhong)整氫氣將是技術的關鍵；
（13）壓(ya)縮空氣--利用低(di)估(gu)電力或其他能源生產高壓(ya)空氣，作為汽車(che)和其他動(dong)力設(she)備，以及(ji)分布式能源的(de)動(dong)力源，主要解決高增壓(ya)比壓(ya)縮技(ji)術、設(she)備小(xiao)型化、材料(liao)和效率等問題。
智能(neng)控制(zhi)與群控優化技術：
（1）分布式(shi)能源(yuan)機組(zu)和(he)系統自(zi)身的智能化控(kong)制--解決(jue)設備“無(wu)人職守”問題，能夠根據(ju)需求進行調(diao)節，自(zi)動跟蹤電、熱、冷負(fu)荷；
（2）分布(bu)式(shi)能(neng)源與(yu)載體的信息(xi)互動--解決分布(bu)式(shi)能(neng)源系(xi)統成(cheng)為智能(neng)化(hua)建筑(zhu)的一個組(zu)成(cheng)部分，與(yu)建筑(zhu)系(xi)統的需求進行優化(hua)整合(he)，建筑(zhu)的能(neng)源可靠性和節(jie)能(neng)性；
（3）分布式能(neng)源(yuan)機(ji)組(zu)的(de)(de)聯合控制--分布式能(neng)源(yuan)采用(yong)模塊化組(zu)合設(she)計，需要(yao)對模塊組(zu)合聯合控制，根據(ju)需求變化進行智能(neng)調(diao)節，決定每(mei)一模塊的(de)(de)運行狀態和(he)模塊之間(jian)的(de)(de)調(diao)節優化關系；
（4）遠程遙控--通過(guo)電(dian)話線(xian)(xian)、因特網(wang)、無線(xian)(xian)網(wang)絡和電(dian)源線(xian)(xian)對設備進行遠程監視控制；
（5）群控優(you)化--根(gen)據一(yi)個區(qu)域內各(ge)種用戶對(dui)于電力、熱力、制冷等需(xu)求(qiu)的變化，以及(ji)燃料、氣(qi)溫(wen)變化趨勢、蓄(xu)能(neng)量庫存等等因(yin)素，優(you)化控制各(ge)個用戶的分布式能(neng)源(yuan)系統，以及(ji)公(gong)共(gong)能(neng)源(yuan)系統，進行多系統容(rong)錯優(you)化，減少(shao)冗余，各(ge)系統的需(xu)求(qiu)適應性；
（6）智能電(dian)網技術--必須建(jian)立(li)電(dian)網信息化管(guan)理系統。
（7）信息(xi)化計量與結算系(xi)統--建(jian)立(li)網絡(luo)化能(neng)源系(xi)統的各(ge)種能(neng)源產品和各(ge)個用(yong)戶與分布式(shi)能(neng)源設施擁有者(zhe)之間、各(ge)時段間根據預約定價(jia)進行計量和結算的智(zhi)能(neng)系(xi)統；
（8）自動信息發(fa)布系統(tong)(tong)--對于用(yong)戶(hu)與臨近(jin)用(yong)戶(hu)能(neng)(neng)源使用(yong)狀態(tai)、用(yong)戶(hu)與臨近(jin)用(yong)戶(hu)的分(fen)布式(shi)能(neng)(neng)源系統(tong)(tong)伺服狀態(tai)、以及燃料系統(tong)(tong)和(he)公共(gong)(gong)能(neng)(neng)源供應(ying)系統(tong)(tong)的運行(xing)狀態(tai)信息進行(xing)發(fa)布，以便智能(neng)(neng)化建筑、用(yong)戶(hu)能(neng)(neng)源管理系統(tong)(tong)、分(fen)布式(shi)能(neng)(neng)源設施(shi)、儲能(neng)(neng)設施(shi)、設備運行(xing)服務(wu)機構、以及燃料供應(ying)者和(he)公共(gong)(gong)電網(wang)能(neng)(neng)夠根據每一信息源所發(fa)布的實(shi)時信息進行(xing)狀態(tai)優化調整，實(shi)現資源共(gong)(gong)享。
綜(zong)合系統(tong)優化技術：
（1）多種能(neng)源(yuan)系(xi)(xi)(xi)統(tong)整(zheng)(zheng)合(he)(he)(he)優(you)(you)(you)化--將各種不同的(de)(de)能(neng)源(yuan)系(xi)(xi)(xi)統(tong)進(jin)行聯(lian)(lian)(lian)合(he)(he)(he)優(you)(you)(you)化，例如：將分布式(shi)能(neng)源(yuan)與傳統(tong)能(neng)源(yuan)系(xi)(xi)(xi)統(tong)整(zheng)(zheng)合(he)(he)(he)后(hou)，進(jin)行聯(lian)(lian)(lian)合(he)(he)(he)優(you)(you)(you)化；或者，將分布式(shi)能(neng)源(yuan)系(xi)(xi)(xi)統(tong)與冰蓄冷系(xi)(xi)(xi)統(tong)整(zheng)(zheng)合(he)(he)(he)并進(jin)行聯(lian)(lian)(lian)合(he)(he)(he)再優(you)(you)(you)化，將微型燃氣輪機與熱泵(beng)系(xi)(xi)(xi)統(tong)整(zheng)(zheng)合(he)(he)(he)優(you)(you)(you)化，以及太陽能(neng)與分布式(shi)系(xi)(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)優(you)(you)(you)化整(zheng)(zheng)合(he)(he)(he)等等，達到取長補短的(de)(de)目(mu)的(de)(de)，發(fa)揮各個系(xi)(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)綜合(he)(he)(he)優(you)(you)(you)勢；
（2）將分布式能源(yuan)與交通系(xi)統整合(he)優化(hua)--利用低谷電力為電動汽(qi)(qi)車(che)蓄電或(huo)燃(ran)料電池汽(qi)(qi)車(che)儲氫等，將燃(ran)料電池和混合(he)動力汽(qi)(qi)車(che)作為電源(yuan)形成隨著人流移(yi)動的電源(yuan)和供水系(xi)統。實(shi)現(xian)節約(yue)投資經費；
（3）分(fen)(fen)布式能源系統電網接(jie)入研究(jiu)--解決分(fen)(fen)布式能源與現(xian)有電網設施的兼(jian)容、整(zheng)合等(deng)問題；
（4）蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)(neng)技術(shu)(shu)(shu)--通過(guo)蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)(neng)技術(shu)(shu)(shu)的開發應用，解決能(neng)(neng)(neng)(neng)源的延(yan)時性(xing)調節(jie)問(wen)題，能(neng)(neng)(neng)(neng)源系(xi)統的容錯(cuo)能(neng)(neng)(neng)(neng)力，其中包(bao)括蓄(xu)(xu)(xu)(xu)電(dian)、蓄(xu)(xu)(xu)(xu)熱(re)(re)(re)、蓄(xu)(xu)(xu)(xu)冷(leng)和(he)蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)(neng)四個技術(shu)(shu)(shu)方(fang)向。蓄(xu)(xu)(xu)(xu)電(dian)包(bao)括化學蓄(xu)(xu)(xu)(xu)電(dian)：電(dian)池；物理(li)蓄(xu)(xu)(xu)(xu)電(dian)：飛輪和(he)水(shui)(shui)能(neng)(neng)(neng)(neng)、氣能(neng)(neng)(neng)(neng)。蓄(xu)(xu)(xu)(xu)熱(re)(re)(re)包(bao)括項變蓄(xu)(xu)(xu)(xu)熱(re)(re)(re)、熱(re)(re)(re)水(shui)(shui)、熱(re)(re)(re)油和(he)蒸(zheng)汽等多種形式。蓄(xu)(xu)(xu)(xu)冷(leng)：冰和(he)水(shui)(shui)。蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)(neng)包(bao)括物理(li)蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)(neng)：機械蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)(neng)、水(shui)(shui)蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)(neng)、以及記憶(yi)金屬蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)(neng)等多種方(fang)式；
（5）地(di)源(yuan)蓄能技術--利(li)用地(di)下水和土壤將冬季的(de)冷(leng)和夏季的(de)熱蓄能儲存，進(jin)行季節(jie)(jie)性(xing)調(diao)節(jie)(jie)使(shi)用，結合(he)熱泵(beng)技術進(jin)行直接利(li)用，減少城市熱島(dao)效(xiao)應；
（6）網(wang)絡式能(neng)源(yuan)系統--互聯(lian)網(wang)式的(de)分(fen)布(bu)式能(neng)源(yuan)梯級利(li)用(yong)系統是未來能(neng)源(yuan)工業的(de)重要(yao)形態。 資(zi)源(yuan)深度利(li)用(yong)技術：
（1）天然氣(qi)凝結(jie)水(shui)技術--利用天然氣(qi)燃燒后的化學反應結(jie)果回(hui)收水(shui)，解決部(bu)分城(cheng)市水(shui)資源緊缺問題；
（2）將分(fen)布式能(neng)源(yuan)與大棚結(jie)合(he)的技術--將分(fen)布式能(neng)源(yuan)系統發電設備排(pai)除的余熱、二氧(yang)化碳和(he)(he)水(shui)蒸汽注入大棚，作為(wei)氣體(ti)肥料(liao)和(he)(he)熱源(yuan)，解決城(cheng)市綠化和(he)(he)蔬果供應，同時減少溫(wen)室氣體(ti)和(he)(he)其(qi)他污染物排(pai)放問(wen)題；
（3）利(li)用發電(dian)制冷(leng)的冷(leng)卻水(shui)生(sheng)產生(sheng)活熱水(shui)的技術--利(li)用熱泵(beng)的技術，將低品(pin)位熱源(yuan)(yuan)轉(zhuan)換(huan)為(wei)較高品(pin)位的生(sheng)活熱水(shui)，減少能源(yuan)(yuan)消(xiao)耗；
（4）空(kong)調系(xi)統廢(fei)熱回(hui)(hui)收技術(shu)--發展全新風空(kong)調系(xi)統中(zhong)有效(xiao)利用回(hui)(hui)風中(zhong)的(de)余(yu)(yu)熱和余(yu)(yu)冷，減少能耗；
（5）污水(shui)水(shui)源熱(re)(re)泵系(xi)統--利用生活污水(shui)中的熱(re)(re)量；
（6）小型生(sheng)物質(zhi)沼氣(qi)生(sheng)產技(ji)術--利用(yong)民用(yong)設施(shi)污水(shui)、垃圾和大(da)棚廢棄(qi)生(sheng)物質(zhi)就地生(sheng)產沼氣(qi)的技(ji)術。
未(wei)來20年中國能源技(ji)術發展(zhan)方向——分布式(shi)能源及相(xiang)關技(ji)術
