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年中國能源技(ji)術(shu)發展方向——分布式能源及(ji)相關技(ji)術(shu)
所謂“分(fen)(fen)布式能(neng)(neng)(neng)源(yuan)”是指分(fen)(fen)布在(zai)用(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)端的能(neng)(neng)(neng)源(yuan)綜合利用(yong)(yong)(yong)系(xi)統(tong)(tong)。一次能(neng)(neng)(neng)源(yuan)以氣體燃(ran)料為(wei)主，可再生能(neng)(neng)(neng)源(yuan)為(wei)輔(fu)，利用(yong)(yong)(yong)一切可以利用(yong)(yong)(yong)的資(zi)源(yuan)；二(er)次能(neng)(neng)(neng)源(yuan)以分(fen)(fen)布在(zai)用(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)端的熱電冷（植）聯產為(wei)主，其他(ta)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)供(gong)應(ying)系(xi)統(tong)(tong)為(wei)輔(fu)，實(shi)現(xian)以直接滿足用(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)多(duo)種(zhong)需求的能(neng)(neng)(neng)源(yuan)梯(ti)級(ji)利用(yong)(yong)(yong)，并通(tong)過能(neng)(neng)(neng)源(yuan)供(gong)應(ying)系(xi)統(tong)(tong)提供(gong)支(zhi)持和(he)補充；在(zai)環境(jing)保(bao)護上，將部分(fen)(fen)污染分(fen)(fen)散(san)化(hua)(hua)、資(zi)源(yuan)化(hua)(hua)，爭取實(shi)現(xian)適度(du)排放的目標；在(zai)管(guan)理體系(xi)上，依托智能(neng)(neng)(neng)信息(xi)化(hua)(hua)技(ji)術實(shi)現(xian)現(xian)場(chang)無人職守，通(tong)過社會化(hua)(hua)服務體系(xi)提供(gong)設計、安裝、運行、維修一體化(hua)(hua)保(bao)障。 分(fen)(fen)布式能(neng)(neng)(neng)源(yuan)技(ji)術的基礎科學主要在(zai)以下幾個方面：
1、動力與能源轉換設備；
2、一次(ci)和二(er)次(ci)能源相(xiang)關技術；
3、智能控(kong)制與(yu)群控(kong)優(you)化技術(shu)；
4、綜合系統優化(hua)技術；
5、資(zi)源深度(du)利用技術。
動力與能源轉換設備：
主要是指一些基(ji)于傳統技術(shu)的(de)完善和新技術(shu)的(de)發展。
（1）小型(xing)燃氣輪(lun)機--在小型(xing)航空渦輪(lun)發(fa)(fa)動(dong)機技術的(de)(de)(de)基(ji)礎(chu)上，實現地面發(fa)(fa)電和供熱的(de)(de)(de)聯產技術。目前中國在這(zhe)一(yi)技術上已經可以開發(fa)(fa)相應產品，主要的(de)(de)(de)問題是需(xu)要設(she)(she)備的(de)(de)(de)能源轉換效率，可靠性，延長設(she)(she)備檢(jian)修周期，設(she)(she)備的(de)(de)(de)自(zi)動(dong)智能控制水(shui)平；
（2）微型(xing)燃氣輪機--這是基于汽車發動機增壓(ya)渦輪技(ji)術(shu)(shu)的延伸(shen)，關鍵技(ji)術(shu)(shu)在于精密鑄(zhu)造和燒結金(jin)屬陶(tao)瓷轉子，空(kong)氣或磁懸浮軸承，回熱利用(yong)技(ji)術(shu)(shu)，永磁發電技(ji)術(shu)(shu)，可控硅變頻控制技(ji)術(shu)(shu)等。由于技(ji)術(shu)(shu)層(ceng)次并不高，其中許多項目已(yi)經有專家在研究，只要真正重視。
（3）燃(ran)(ran)(ran)(ran)氣(qi)內(nei)燃(ran)(ran)(ran)(ran)機(ji)--內(nei)燃(ran)(ran)(ran)(ran)機(ji)技術對(dui)于中國(guo)已(yi)經成熟(shu)，但是(shi)燃(ran)(ran)(ran)(ran)氣(qi)內(nei)燃(ran)(ran)(ran)(ran)機(ji)的(de)制(zhi)造水平與國(guo)際先進設備(bei)還(huan)存在比較大的(de)差距(ju)，主要(yao)是(shi)轉(zhuan)換效率、排放(fang)控(kong)制(zhi)、電子控(kong)制(zhi)和設備(bei)大修周期等，此外(wai)，國(guo)外(wai)正在發展(zhan)的(de)預燃(ran)(ran)(ran)(ran)、回(hui)熱、增壓渦輪技術，以及電子變頻等技術，都是(shi)發展(zhan)的(de)重要(yao)方(fang)向；
（4）斯特(te)林(lin)發動(dong)機--外(wai)燃式斯特(te)林(lin)技(ji)術中國已(yi)經有了比較大的突破，上海711所已(yi)經可以生產(chan)該技(ji)術的產(chan)品，目(mu)前主要是設備可靠性和發電效(xiao)率，以及自(zi)動(dong)化控制水平；
（5）燃料電池--該技(ji)術有(you)(you)質子交換膜、固(gu)體氧化物、熔融硅酸鹽和氫氧重整等多種技(ji)術方式，該技(ji)術應用極為廣泛(fan)，污染極小，而且(qie)可(ke)以同燃氣輪機技(ji)術整合，發電效率將(jiang)可(ke)能(neng)達到80%，是未來(lai)有(you)(you)發展價值的技(ji)術；
（6）微型(xing)(xing)蒸(zheng)汽輪(lun)(lun)機(ji)--蒸(zheng)汽輪(lun)(lun)機(ji)是(shi)傳統的(de)技術，但是(shi)利(li)用(yong)(yong)一部噪(zao)音小(xiao)、振動小(xiao)、運行方便可靠的(de)小(xiao)型(xing)(xing)蒸(zheng)汽輪(lun)(lun)機(ji)代替熱交換(huan)(huan)器，將其中一部分能量(liang)轉換(huan)(huan)為(wei)價值較高的(de)電能，或者(zhe)利(li)用(yong)(yong)蒸(zheng)汽管網(wang)中較低品位的(de)蒸(zheng)汽為(wei)制冰機(ji)組提(ti)供(gong)低溫冷能，可以更好(hao)地利(li)用(yong)(yong)蒸(zheng)汽中的(de)能量(liang)；
（7）微型(xing)水(shui)輪機和微型(xing)抽水(shui)蓄能(neng)電(dian)(dian)站--小型(xing)、微型(xing)水(shui)輪機組不僅可(ke)以(yi)(yi)在有水(shui)位(wei)落(luo)差的(de)(de)(de)地(di)方使用(yong)，而且(qie)可(ke)以(yi)(yi)廣泛利用(yong)在分(fen)布式(shi)能(neng)源(yuan)項目上(shang)。利用(yong)自(zi)來水(shui)管網的(de)(de)(de)水(shui)能(neng)壓(ya)力(li)，或者建筑(zhu)物可(ke)能(neng)產生的(de)(de)(de)落(luo)差進行(xing)發電(dian)(dian)，并在用(yong)電(dian)(dian)低(di)谷進行(xing)抽水(shui)蓄能(neng)，新(xin)型(xing)的(de)(de)(de)微型(xing)水(shui)輪發電(dian)(dian)機組將何以(yi)(yi)采用(yong)電(dian)(dian)子變頻控制技術，調整電(dian)(dian)能(neng)品質；
（8）太(tai)陽能發電(dian)(dian)和太(tai)陽熱發電(dian)(dian)--利用太(tai)陽能量的發電(dian)(dian)技術，將太(tai)陽熱發電(dian)(dian)與沼氣利用整合，將光伏電(dian)(dian)池與建筑(zhu)材料整合，利用光導纖(xian)維與照(zhao)明技術整合等(deng)等(deng)；
（9）風(feng)能--風(feng)力發(fa)電是(shi)(shi)能源發(fa)展的一個重(zhong)要(yao)方向，在(zai)大型(xing)風(feng)場(chang)大量利用大型(xing)風(feng)機發(fa)電將何(he)以(yi)代(dai)替(ti)現(xian)有的火力發(fa)電系(xi)統(tong)，但是(shi)(shi)對(dui)于居住分散(san)的用戶小(xiao)型(xing)的風(feng)力發(fa)電系(xi)統(tong)更(geng)加具有普及意義，小(xiao)型(xing)風(feng)力發(fa)電系(xi)統(tong)主要(yao)需(xu)要(yao)解(jie)決的是(shi)(shi)成本、可靠性和蓄(xu)能問題；
（10）余(yu)熱制(zhi)(zhi)冷系統--利(li)用(yong)(yong)動(dong)力機(ji)產生的余(yu)熱供熱制(zhi)(zhi)冷是分布式熱電冷三聯供系統的重要(yao)環節，尤(you)其是制(zhi)(zhi)冷，可(ke)以(yi)采用(yong)(yong)吸收式制(zhi)(zhi)冷，也(ye)可(ke)以(yi)采用(yong)(yong)吸附式，以(yi)及余(yu)熱--動(dong)力轉換--低溫制(zhi)(zhi)冷等技術，這(zhe)些(xie)技術均比較成熟，關(guan)鍵是系統的集成率，以(yi)及造價(jia)等問題；
與分布式能(neng)源(yuan)(yuan)系統相關(guan)的一次(ci)和二次(ci)能(neng)源(yuan)(yuan)相關(guan)技(ji)術：
（1）天(tian)然氣系統的優化利(li)用，以(yi)及管(guan)道輸(shu)送(song)技術；
（2）液(ye)(ye)化天(tian)(tian)然(ran)氣的生(sheng)產(chan)和利(li)用--分散化的液(ye)(ye)化天(tian)(tian)然(ran)氣生(sheng)產(chan)技術(shu)可(ke)(ke)以(yi)利(li)用石油(you)開采(cai)中的伴生(sheng)氣資源(yuan)，減少溫室氣體排(pai)放，資源(yuan)的綜合利(li)用率，液(ye)(ye)化天(tian)(tian)然(ran)氣利(li)用中對于(yu)冷能的有效(xiao)利(li)用可(ke)(ke)以(yi)有效(xiao)節能等(deng)等(deng)，在液(ye)(ye)化天(tian)(tian)然(ran)氣利(li)用中，將產(chan)生(sheng)大量的新課(ke)題(ti)；
（3）煤層(ceng)氣和礦井(jing)瓦斯利(li)用，可能有(you)(you)(you)60%以上的(de)礦工(gong)是(shi)死(si)在中國的(de)礦井(jing)里，而(er)瓦斯爆炸是(shi)元兇(xiong)之一，減少礦工(gong)死(si)亡和煤層(ceng)氣和礦井(jing)瓦斯資源的(de)利(li)用有(you)(you)(you)著(zhu)密(mi)切關聯，利(li)用煤層(ceng)氣和礦井(jing)瓦斯發電(dian)等技術不僅可以挽救無數礦工(gong)的(de)生(sheng)命，還能有(you)(you)(you)效減少溫室氣體排放，緩解全球變暖問題；
（4）可燃(ran)冰(bing)--存在于海底和高(gao)寒地區的天然(ran)氣水(shui)化(hua)合(he)物(wu)是(shi)人(ren)類未來的主要能源，它是(shi)為分布式能源系統(tong)提(ti)供燃(ran)料(liao)的重要途徑；
（5）煤地(di)下(xia)氣(qi)化(hua)--中(zhong)國(guo)目前有100億噸以上的煤炭資源在開發過程中(zhong)被遺棄在地(di)下(xia)，如何利用可(ke)控地(di)下(xia)氣(qi)化(hua)技術將其變為氣(qi)體(ti)燃(ran)料回收利用是中(zhong)國(guo)煤炭工業的重要課(ke)題；
（6）地(di)(di)熱--利用(yong)和開發(fa)地(di)(di)熱資源(yuan)，將地(di)(di)下低(di)品(pin)位熱能轉換為高品(pin)位的(de)電能或冷(leng)能是技術的(de)關鍵；
（7）深層(ceng)(ceng)海(hai)(hai)水(shui)冷能--利用沿(yan)海(hai)(hai)深層(ceng)(ceng)海(hai)(hai)水(shui)的低溫資源(yuan)，解決(jue)沿(yan)海(hai)(hai)城市的制冷問題(ti)，；
（8）水(shui)能--利用水(shui)利資源，特別是小型水(shui)電設施解(jie)決(jue)農(nong)村(cun)以水(shui)代(dai)柴，保護植(zhi)被(bei)；
（9）沼氣(qi)--利(li)用城市垃(la)圾、農村廢棄物資(zi)源等進行發電或熱電聯產，減(jian)少溫室氣(qi)體排放，資(zi)源綜合利(li)用水平；
（10）甲醇--利用煤等(deng)礦物資(zi)源生產甲醇，以代替石油。甲醇可以滿足燃料電池對氫的需要；
（11）乙(yi)醇(chun)--利用植(zhi)物(wu)資(zi)源生產乙(yi)醇(chun)，以代替石油和其(qi)他礦物(wu)燃(ran)料(liao)，乙(yi)醇(chun)可以作為(wei)燃(ran)料(liao)直接使用，也(ye)可以作為(wei)燃(ran)料(liao)電池的氫分離的原料(liao)；
（12）氫--對于氫的(de)利用將(jiang)決定人類的(de)未來，如(ru)何從(cong)水中(zhong)低成本(ben)地(di)重整氫氣(qi)將(jiang)是(shi)技術的(de)關鍵；
（13）壓縮(suo)空(kong)氣(qi)--利用(yong)低估電力(li)或其他(ta)能源生產高壓空(kong)氣(qi)，作為汽車和其他(ta)動(dong)力(li)設(she)(she)備，以及分布(bu)式能源的(de)動(dong)力(li)源，主要(yao)解(jie)決高增壓比(bi)壓縮(suo)技術、設(she)(she)備小(xiao)型化、材料和效率等問(wen)題。
智能控(kong)制(zhi)與(yu)群控(kong)優(you)化技術：
（1）分布式能源機組和系統自身的智能化控制--解決設備(bei)“無人職(zhi)守”問題，能夠根據需(xu)求進行(xing)調節(jie)，自動跟蹤(zong)電、熱(re)、冷負荷；
（2）分布式(shi)能(neng)(neng)源(yuan)與(yu)載體(ti)的信(xin)息互(hu)動--解決分布式(shi)能(neng)(neng)源(yuan)系(xi)統成為智能(neng)(neng)化建筑的一個組成部(bu)分，與(yu)建筑系(xi)統的需求(qiu)進行優化整合，建筑的能(neng)(neng)源(yuan)可靠性和節能(neng)(neng)性；
（3）分布(bu)式能源(yuan)機(ji)組的聯(lian)合(he)控(kong)制(zhi)--分布(bu)式能源(yuan)采用模塊化組合(he)設(she)計，需(xu)要對模塊組合(he)聯(lian)合(he)控(kong)制(zhi)，根據(ju)需(xu)求變化進行智(zhi)能調節，決定每一模塊的運行狀態和模塊之間(jian)的調節優(you)化關系；
（4）遠程遙控--通(tong)過電話線、因特網(wang)、無線網(wang)絡和電源(yuan)線對設備(bei)進(jin)行遠程監視控制；
（5）群(qun)控(kong)優化(hua)(hua)--根據一個(ge)區域內各種(zhong)用戶對于電(dian)力、熱(re)力、制冷等(deng)需(xu)(xu)求的變(bian)(bian)化(hua)(hua)，以及(ji)(ji)燃料(liao)、氣溫變(bian)(bian)化(hua)(hua)趨勢、蓄(xu)能(neng)量庫存等(deng)等(deng)因素，優化(hua)(hua)控(kong)制各個(ge)用戶的分布式(shi)能(neng)源(yuan)系(xi)統，以及(ji)(ji)公共能(neng)源(yuan)系(xi)統，進行多系(xi)統容錯優化(hua)(hua)，減少冗余，各系(xi)統的需(xu)(xu)求適(shi)應性；
（6）智能(neng)電網技術--必須(xu)建(jian)立電網信(xin)息(xi)化管理系統。
（7）信(xin)息化(hua)計量與結算系統--建(jian)立網絡(luo)化(hua)能源(yuan)系統的各(ge)種(zhong)能源(yuan)產品和(he)各(ge)個用戶(hu)與分布式能源(yuan)設施(shi)擁有者(zhe)之間、各(ge)時段間根據預(yu)約定價進行計量和(he)結算的智(zhi)能系統；
（8）自動信(xin)息(xi)發(fa)布系(xi)(xi)(xi)統--對(dui)于用(yong)戶(hu)與臨近用(yong)戶(hu)能(neng)(neng)源(yuan)使用(yong)狀(zhuang)態、用(yong)戶(hu)與臨近用(yong)戶(hu)的(de)分布式能(neng)(neng)源(yuan)系(xi)(xi)(xi)統伺服狀(zhuang)態、以(yi)及燃料系(xi)(xi)(xi)統和(he)公共能(neng)(neng)源(yuan)供(gong)應(ying)系(xi)(xi)(xi)統的(de)運行狀(zhuang)態信(xin)息(xi)進行發(fa)布，以(yi)便智能(neng)(neng)化(hua)建筑、用(yong)戶(hu)能(neng)(neng)源(yuan)管理系(xi)(xi)(xi)統、分布式能(neng)(neng)源(yuan)設施、儲能(neng)(neng)設施、設備(bei)運行服務(wu)機構(gou)、以(yi)及燃料供(gong)應(ying)者和(he)公共電網能(neng)(neng)夠根據每一信(xin)息(xi)源(yuan)所發(fa)布的(de)實(shi)時(shi)信(xin)息(xi)進行狀(zhuang)態優化(hua)調整，實(shi)現(xian)資(zi)源(yuan)共享(xiang)。
綜合(he)系統(tong)優(you)化技術：
（1）多種能(neng)(neng)源(yuan)系(xi)(xi)統(tong)整(zheng)合優(you)(you)(you)化(hua)(hua)--將(jiang)各種不同的(de)(de)能(neng)(neng)源(yuan)系(xi)(xi)統(tong)進(jin)行(xing)(xing)聯合優(you)(you)(you)化(hua)(hua)，例如：將(jiang)分布式能(neng)(neng)源(yuan)與傳統(tong)能(neng)(neng)源(yuan)系(xi)(xi)統(tong)整(zheng)合后，進(jin)行(xing)(xing)聯合優(you)(you)(you)化(hua)(hua)；或者，將(jiang)分布式能(neng)(neng)源(yuan)系(xi)(xi)統(tong)與冰蓄冷系(xi)(xi)統(tong)整(zheng)合并進(jin)行(xing)(xing)聯合再優(you)(you)(you)化(hua)(hua)，將(jiang)微型(xing)燃氣輪(lun)機與熱(re)泵系(xi)(xi)統(tong)整(zheng)合優(you)(you)(you)化(hua)(hua)，以及太陽能(neng)(neng)與分布式系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)優(you)(you)(you)化(hua)(hua)整(zheng)合等等，達到(dao)取長補短的(de)(de)目(mu)的(de)(de)，發(fa)揮各個系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)綜(zong)合優(you)(you)(you)勢；
（2）將(jiang)分布式能源(yuan)與交通系統(tong)整(zheng)合(he)優化--利用低谷電(dian)力為電(dian)動(dong)汽車蓄電(dian)或燃(ran)料電(dian)池汽車儲氫等，將(jiang)燃(ran)料電(dian)池和混合(he)動(dong)力汽車作為電(dian)源(yuan)形成隨著人(ren)流移動(dong)的電(dian)源(yuan)和供水(shui)系統(tong)。實現節約(yue)投資經(jing)費；
（3）分布式(shi)能源系統(tong)電網接入研(yan)究(jiu)--解決分布式(shi)能源與(yu)現有電網設施的兼容、整合等問題；
（4）蓄(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)技(ji)術(shu)(shu)--通過蓄(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)技(ji)術(shu)(shu)的開發應用，解決能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)的延時(shi)性調(diao)節問題，能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)系統的容錯能(neng)(neng)(neng)力，其中包(bao)括(kuo)蓄(xu)(xu)電(dian)(dian)、蓄(xu)(xu)熱(re)、蓄(xu)(xu)冷(leng)和(he)蓄(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)四個技(ji)術(shu)(shu)方向(xiang)。蓄(xu)(xu)電(dian)(dian)包(bao)括(kuo)化學蓄(xu)(xu)電(dian)(dian)：電(dian)(dian)池；物理蓄(xu)(xu)電(dian)(dian)：飛(fei)輪(lun)和(he)水(shui)能(neng)(neng)(neng)、氣能(neng)(neng)(neng)。蓄(xu)(xu)熱(re)包(bao)括(kuo)項變蓄(xu)(xu)熱(re)、熱(re)水(shui)、熱(re)油和(he)蒸汽(qi)等(deng)多種形式。蓄(xu)(xu)冷(leng)：冰(bing)和(he)水(shui)。蓄(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)包(bao)括(kuo)物理蓄(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)：機械蓄(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)、水(shui)蓄(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)、以及記憶金屬蓄(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)等(deng)多種方式；
（5）地源蓄能技(ji)術--利(li)用地下水(shui)和土壤將冬季(ji)的冷和夏季(ji)的熱蓄能儲存，進行(xing)季(ji)節(jie)性(xing)調節(jie)使用，結合熱泵技(ji)術進行(xing)直接利(li)用，減少城市熱島效應；
（6）網(wang)絡式(shi)能(neng)源(yuan)系(xi)統--互聯網(wang)式(shi)的分布式(shi)能(neng)源(yuan)梯級(ji)利(li)用系(xi)統是未來能(neng)源(yuan)工(gong)業的重要形態。 資源(yuan)深度利(li)用技術：
（1）天然(ran)氣凝結(jie)(jie)水技術(shu)--利用天然(ran)氣燃(ran)燒后(hou)的(de)化學反應結(jie)(jie)果回收水，解(jie)決部分城市水資源緊缺問題；
（2）將(jiang)(jiang)分布式能(neng)源與大棚結合(he)的(de)技術--將(jiang)(jiang)分布式能(neng)源系統(tong)發電設備排(pai)除的(de)余熱(re)、二氧化碳和水蒸(zheng)汽注入大棚，作為(wei)氣(qi)(qi)體(ti)肥(fei)料和熱(re)源，解決(jue)城市綠化和蔬果供(gong)應，同時(shi)減少溫室(shi)氣(qi)(qi)體(ti)和其他(ta)污(wu)染(ran)物排(pai)放問題；
（3）利用發電(dian)制冷(leng)的冷(leng)卻水(shui)生(sheng)(sheng)產生(sheng)(sheng)活熱水(shui)的技術--利用熱泵的技術，將低品位熱源轉換(huan)為較高品位的生(sheng)(sheng)活熱水(shui)，減少能源消耗；
（4）空調(diao)系統廢熱(re)回(hui)收技術(shu)--發(fa)展全新(xin)風(feng)空調(diao)系統中有效(xiao)利用(yong)回(hui)風(feng)中的余熱(re)和余冷，減(jian)少能(neng)耗；
（5）污水水源(yuan)熱泵系統--利用(yong)生活污水中的熱量(liang)；
（6）小型生物質沼(zhao)氣生產(chan)技術--利(li)用民(min)用設施污水(shui)、垃(la)圾和大棚廢棄生物質就地生產(chan)沼(zhao)氣的技術。
未來20年中國能源技術發展方向(xiang)——分布式能源及相關技術
