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(guo)能源技術(shu)發展方向——分布式能源及(ji)相關技術(shu)
所(suo)謂“分(fen)布式(shi)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源”是(shi)指分(fen)布在用(yong)(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)端(duan)的能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源綜合利用(yong)(yong)(yong)(yong)系(xi)(xi)統。一(yi)次能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源以(yi)氣體(ti)燃(ran)料為主(zhu)，可再生能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源為輔，利用(yong)(yong)(yong)(yong)一(yi)切可以(yi)利用(yong)(yong)(yong)(yong)的資(zi)源；二次能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源以(yi)分(fen)布在用(yong)(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)端(duan)的熱電冷（植）聯(lian)產為主(zhu)，其他能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源供(gong)應系(xi)(xi)統為輔，實(shi)現以(yi)直接(jie)滿(man)足用(yong)(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)多種需求的能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源梯級利用(yong)(yong)(yong)(yong)，并通過(guo)(guo)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源供(gong)應系(xi)(xi)統提供(gong)支持和補(bu)充；在環境保護上(shang)，將部分(fen)污染分(fen)散化、資(zi)源化，爭取(qu)實(shi)現適度(du)排放的目標；在管理體(ti)系(xi)(xi)上(shang)，依托智能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)信息化技(ji)術實(shi)現現場無人職守(shou)，通過(guo)(guo)社會化服務(wu)體(ti)系(xi)(xi)提供(gong)設計、安(an)裝、運行(xing)、維修一(yi)體(ti)化保障。 分(fen)布式(shi)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源技(ji)術的基礎科學主(zhu)要在以(yi)下幾(ji)個(ge)方面：
1、動力(li)與能源轉換設(she)備；
2、一次(ci)和二次(ci)能源相關(guan)技(ji)術；
3、智能控(kong)制與群控(kong)優化技術；
4、綜合系統優化(hua)技術；
5、資源深度利(li)用技術。
動力與能源(yuan)轉換設備：
主(zhu)要是指一(yi)些基于傳(chuan)統技(ji)術的(de)完善和(he)新技(ji)術的(de)發展。
（1）小(xiao)型燃氣輪(lun)機--在(zai)小(xiao)型航空渦輪(lun)發動機技術的(de)基礎上，實現地(di)面發電和供熱的(de)聯(lian)產(chan)技術。目(mu)前(qian)中國在(zai)這一技術上已(yi)經(jing)可以(yi)開(kai)發相(xiang)應產(chan)品，主要的(de)問題是需要設備(bei)(bei)的(de)能(neng)源轉換效率(lv)，可靠(kao)性(xing)，延長設備(bei)(bei)檢修周期，設備(bei)(bei)的(de)自動智能(neng)控制水(shui)平；
（2）微型燃氣輪機--這是基于(yu)汽車發動機增壓(ya)渦(wo)輪技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)的(de)延伸(shen)，關鍵技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)在于(yu)精密(mi)鑄造(zao)和燒(shao)結金屬陶瓷(ci)轉子，空氣或磁懸浮軸承(cheng)，回熱利用技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)，永磁發電技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)，可控硅變頻(pin)控制技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)等。由于(yu)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)層(ceng)次并不(bu)高，其中許(xu)多項目已經有專(zhuan)家(jia)在研(yan)究，只要真正重視(shi)。
（3）燃氣內燃機--內燃機技術(shu)(shu)對于中國已經成熟(shu)，但是(shi)燃氣內燃機的制(zhi)造(zao)水平與(yu)國際先進設備還存在(zai)比(bi)較大(da)的差距，主要(yao)是(shi)轉(zhuan)換(huan)效率、排放控(kong)制(zhi)、電子控(kong)制(zhi)和設備大(da)修周期等，此外，國外正(zheng)在(zai)發展(zhan)的預燃、回熱、增壓渦輪技術(shu)(shu)，以及電子變頻等技術(shu)(shu)，都是(shi)發展(zhan)的重要(yao)方向；
（4）斯特(te)林發動機(ji)--外(wai)燃式斯特(te)林技術中國已經有(you)了(le)比較大的(de)突破，上(shang)海(hai)711所已經可以(yi)生產(chan)該(gai)技術的(de)產(chan)品，目前主要是設備可靠性和發電效率，以(yi)及自動化(hua)控制水平；
（5）燃(ran)料電(dian)池--該技(ji)術(shu)(shu)有(you)質子(zi)交(jiao)換(huan)膜、固體氧(yang)化物、熔融硅酸鹽和(he)氫氧(yang)重(zhong)整(zheng)等多種(zhong)技(ji)術(shu)(shu)方式，該技(ji)術(shu)(shu)應(ying)用極為廣泛(fan)，污染極小，而且(qie)可以同(tong)燃(ran)氣輪機技(ji)術(shu)(shu)整(zheng)合，發電(dian)效(xiao)率(lv)將(jiang)可能(neng)達到80%，是未來有(you)發展(zhan)價(jia)值的技(ji)術(shu)(shu)；
（6）微型蒸(zheng)汽(qi)(qi)輪(lun)機(ji)(ji)--蒸(zheng)汽(qi)(qi)輪(lun)機(ji)(ji)是(shi)傳統的(de)(de)技術，但(dan)是(shi)利用(yong)一(yi)部噪音(yin)小(xiao)、振(zhen)動(dong)小(xiao)、運行方便(bian)可靠的(de)(de)小(xiao)型蒸(zheng)汽(qi)(qi)輪(lun)機(ji)(ji)代替熱交換器，將其中(zhong)一(yi)部分能(neng)量轉(zhuan)換為價(jia)值較高的(de)(de)電能(neng)，或(huo)者(zhe)利用(yong)蒸(zheng)汽(qi)(qi)管網中(zhong)較低(di)(di)品位(wei)的(de)(de)蒸(zheng)汽(qi)(qi)為制冰(bing)機(ji)(ji)組提供低(di)(di)溫冷能(neng)，可以更(geng)好地(di)利用(yong)蒸(zheng)汽(qi)(qi)中(zhong)的(de)(de)能(neng)量；
（7）微型水(shui)(shui)輪(lun)機(ji)和微型抽(chou)水(shui)(shui)蓄(xu)能(neng)(neng)電(dian)站(zhan)--小型、微型水(shui)(shui)輪(lun)機(ji)組不僅可(ke)以(yi)在(zai)有(you)水(shui)(shui)位落差的(de)地方使用，而且(qie)可(ke)以(yi)廣泛利(li)用在(zai)分布式能(neng)(neng)源項目上。利(li)用自(zi)來水(shui)(shui)管網(wang)的(de)水(shui)(shui)能(neng)(neng)壓力，或者建筑物可(ke)能(neng)(neng)產生的(de)落差進行(xing)發電(dian)，并在(zai)用電(dian)低谷進行(xing)抽(chou)水(shui)(shui)蓄(xu)能(neng)(neng)，新型的(de)微型水(shui)(shui)輪(lun)發電(dian)機(ji)組將何以(yi)采用電(dian)子變頻(pin)控(kong)制(zhi)技(ji)術，調整電(dian)能(neng)(neng)品(pin)質；
（8）太(tai)陽能(neng)發(fa)電(dian)和(he)太(tai)陽熱發(fa)電(dian)--利用(yong)(yong)太(tai)陽能(neng)量(liang)的(de)發(fa)電(dian)技(ji)術，將太(tai)陽熱發(fa)電(dian)與(yu)沼氣利用(yong)(yong)整合(he)(he)，將光伏電(dian)池與(yu)建(jian)筑材料整合(he)(he)，利用(yong)(yong)光導纖維與(yu)照(zhao)明(ming)技(ji)術整合(he)(he)等等；
（9）風能--風力(li)(li)發(fa)(fa)(fa)電是能源發(fa)(fa)(fa)展的一個(ge)重要(yao)方(fang)向(xiang)，在大(da)型風場(chang)大(da)量(liang)利用大(da)型風機(ji)發(fa)(fa)(fa)電將何以代替現有(you)的火力(li)(li)發(fa)(fa)(fa)電系(xi)統(tong)，但(dan)是對于居住分散(san)的用戶小(xiao)型的風力(li)(li)發(fa)(fa)(fa)電系(xi)統(tong)更加具有(you)普及意義，小(xiao)型風力(li)(li)發(fa)(fa)(fa)電系(xi)統(tong)主(zhu)要(yao)需要(yao)解決的是成本(ben)、可靠性(xing)和蓄能問題(ti)；
（10）余(yu)熱制(zhi)(zhi)冷系(xi)統--利用(yong)動(dong)力(li)機產生的余(yu)熱供熱制(zhi)(zhi)冷是分(fen)布式熱電冷三聯供系(xi)統的重(zhong)要(yao)環節(jie)，尤其是制(zhi)(zhi)冷，可(ke)(ke)以(yi)采用(yong)吸收式制(zhi)(zhi)冷，也可(ke)(ke)以(yi)采用(yong)吸附(fu)式，以(yi)及余(yu)熱--動(dong)力(li)轉換(huan)--低(di)溫制(zhi)(zhi)冷等技(ji)術，這些技(ji)術均比較成熟(shu)，關鍵(jian)是系(xi)統的集(ji)成率，以(yi)及造價等問題(ti)；
與分布式能源(yuan)系(xi)統相關(guan)的一次和二次能源(yuan)相關(guan)技(ji)術：
（1）天然氣(qi)系統的優化利(li)用，以及管道輸送技術；
（2）液(ye)化(hua)(hua)天然(ran)氣的(de)生產(chan)和(he)利用--分(fen)散化(hua)(hua)的(de)液(ye)化(hua)(hua)天然(ran)氣生產(chan)技術(shu)可以利用石油開采中(zhong)的(de)伴生氣資源，減少溫(wen)室氣體排(pai)放(fang)，資源的(de)綜合利用率，液(ye)化(hua)(hua)天然(ran)氣利用中(zhong)對于冷能的(de)有效(xiao)利用可以有效(xiao)節能等等，在液(ye)化(hua)(hua)天然(ran)氣利用中(zhong)，將產(chan)生大量的(de)新課題(ti)；
（3）煤層氣和(he)(he)礦(kuang)(kuang)井瓦(wa)(wa)斯(si)利用，可(ke)能(neng)有(you)60%以上的(de)(de)礦(kuang)(kuang)工是(shi)死在中國的(de)(de)礦(kuang)(kuang)井里(li)，而瓦(wa)(wa)斯(si)爆(bao)炸是(shi)元兇之一，減少(shao)礦(kuang)(kuang)工死亡和(he)(he)煤層氣和(he)(he)礦(kuang)(kuang)井瓦(wa)(wa)斯(si)資源的(de)(de)利用有(you)著密切關聯，利用煤層氣和(he)(he)礦(kuang)(kuang)井瓦(wa)(wa)斯(si)發電(dian)等技(ji)術不僅可(ke)以挽救無(wu)數礦(kuang)(kuang)工的(de)(de)生命，還能(neng)有(you)效減少(shao)溫室氣體(ti)排(pai)放，緩解全球變暖問題；
（4）可(ke)燃冰(bing)--存在于海(hai)底和高(gao)寒地區(qu)的天然氣水化合物是人類未(wei)來的主要能源，它(ta)是為分布(bu)式(shi)能源系統提(ti)供燃料的重要途徑(jing)；
（5）煤(mei)地下(xia)氣化--中(zhong)國(guo)目前有100億(yi)噸以(yi)上(shang)的(de)煤(mei)炭(tan)資源在開發過(guo)程中(zhong)被遺(yi)棄在地下(xia)，如(ru)何利用(yong)可控地下(xia)氣化技術將其變為(wei)氣體燃料(liao)回收利用(yong)是中(zhong)國(guo)煤(mei)炭(tan)工業的(de)重要課題(ti)；
（6）地熱(re)--利用和開(kai)發地熱(re)資源，將地下(xia)低品位熱(re)能(neng)轉換為高品位的電(dian)能(neng)或冷(leng)能(neng)是技術的關鍵；
（7）深(shen)層海(hai)水冷能--利用沿海(hai)深(shen)層海(hai)水的低溫資源，解決沿海(hai)城市的制冷問(wen)題(ti)，；
（8）水(shui)能--利用水(shui)利資源，特(te)別是小型水(shui)電(dian)設施解決農(nong)村以水(shui)代柴，保護植被；
（9）沼氣(qi)--利用城市(shi)垃(la)圾(ji)、農村(cun)廢(fei)棄物資源等進行(xing)發電或熱電聯產，減少溫室氣(qi)體排放，資源綜合利用水平；
（10）甲醇--利用(yong)煤等礦物資源生產甲醇，以代替石油(you)。甲醇可以滿足燃(ran)料(liao)電池(chi)對氫的需(xu)要；
（11）乙醇(chun)--利用(yong)植物(wu)資源生產(chan)乙醇(chun)，以代替石油和(he)其他礦物(wu)燃(ran)(ran)料(liao)(liao)，乙醇(chun)可(ke)以作為燃(ran)(ran)料(liao)(liao)直接使用(yong)，也可(ke)以作為燃(ran)(ran)料(liao)(liao)電池的(de)氫(qing)分離的(de)原料(liao)(liao)；
（12）氫(qing)--對于氫(qing)的(de)利用將(jiang)決(jue)定人(ren)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(guan)鍵(jian)；
（13）壓縮空氣--利用(yong)低估電力或其他能源生產(chan)高(gao)壓空氣，作(zuo)為汽車和(he)(he)其他動力設備，以及分(fen)布(bu)式能源的動力源，主要解決高(gao)增(zeng)壓比壓縮技術、設備小(xiao)型化、材料和(he)(he)效率等問題。
智能控制與群控優化(hua)技(ji)術：
（1）分布(bu)式能源機(ji)組和(he)系統(tong)自(zi)身的智(zhi)能化控(kong)制--解(jie)決設備“無人職守”問題，能夠根據需求(qiu)進行調節，自(zi)動跟(gen)蹤電(dian)、熱(re)、冷負荷；
（2）分(fen)布式能源與載體的(de)信息互動--解(jie)決分(fen)布式能源系統(tong)成為智能化建(jian)筑(zhu)的(de)一個組成部分(fen)，與建(jian)筑(zhu)系統(tong)的(de)需求(qiu)進行優化整合，建(jian)筑(zhu)的(de)能源可靠性(xing)和節能性(xing)；
（3）分布式能源(yuan)機組(zu)的(de)(de)聯合(he)(he)控制--分布式能源(yuan)采用模(mo)塊化(hua)(hua)組(zu)合(he)(he)設計(ji)，需要(yao)對模(mo)塊組(zu)合(he)(he)聯合(he)(he)控制，根據需求變化(hua)(hua)進行(xing)智能調(diao)節，決(jue)定(ding)每一模(mo)塊的(de)(de)運行(xing)狀態(tai)和模(mo)塊之間(jian)的(de)(de)調(diao)節優化(hua)(hua)關系(xi)；
（4）遠程(cheng)遙控(kong)--通過電(dian)話線(xian)、因特網、無線(xian)網絡和電(dian)源線(xian)對設備進行遠程(cheng)監(jian)視控(kong)制；
（5）群控優(you)化--根據一(yi)個區(qu)域內各種(zhong)用戶(hu)對于(yu)電力、熱力、制冷(leng)等需(xu)求(qiu)的(de)變(bian)化，以(yi)及燃料、氣(qi)溫變(bian)化趨勢、蓄能量庫存等等因素，優(you)化控制各個用戶(hu)的(de)分布式(shi)能源(yuan)系(xi)統(tong)，以(yi)及公共(gong)能源(yuan)系(xi)統(tong)，進(jin)行(xing)多系(xi)統(tong)容錯(cuo)優(you)化，減少冗余，各系(xi)統(tong)的(de)需(xu)求(qiu)適應性；
（6）智能電(dian)網(wang)技術--必須建立(li)電(dian)網(wang)信息(xi)化管理系統。
（7）信息化計(ji)量與結算系統--建立網絡(luo)化能(neng)源系統的各種能(neng)源產品(pin)和(he)各個(ge)用戶與分布(bu)式能(neng)源設施擁有者之間、各時段間根據預約定價進行計(ji)量和(he)結算的智能(neng)系統；
（8）自動信息發布(bu)(bu)(bu)系(xi)統(tong)--對于用戶與(yu)臨近用戶能(neng)(neng)源(yuan)使用狀(zhuang)態、用戶與(yu)臨近用戶的(de)分(fen)布(bu)(bu)(bu)式能(neng)(neng)源(yuan)系(xi)統(tong)伺服狀(zhuang)態、以(yi)(yi)及(ji)燃料系(xi)統(tong)和公共能(neng)(neng)源(yuan)供(gong)應系(xi)統(tong)的(de)運(yun)行狀(zhuang)態信息進(jin)(jin)行發布(bu)(bu)(bu)，以(yi)(yi)便智能(neng)(neng)化(hua)建筑、用戶能(neng)(neng)源(yuan)管(guan)理(li)系(xi)統(tong)、分(fen)布(bu)(bu)(bu)式能(neng)(neng)源(yuan)設(she)施(shi)、儲能(neng)(neng)設(she)施(shi)、設(she)備運(yun)行服務(wu)機構、以(yi)(yi)及(ji)燃料供(gong)應者和公共電網(wang)能(neng)(neng)夠根據每(mei)一信息源(yuan)所(suo)發布(bu)(bu)(bu)的(de)實時信息進(jin)(jin)行狀(zhuang)態優化(hua)調整，實現資源(yuan)共享。
綜合系統優化(hua)技術：
（1）多種能(neng)(neng)(neng)源(yuan)系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)整合(he)優(you)(you)化(hua)(hua)--將各(ge)種不同的能(neng)(neng)(neng)源(yuan)系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)進行聯(lian)合(he)優(you)(you)化(hua)(hua)，例(li)如：將分布式能(neng)(neng)(neng)源(yuan)與(yu)傳統(tong)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)整合(he)后，進行聯(lian)合(he)優(you)(you)化(hua)(hua)；或者，將分布式能(neng)(neng)(neng)源(yuan)系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)與(yu)冰蓄冷系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)整合(he)并進行聯(lian)合(he)再優(you)(you)化(hua)(hua)，將微型燃氣(qi)輪機與(yu)熱泵系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)整合(he)優(you)(you)化(hua)(hua)，以(yi)及太陽能(neng)(neng)(neng)與(yu)分布式系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)的優(you)(you)化(hua)(hua)整合(he)等等，達到取長補短(duan)的目的，發揮各(ge)個系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)的綜(zong)合(he)優(you)(you)勢；
（2）將分布式能源與交(jiao)通系(xi)(xi)統整合(he)優(you)化--利(li)用低谷電力為電動(dong)汽(qi)車蓄電或燃料電池汽(qi)車儲氫等，將燃料電池和混合(he)動(dong)力汽(qi)車作為電源形成隨著(zhu)人流(liu)移動(dong)的電源和供水系(xi)(xi)統。實現節(jie)約(yue)投(tou)資經費；
（3）分布(bu)式能(neng)源(yuan)系統(tong)電網接(jie)入(ru)研究--解決分布(bu)式能(neng)源(yuan)與現有電網設施(shi)的兼(jian)容、整合等問題；
（4）蓄(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)(neng)技術--通過蓄(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)(neng)技術的開發應(ying)用，解決能(neng)(neng)(neng)(neng)源的延時性(xing)調節問題，能(neng)(neng)(neng)(neng)源系統的容錯(cuo)能(neng)(neng)(neng)(neng)力(li)，其(qi)中包(bao)(bao)括蓄(xu)(xu)電、蓄(xu)(xu)熱(re)、蓄(xu)(xu)冷和(he)蓄(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)(neng)四個(ge)技術方(fang)向(xiang)。蓄(xu)(xu)電包(bao)(bao)括化(hua)學蓄(xu)(xu)電：電池；物(wu)理蓄(xu)(xu)電：飛輪和(he)水能(neng)(neng)(neng)(neng)、氣(qi)能(neng)(neng)(neng)(neng)。蓄(xu)(xu)熱(re)包(bao)(bao)括項變蓄(xu)(xu)熱(re)、熱(re)水、熱(re)油和(he)蒸汽等多種(zhong)(zhong)形式(shi)(shi)。蓄(xu)(xu)冷：冰和(he)水。蓄(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)(neng)包(bao)(bao)括物(wu)理蓄(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)(neng)：機(ji)械蓄(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)(neng)、水蓄(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)(neng)、以及記憶金屬蓄(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)(neng)等多種(zhong)(zhong)方(fang)式(shi)(shi)；
（5）地源蓄能技術(shu)(shu)--利用(yong)地下水和(he)土(tu)壤將冬季的冷和(he)夏季的熱蓄能儲存，進(jin)行季節性(xing)調(diao)節使用(yong)，結合(he)熱泵技術(shu)(shu)進(jin)行直接利用(yong)，減少城市熱島效應(ying)；
（6）網(wang)絡式能源(yuan)(yuan)系統(tong)--互聯網(wang)式的分布式能源(yuan)(yuan)梯級(ji)利(li)用(yong)系統(tong)是未來能源(yuan)(yuan)工業的重要形態。 資(zi)源(yuan)(yuan)深度利(li)用(yong)技術(shu)：
（1）天然氣(qi)凝結水技術(shu)--利用天然氣(qi)燃燒后的化學(xue)反應結果回收(shou)水，解決部分城市(shi)水資源緊缺問題；
（2）將分(fen)布式能源(yuan)與大(da)棚(peng)結合的(de)技術(shu)--將分(fen)布式能源(yuan)系統發電設備排除的(de)余(yu)熱、二氧化碳和(he)水(shui)蒸汽(qi)注入大(da)棚(peng)，作(zuo)為氣體(ti)肥(fei)料和(he)熱源(yuan)，解(jie)決城市綠化和(he)蔬果供應(ying)，同時減少(shao)溫室氣體(ti)和(he)其他污染(ran)物排放(fang)問題；
（3）利(li)(li)用(yong)發電制冷(leng)的冷(leng)卻水生產生活熱水的技術--利(li)(li)用(yong)熱泵的技術，將(jiang)低品位熱源轉換為較高品位的生活熱水，減(jian)少能(neng)源消耗；
（4）空調系統廢(fei)熱回收(shou)技術--發(fa)展(zhan)全新風空調系統中有效利用回風中的余熱和余冷，減少(shao)能耗；
（5）污水(shui)水(shui)源熱(re)泵系統--利用(yong)生活污水(shui)中的熱(re)量(liang)；
（6）小型生物質(zhi)沼氣生產技術--利用民用設施污水、垃(la)圾(ji)和大棚廢(fei)棄生物質(zhi)就(jiu)地生產沼氣的技術。
未來20年(nian)中國能源技(ji)術發展方向——分布(bu)式(shi)能源及相(xiang)關技(ji)術
