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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未來20年(nian)中國能源(yuan)技術發(fa)展方向——分布式(shi)能源(yuan)及相關技術
所(suo)謂“分布(bu)式(shi)(shi)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)”是指分布(bu)在(zai)(zai)(zai)用(yong)(yong)(yong)戶端的能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)綜合利用(yong)(yong)(yong)系(xi)統。一次(ci)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)以(yi)(yi)氣(qi)體燃料為主，可再生能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)為輔，利用(yong)(yong)(yong)一切可以(yi)(yi)利用(yong)(yong)(yong)的資源(yuan)(yuan)(yuan)；二次(ci)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)以(yi)(yi)分布(bu)在(zai)(zai)(zai)用(yong)(yong)(yong)戶端的熱電冷（植）聯產(chan)為主，其他能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)供應(ying)系(xi)統為輔，實(shi)現(xian)以(yi)(yi)直接(jie)滿足用(yong)(yong)(yong)戶多(duo)種需(xu)求的能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)梯級利用(yong)(yong)(yong)，并通(tong)過能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)供應(ying)系(xi)統提(ti)供支(zhi)持和補充；在(zai)(zai)(zai)環(huan)境保護上，將部分污染(ran)分散(san)化、資源(yuan)(yuan)(yuan)化，爭取實(shi)現(xian)適度(du)排(pai)放的目標(biao)；在(zai)(zai)(zai)管理體系(xi)上，依托智能(neng)信息(xi)化技術實(shi)現(xian)現(xian)場(chang)無人職守，通(tong)過社會化服務體系(xi)提(ti)供設計(ji)、安(an)裝、運行、維修一體化保障。 分布(bu)式(shi)(shi)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)技術的基(ji)礎(chu)科學主要在(zai)(zai)(zai)以(yi)(yi)下幾(ji)個方面：
1、動力與能源轉換設備；
2、一次和二次能源相關(guan)技術；
3、智(zhi)能控制(zhi)與群控優化技術；
4、綜合系統優化(hua)技術；
5、資源(yuan)深度利用技術。
動(dong)力與(yu)能源轉(zhuan)換設備：
主要是指(zhi)一些(xie)基(ji)于傳統技(ji)(ji)術的完善和新技(ji)(ji)術的發展。
（1）小(xiao)型(xing)燃(ran)氣輪(lun)機--在(zai)小(xiao)型(xing)航(hang)空渦輪(lun)發動機技(ji)術的基礎上(shang)(shang)，實現(xian)地面(mian)發電和(he)供(gong)熱的聯(lian)產(chan)技(ji)術。目前(qian)中(zhong)國在(zai)這一技(ji)術上(shang)(shang)已經可以開發相應產(chan)品，主要的問題(ti)是(shi)需要設(she)備的能(neng)源轉換效(xiao)率，可靠性，延長設(she)備檢修周期，設(she)備的自動智能(neng)控(kong)制水平；
（2）微(wei)型燃氣(qi)輪(lun)機(ji)--這是基(ji)于(yu)(yu)汽車發(fa)動機(ji)增壓(ya)渦輪(lun)技(ji)(ji)術(shu)的延伸，關鍵技(ji)(ji)術(shu)在(zai)于(yu)(yu)精密鑄造和燒結金屬陶瓷(ci)轉子，空(kong)氣(qi)或磁懸浮軸(zhou)承(cheng)，回熱利用技(ji)(ji)術(shu)，永磁發(fa)電技(ji)(ji)術(shu)，可控硅變頻控制技(ji)(ji)術(shu)等(deng)。由于(yu)(yu)技(ji)(ji)術(shu)層次并不(bu)高，其中許(xu)多項目(mu)已經有專家在(zai)研究，只要真正(zheng)重視。
（3）燃(ran)氣內燃(ran)機--內燃(ran)機技術對于中國(guo)(guo)已經成熟，但是(shi)(shi)燃(ran)氣內燃(ran)機的(de)制造水平與(yu)國(guo)(guo)際先進(jin)設備還存在比較大的(de)差距，主(zhu)要是(shi)(shi)轉(zhuan)換(huan)效率(lv)、排放控(kong)制、電(dian)子(zi)控(kong)制和設備大修周期等(deng)，此外，國(guo)(guo)外正在發展(zhan)的(de)預燃(ran)、回熱、增壓渦輪技術，以及電(dian)子(zi)變頻等(deng)技術，都是(shi)(shi)發展(zhan)的(de)重要方向；
（4）斯特林(lin)發(fa)(fa)動機--外燃式斯特林(lin)技(ji)術(shu)中(zhong)國已(yi)經有了比較大的突破，上海711所(suo)已(yi)經可(ke)以(yi)生產(chan)該技(ji)術(shu)的產(chan)品，目(mu)前主要(yao)是(shi)設(she)備可(ke)靠性和發(fa)(fa)電效率，以(yi)及自動化控制水(shui)平(ping)；
（5）燃料電(dian)池--該技(ji)術(shu)有(you)質子交換(huan)膜、固體氧化物、熔融硅酸鹽和氫(qing)氧重整等多(duo)種(zhong)技(ji)術(shu)方式，該技(ji)術(shu)應用極為廣泛，污染極小，而且(qie)可以同燃氣輪機(ji)技(ji)術(shu)整合，發電(dian)效率將(jiang)可能達到80%，是(shi)未來(lai)有(you)發展價(jia)值(zhi)的技(ji)術(shu)；
（6）微(wei)型蒸(zheng)汽(qi)輪(lun)機--蒸(zheng)汽(qi)輪(lun)機是傳統的(de)技術，但是利(li)用一(yi)部噪音小、振(zhen)動小、運行方(fang)便可(ke)靠的(de)小型蒸(zheng)汽(qi)輪(lun)機代替熱交(jiao)換(huan)器，將(jiang)其中(zhong)一(yi)部分能量(liang)轉(zhuan)換(huan)為價值較(jiao)高(gao)的(de)電能，或(huo)者利(li)用蒸(zheng)汽(qi)管(guan)網中(zhong)較(jiao)低品(pin)位的(de)蒸(zheng)汽(qi)為制冰機組提供低溫冷能，可(ke)以更好(hao)地利(li)用蒸(zheng)汽(qi)中(zhong)的(de)能量(liang)；
（7）微(wei)(wei)型水(shui)(shui)(shui)輪機和(he)微(wei)(wei)型抽水(shui)(shui)(shui)蓄能(neng)電(dian)站--小型、微(wei)(wei)型水(shui)(shui)(shui)輪機組不僅可(ke)以(yi)在有水(shui)(shui)(shui)位落(luo)差(cha)的(de)地方使用(yong)(yong)，而且可(ke)以(yi)廣泛利用(yong)(yong)在分布式能(neng)源項目上。利用(yong)(yong)自來水(shui)(shui)(shui)管網(wang)的(de)水(shui)(shui)(shui)能(neng)壓力，或者建筑物可(ke)能(neng)產生的(de)落(luo)差(cha)進行發(fa)電(dian)，并在用(yong)(yong)電(dian)低谷進行抽水(shui)(shui)(shui)蓄能(neng)，新型的(de)微(wei)(wei)型水(shui)(shui)(shui)輪發(fa)電(dian)機組將何以(yi)采(cai)用(yong)(yong)電(dian)子變(bian)頻(pin)控制技術，調整電(dian)能(neng)品質；
（8）太(tai)陽(yang)能發電和(he)太(tai)陽(yang)熱發電--利用太(tai)陽(yang)能量(liang)的發電技(ji)術，將(jiang)太(tai)陽(yang)熱發電與(yu)沼氣利用整合(he)，將(jiang)光(guang)伏(fu)電池(chi)與(yu)建筑材料(liao)整合(he)，利用光(guang)導纖維與(yu)照(zhao)明技(ji)術整合(he)等(deng)等(deng)；
（9）風(feng)(feng)能(neng)(neng)--風(feng)(feng)力(li)(li)發電(dian)是(shi)能(neng)(neng)源發展的(de)一個重(zhong)要(yao)方向，在大(da)型(xing)(xing)風(feng)(feng)場大(da)量利用大(da)型(xing)(xing)風(feng)(feng)機發電(dian)將何(he)以(yi)代替現有的(de)火力(li)(li)發電(dian)系統，但是(shi)對于(yu)居住(zhu)分散的(de)用戶小(xiao)型(xing)(xing)的(de)風(feng)(feng)力(li)(li)發電(dian)系統更加(jia)具有普及(ji)意(yi)義，小(xiao)型(xing)(xing)風(feng)(feng)力(li)(li)發電(dian)系統主要(yao)需要(yao)解決的(de)是(shi)成本、可靠性和蓄能(neng)(neng)問題；
（10）余(yu)熱(re)制(zhi)冷(leng)系(xi)統--利(li)用(yong)動力機產生的余(yu)熱(re)供熱(re)制(zhi)冷(leng)是分布式(shi)熱(re)電冷(leng)三聯供系(xi)統的重要(yao)環(huan)節(jie)，尤(you)其是制(zhi)冷(leng)，可以(yi)(yi)(yi)采用(yong)吸(xi)收式(shi)制(zhi)冷(leng)，也可以(yi)(yi)(yi)采用(yong)吸(xi)附式(shi)，以(yi)(yi)(yi)及余(yu)熱(re)--動力轉換--低溫制(zhi)冷(leng)等(deng)技(ji)術(shu)，這些(xie)技(ji)術(shu)均比(bi)較成熟，關鍵(jian)是系(xi)統的集成率，以(yi)(yi)(yi)及造價等(deng)問題；
與分布式能源(yuan)(yuan)系統相關(guan)的一(yi)次和二次能源(yuan)(yuan)相關(guan)技(ji)術：
（1）天然(ran)氣系統的優化利用(yong)，以及管(guan)道(dao)輸送(song)技術(shu)；
（2）液化天(tian)然氣(qi)(qi)(qi)的(de)(de)生產和利用(yong)(yong)--分散化的(de)(de)液化天(tian)然氣(qi)(qi)(qi)生產技術可以利用(yong)(yong)石油開采中(zhong)的(de)(de)伴生氣(qi)(qi)(qi)資源，減(jian)少溫(wen)室(shi)氣(qi)(qi)(qi)體排放(fang)，資源的(de)(de)綜合(he)利用(yong)(yong)率，液化天(tian)然氣(qi)(qi)(qi)利用(yong)(yong)中(zhong)對于(yu)冷能的(de)(de)有效利用(yong)(yong)可以有效節能等等，在液化天(tian)然氣(qi)(qi)(qi)利用(yong)(yong)中(zhong)，將產生大量的(de)(de)新課(ke)題；
（3）煤層氣(qi)和(he)礦(kuang)井(jing)瓦斯(si)利用，可(ke)能(neng)有60%以(yi)上的(de)礦(kuang)工(gong)是死在中(zhong)國的(de)礦(kuang)井(jing)里(li)，而瓦斯(si)爆炸是元兇(xiong)之一(yi)，減(jian)少(shao)礦(kuang)工(gong)死亡和(he)煤層氣(qi)和(he)礦(kuang)井(jing)瓦斯(si)資(zi)源的(de)利用有著(zhu)密切關聯(lian)，利用煤層氣(qi)和(he)礦(kuang)井(jing)瓦斯(si)發電等技術不(bu)僅可(ke)以(yi)挽救(jiu)無數(shu)礦(kuang)工(gong)的(de)生命，還能(neng)有效減(jian)少(shao)溫(wen)室氣(qi)體排放，緩解全球(qiu)變暖問題；
（4）可(ke)燃(ran)冰--存在(zai)于(yu)海(hai)底和高寒地區的(de)天然氣(qi)水化合物是人類未來的(de)主(zhu)要能(neng)源，它是為分布式能(neng)源系(xi)統提(ti)供燃(ran)料的(de)重(zhong)要途徑；
（5）煤地(di)下氣化--中國目(mu)前有100億噸以上的煤炭資源在(zai)開發過程中被遺棄在(zai)地(di)下，如何利(li)用(yong)可控地(di)下氣化技術將其(qi)變為(wei)氣體燃料回收利(li)用(yong)是中國煤炭工業的重要課題；
（6）地熱--利用和(he)開(kai)發地熱資源，將(jiang)地下低品位熱能轉(zhuan)換為(wei)高品位的電能或(huo)冷能是技術的關鍵；
（7）深層(ceng)(ceng)海(hai)水(shui)冷能--利(li)用沿海(hai)深層(ceng)(ceng)海(hai)水(shui)的低(di)溫資源(yuan)，解決沿海(hai)城市的制冷問題，；
（8）水能--利用水利資源，特(te)別是小型水電設施解決農村以水代(dai)柴，保護植(zhi)被；
（9）沼(zhao)氣--利用城市垃圾、農村廢棄物資(zi)源等(deng)進行發電或熱(re)電聯產，減少溫室氣體排放(fang)，資(zi)源綜合利用水平；
（10）甲(jia)醇--利(li)用煤等礦物資源生產甲(jia)醇，以(yi)代替(ti)石油。甲(jia)醇可以(yi)滿足燃料電(dian)池對氫的需要(yao)；
（11）乙醇--利用植(zhi)物(wu)資源生產(chan)乙醇，以(yi)代替石(shi)油(you)和其他礦物(wu)燃(ran)料(liao)(liao)，乙醇可(ke)以(yi)作為(wei)(wei)燃(ran)料(liao)(liao)直(zhi)接使用，也(ye)可(ke)以(yi)作為(wei)(wei)燃(ran)料(liao)(liao)電池的(de)氫(qing)分離的(de)原料(liao)(liao)；
（12）氫(qing)(qing)--對(dui)于(yu)氫(qing)(qing)的(de)(de)利用將(jiang)決定人(ren)類的(de)(de)未來，如何從(cong)水中低成(cheng)本地(di)重整氫(qing)(qing)氣(qi)將(jiang)是技(ji)術的(de)(de)關鍵；
（13）壓(ya)縮空氣--利用低估電力或其他能源(yuan)生產(chan)高(gao)壓(ya)空氣，作為汽車(che)和(he)其他動力設備，以(yi)及分布式能源(yuan)的(de)動力源(yuan)，主要解決高(gao)增壓(ya)比壓(ya)縮技(ji)術、設備小型化、材料和(he)效(xiao)率等問(wen)題(ti)。
智(zhi)能控制與(yu)群控優化技術：
（1）分布式(shi)能源機組和系(xi)統自(zi)身的智能化控制--解決設備“無人職守(shou)”問題(ti)，能夠根據需求進行調節，自(zi)動跟蹤電(dian)、熱(re)、冷負荷；
（2）分(fen)(fen)布式(shi)能(neng)源(yuan)與(yu)載(zai)體的(de)信息(xi)互動--解(jie)決分(fen)(fen)布式(shi)能(neng)源(yuan)系(xi)統成為(wei)智能(neng)化建筑(zhu)的(de)一個組(zu)成部分(fen)(fen)，與(yu)建筑(zhu)系(xi)統的(de)需求進行優化整(zheng)合，建筑(zhu)的(de)能(neng)源(yuan)可靠性(xing)和(he)節能(neng)性(xing)；
（3）分(fen)布式能源機組的(de)聯合控(kong)制--分(fen)布式能源采(cai)用(yong)模塊(kuai)化組合設計，需要對模塊(kuai)組合聯合控(kong)制，根據(ju)需求變化進行(xing)智能調節(jie)(jie)，決定(ding)每(mei)一(yi)模塊(kuai)的(de)運(yun)行(xing)狀態和模塊(kuai)之間的(de)調節(jie)(jie)優化關(guan)系；
（4）遠程遙(yao)控--通過電話線(xian)、因特網(wang)、無線(xian)網(wang)絡和電源線(xian)對設(she)備進行(xing)遠程監視控制；
（5）群控優化(hua)--根據一個區(qu)域內各種用戶對于電力、熱力、制冷等需求的(de)變化(hua)，以及(ji)燃料、氣溫(wen)變化(hua)趨(qu)勢、蓄能(neng)量(liang)庫存等等因素，優化(hua)控制各個用戶的(de)分(fen)布式能(neng)源(yuan)系(xi)(xi)統，以及(ji)公共能(neng)源(yuan)系(xi)(xi)統，進行(xing)多系(xi)(xi)統容錯優化(hua)，減少(shao)冗余，各系(xi)(xi)統的(de)需求適(shi)應性(xing)；
（6）智能(neng)電網技術(shu)--必須建立電網信息化管理系(xi)統。
（7）信(xin)息化計量(liang)與(yu)結(jie)算系統(tong)--建立網(wang)絡化能(neng)源系統(tong)的(de)各(ge)種能(neng)源產品和(he)各(ge)個(ge)用戶與(yu)分布式能(neng)源設施擁有者(zhe)之間(jian)、各(ge)時段間(jian)根據預約(yue)定價進行計量(liang)和(he)結(jie)算的(de)智能(neng)系統(tong)；
（8）自動信息發布(bu)系(xi)(xi)統(tong)--對于用(yong)(yong)戶(hu)與臨近(jin)用(yong)(yong)戶(hu)能(neng)源(yuan)使用(yong)(yong)狀態、用(yong)(yong)戶(hu)與臨近(jin)用(yong)(yong)戶(hu)的分布(bu)式能(neng)源(yuan)系(xi)(xi)統(tong)伺服(fu)狀態、以(yi)及(ji)燃(ran)料(liao)系(xi)(xi)統(tong)和(he)公共能(neng)源(yuan)供應系(xi)(xi)統(tong)的運(yun)行狀態信息進行發布(bu)，以(yi)便(bian)智能(neng)化建筑(zhu)、用(yong)(yong)戶(hu)能(neng)源(yuan)管理系(xi)(xi)統(tong)、分布(bu)式能(neng)源(yuan)設(she)施、儲能(neng)設(she)施、設(she)備運(yun)行服(fu)務機構、以(yi)及(ji)燃(ran)料(liao)供應者和(he)公共電網(wang)能(neng)夠根據每一信息源(yuan)所發布(bu)的實(shi)時信息進行狀態優(you)化調整，實(shi)現(xian)資源(yuan)共享(xiang)。
綜合(he)系統優(you)化技術：
（1）多種能(neng)(neng)源系(xi)(xi)統(tong)整(zheng)(zheng)(zheng)合(he)(he)(he)(he)優(you)(you)化(hua)--將(jiang)(jiang)(jiang)各(ge)種不(bu)同的(de)能(neng)(neng)源系(xi)(xi)統(tong)進行聯(lian)合(he)(he)(he)(he)優(you)(you)化(hua)，例(li)如：將(jiang)(jiang)(jiang)分(fen)布(bu)式(shi)(shi)能(neng)(neng)源與傳統(tong)能(neng)(neng)源系(xi)(xi)統(tong)整(zheng)(zheng)(zheng)合(he)(he)(he)(he)后，進行聯(lian)合(he)(he)(he)(he)優(you)(you)化(hua)；或者，將(jiang)(jiang)(jiang)分(fen)布(bu)式(shi)(shi)能(neng)(neng)源系(xi)(xi)統(tong)與冰蓄冷(leng)系(xi)(xi)統(tong)整(zheng)(zheng)(zheng)合(he)(he)(he)(he)并進行聯(lian)合(he)(he)(he)(he)再優(you)(you)化(hua)，將(jiang)(jiang)(jiang)微型(xing)燃氣輪機與熱泵系(xi)(xi)統(tong)整(zheng)(zheng)(zheng)合(he)(he)(he)(he)優(you)(you)化(hua)，以及太陽能(neng)(neng)與分(fen)布(bu)式(shi)(shi)系(xi)(xi)統(tong)的(de)優(you)(you)化(hua)整(zheng)(zheng)(zheng)合(he)(he)(he)(he)等(deng)等(deng)，達到取(qu)長補短的(de)目(mu)的(de)，發(fa)揮各(ge)個系(xi)(xi)統(tong)的(de)綜合(he)(he)(he)(he)優(you)(you)勢；
（2）將分布式能源與交通系統整合優(you)化--利用(yong)低谷(gu)電(dian)(dian)力為(wei)電(dian)(dian)動(dong)汽(qi)(qi)車蓄電(dian)(dian)或燃(ran)料電(dian)(dian)池汽(qi)(qi)車儲氫等，將燃(ran)料電(dian)(dian)池和混合動(dong)力汽(qi)(qi)車作(zuo)為(wei)電(dian)(dian)源形成(cheng)隨著(zhu)人流移動(dong)的電(dian)(dian)源和供(gong)水系統。實現節約投資經費；
（3）分(fen)布(bu)式(shi)能源系統電(dian)網接入(ru)研究(jiu)--解決分(fen)布(bu)式(shi)能源與現(xian)有電(dian)網設施的兼容、整合等問題；
（4）蓄(xu)(xu)能(neng)技(ji)術(shu)--通過蓄(xu)(xu)能(neng)技(ji)術(shu)的開發應用，解(jie)決能(neng)源的延時性調節問題，能(neng)源系統的容錯能(neng)力，其中包括蓄(xu)(xu)電、蓄(xu)(xu)熱(re)、蓄(xu)(xu)冷(leng)和(he)蓄(xu)(xu)能(neng)四個技(ji)術(shu)方向。蓄(xu)(xu)電包括化學蓄(xu)(xu)電：電池；物理蓄(xu)(xu)電：飛輪和(he)水(shui)能(neng)、氣能(neng)。蓄(xu)(xu)熱(re)包括項變蓄(xu)(xu)熱(re)、熱(re)水(shui)、熱(re)油和(he)蒸(zheng)汽(qi)等多種形(xing)式(shi)。蓄(xu)(xu)冷(leng)：冰和(he)水(shui)。蓄(xu)(xu)能(neng)包括物理蓄(xu)(xu)能(neng)：機械蓄(xu)(xu)能(neng)、水(shui)蓄(xu)(xu)能(neng)、以(yi)及記憶金屬(shu)蓄(xu)(xu)能(neng)等多種方式(shi)；
（5）地源蓄(xu)能技(ji)術--利用地下水和土壤(rang)將(jiang)冬(dong)季的(de)(de)冷和夏季的(de)(de)熱蓄(xu)能儲存，進(jin)行季節性(xing)調節使用，結合(he)熱泵技(ji)術進(jin)行直接利用，減(jian)少城市熱島效應；
（6）網(wang)絡式(shi)(shi)能(neng)源(yuan)系統--互(hu)聯網(wang)式(shi)(shi)的分布式(shi)(shi)能(neng)源(yuan)梯級利用系統是(shi)未來能(neng)源(yuan)工業(ye)的重要形態。 資源(yuan)深度利用技(ji)術：
（1）天(tian)然氣凝結水技術--利用(yong)天(tian)然氣燃(ran)燒后的(de)化學反應結果(guo)回收(shou)水，解決(jue)部分城市水資源緊缺問題(ti)；
（2）將(jiang)分布(bu)式(shi)能源(yuan)與大棚結(jie)合的技(ji)術--將(jiang)分布(bu)式(shi)能源(yuan)系統發電設備排除的余熱、二氧化碳和水蒸汽注入大棚，作為氣體肥料和熱源(yuan)，解(jie)決城市綠化和蔬果供應，同時減少溫室氣體和其他污(wu)染物排放(fang)問題；
（3）利用發電(dian)制冷的(de)冷卻水(shui)(shui)(shui)生產生活(huo)熱(re)水(shui)(shui)(shui)的(de)技術(shu)--利用熱(re)泵的(de)技術(shu)，將(jiang)低(di)品位熱(re)源轉(zhuan)換(huan)為較高品位的(de)生活(huo)熱(re)水(shui)(shui)(shui)，減少能源消(xiao)耗；
（4）空(kong)調系統廢熱回(hui)收(shou)技術--發(fa)展全新風空(kong)調系統中有效利用回(hui)風中的余熱和余冷(leng)，減少能耗；
（5）污(wu)水(shui)水(shui)源熱泵系統--利用(yong)生活污(wu)水(shui)中的(de)熱量；
（6）小型生(sheng)物(wu)質沼氣生(sheng)產技術(shu)--利用民用設施污水、垃(la)圾和大棚廢(fei)棄生(sheng)物(wu)質就地生(sheng)產沼氣的(de)技術(shu)。
未來20年中(zhong)國能源技(ji)術(shu)發展方向——分布(bu)式能源及相關技(ji)術(shu)
