未來20年中國能源技術發(fā)展方向——分布式能源及相關技術
發(fā)布時間：2022-7-8
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未來20年中國能源技術發(fā)展方向——分布式能源及相關技術
所謂“分布式能源”是指分布在用戶端的能源綜合利用系統(tǒng)。一次能源以氣體燃料為主，可再生能源為輔，利用一切可以利用的資源；二次能源以分布在用戶端的熱電冷（植）聯(lián)產(chǎn)為主，其他能源供應系統(tǒng)為輔，實現(xiàn)以直接滿足用戶多種需求的能源梯級利用，并通過能源供應系統(tǒng)提供支持和補充；在環(huán)境保護上，將部分污染分散化、資源化，爭取實現(xiàn)適度排放的目標；在管理體系上，依托智能信息化技術實現(xiàn)現(xiàn)場無人職守，通過社會化服務體系提供設計、安裝、運行、維修一體化保障。 分布式能源技術的基礎科學主要在以下幾個方面：
1、動力與能源轉換設備；
2、一次和二次能源相關技術；
3、智能控制與群控優(yōu)化技術；
4、綜合系統(tǒng)優(yōu)化技術；
5、資源深度利用技術。
動力與能源轉換設備：
主要是指一些基于傳統(tǒng)技術的完善和新技術的發(fā)展。
（1）小型燃氣輪機--在小型航空渦輪發(fā)動機技術的基礎上，實現(xiàn)地面發(fā)電和供熱的聯(lián)產(chǎn)技術。目前中國在這一技術上已經(jīng)可以開發(fā)相應產(chǎn)品，主要的問題是需要設備的能源轉換效率，可靠性，延長設備檢修周期，設備的自動智能控制水平；
�。�2）微型燃氣輪機--這是基于汽車發(fā)動機增壓渦輪技術的延伸，關鍵技術在于精密鑄造和燒結金屬陶瓷轉子，空氣或磁懸浮軸承，回熱利用技術，永磁發(fā)電技術，可控硅變頻控制技術等。由于技術層次并不高，其中許多項目已經(jīng)有專家在研究，只要真正重視。
�。�3）燃氣內(nèi)燃機--內(nèi)燃機技術對于中國已經(jīng)成熟，但是燃氣內(nèi)燃機的制造水平與國際先進設備還存在比較大的差距，主要是轉換效率、排放控制、電子控制和設備大修周期等，此外，國外正在發(fā)展的預燃、回熱、增壓渦輪技術，以及電子變頻等技術，都是發(fā)展的重要方向；
�。�4）斯特林發(fā)動機--外燃式斯特林技術中國已經(jīng)有了比較大的突破，上海711所已經(jīng)可以生產(chǎn)該技術的產(chǎn)品，目前主要是設備可靠性和發(fā)電效率，以及自動化控制水平；
�。�5）燃料電池--該技術有質(zhì)子交換膜、固體氧化物、熔融硅酸鹽和氫氧重整等多種技術方式，該技術應用極為廣泛，污染極小，而且可以同燃氣輪機技術整合，發(fā)電效率將可能達到80%，是未來有發(fā)展價值的技術；
�。�6）微型蒸汽輪機--蒸汽輪機是傳統(tǒng)的技術，但是利用一部噪音小、振動小、運行方便可靠的小型蒸汽輪機代替熱交換器，將其中一部分能量轉換為價值較高的電能，或者利用蒸汽管網(wǎng)中較低品位的蒸汽為制冰機組提供低溫冷能，可以更好地利用蒸汽中的能量；
�。�7）微型水輪機和微型抽水蓄能電站--小型、微型水輪機組不僅可以在有水位落差的地方使用，而且可以廣泛利用在分布式能源項目上。利用自來水管網(wǎng)的水能壓力，或者建筑物可能產(chǎn)生的落差進行發(fā)電，并在用電低谷進行抽水蓄能，新型的微型水輪發(fā)電機組將何以采用電子變頻控制技術，調(diào)整電能品質(zhì)；
�。�8）太陽能發(fā)電和太陽熱發(fā)電--利用太陽能量的發(fā)電技術，將太陽熱發(fā)電與沼氣利用整合，將光伏電池與建筑材料整合，利用光導纖維與照明技術整合等等；
�。�9）風能--風力發(fā)電是能源發(fā)展的一個重要方向，在大型風場大量利用大型風機發(fā)電將何以代替現(xiàn)有的火力發(fā)電系統(tǒng)，但是對于居住分散的用戶小型的風力發(fā)電系統(tǒng)更加具有普及意義，小型風力發(fā)電系統(tǒng)主要需要解決的是成本、可靠性和蓄能問題；
（10）余熱制冷系統(tǒng)--利用動力機產(chǎn)生的余熱供熱制冷是分布式熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，尤其是制冷，可以采用吸收式制冷，也可以采用吸附式，以及余熱--動力轉換--低溫制冷等技術，這些技術均比較成熟，關鍵是系統(tǒng)的集成率，以及造價等問題；
與分布式能源系統(tǒng)相關的一次和二次能源相關技術：
�。�1）天然氣系統(tǒng)的優(yōu)化利用，以及管道輸送技術；
（2）液化天然氣的生產(chǎn)和利用--分散化的液化天然氣生產(chǎn)技術可以利用石油開采中的伴生氣資源，減少溫室氣體排放，資源的綜合利用率，液化天然氣利用中對于冷能的有效利用可以有效節(jié)能等等，在液化天然氣利用中，將產(chǎn)生大量的新課題；
（3）煤層氣和礦井瓦斯利用，可能有60%以上的礦工是死在中國的礦井里，而瓦斯爆炸是元兇之一，減少礦工死亡和煤層氣和礦井瓦斯資源的利用有著密切關聯(lián)，利用煤層氣和礦井瓦斯發(fā)電等技術不僅可以挽救無數(shù)礦工的生命，還能有效減少溫室氣體排放，緩解全球變暖問題；
�。�4）可燃冰--存在于海底和高寒地區(qū)的天然氣水化合物是人類未來的主要能源，它是為分布式能源系統(tǒng)提供燃料的重要途徑；
�。�5）煤地下氣化--中國目前有100億噸以上的煤炭資源在開發(fā)過程中被遺棄在地下，如何利用可控地下氣化技術將其變?yōu)闅怏w燃料回收利用是中國煤炭工業(yè)的重要課題；
�。�6）地熱--利用和開發(fā)地熱資源，將地下低品位熱能轉換為高品位的電能或冷能是技術的關鍵；
�。�7）深層海水冷能--利用沿海深層海水的低溫資源，解決沿海城市的制冷問題，；
�。�8）水能--利用水利資源，特別是小型水電設施解決農(nóng)村以水代柴，保護植被；
�。�9）沼氣--利用城市垃圾、農(nóng)村廢棄物資源等進行發(fā)電或熱電聯(lián)產(chǎn)，減少溫室氣體排放，資源綜合利用水平；
（10）甲醇--利用煤等礦物資源生產(chǎn)甲醇，以代替石油。甲醇可以滿足燃料電池對氫的需要；
�。�11）乙醇--利用植物資源生產(chǎn)乙醇，以代替石油和其他礦物燃料，乙醇可以作為燃料直接使用，也可以作為燃料電池的氫分離的原料；
�。�12）氫--對于氫的利用將決定人類的未來，如何從水中低成本地重整氫氣將是技術的關鍵；
�。�13）壓縮空氣--利用低估電力或其他能源生產(chǎn)高壓空氣，作為汽車和其他動力設備，以及分布式能源的動力源，主要解決高增壓比壓縮技術、設備小型化、材料和效率等問題。
智能控制與群控優(yōu)化技術：
�。�1）分布式能源機組和系統(tǒng)自身的智能化控制--解決設備“無人職守”問題，能夠根據(jù)需求進行調(diào)節(jié)，自動跟蹤電、熱、冷負荷；
�。�2）分布式能源與載體的信息互動--解決分布式能源系統(tǒng)成為智能化建筑的一個組成部分，與建筑系統(tǒng)的需求進行優(yōu)化整合，建筑的能源可靠性和節(jié)能性；
�。�3）分布式能源機組的聯(lián)合控制--分布式能源采用模塊化組合設計，需要對模塊組合聯(lián)合控制，根據(jù)需求變化進行智能調(diào)節(jié)，決定每一模塊的運行狀態(tài)和模塊之間的調(diào)節(jié)優(yōu)化關系；
�。�4）遠程遙控--通過電話線、因特網(wǎng)、無線網(wǎng)絡和電源線對設備進行遠程監(jiān)視控制；
�。�5）群控優(yōu)化--根據(jù)一個區(qū)域內(nèi)各種用戶對于電力、熱力、制冷等需求的變化，以及燃料、氣溫變化趨勢、蓄能量庫存等等因素，優(yōu)化控制各個用戶的分布式能源系統(tǒng)，以及公共能源系統(tǒng)，進行多系統(tǒng)容錯優(yōu)化，減少冗余，各系統(tǒng)的需求適應性；
�。�6）智能電網(wǎng)技術--必須建立電網(wǎng)信息化管理系統(tǒng)。
�。�7）信息化計量與結算系統(tǒng)--建立網(wǎng)絡化能源系統(tǒng)的各種能源產(chǎn)品和各個用戶與分布式能源設施擁有者之間、各時段間根據(jù)預約定價進行計量和結算的智能系統(tǒng)；
（8）自動信息發(fā)布系統(tǒng)--對于用戶與臨近用戶能源使用狀態(tài)、用戶與臨近用戶的分布式能源系統(tǒng)伺服狀態(tài)、以及燃料系統(tǒng)和公共能源供應系統(tǒng)的運行狀態(tài)信息進行發(fā)布，以便智能化建筑、用戶能源管理系統(tǒng)、分布式能源設施、儲能設施、設備運行服務機構、以及燃料供應者和公共電網(wǎng)能夠根據(jù)每一信息源所發(fā)布的實時信息進行狀態(tài)優(yōu)化調(diào)整，實現(xiàn)資源共享。
綜合系統(tǒng)優(yōu)化技術：
（1）多種能源系統(tǒng)整合優(yōu)化--將各種不同的能源系統(tǒng)進行聯(lián)合優(yōu)化，例如：將分布式能源與傳統(tǒng)能源系統(tǒng)整合后，進行聯(lián)合優(yōu)化；或者，將分布式能源系統(tǒng)與冰蓄冷系統(tǒng)整合并進行聯(lián)合再優(yōu)化，將微型燃氣輪機與熱泵系統(tǒng)整合優(yōu)化，以及太陽能與分布式系統(tǒng)的優(yōu)化整合等等，達到取長補短的目的，發(fā)揮各個系統(tǒng)的綜合優(yōu)勢；
�。�2）將分布式能源與交通系統(tǒng)整合優(yōu)化--利用低谷電力為電動汽車蓄電或燃料電池汽車儲氫等，將燃料電池和混合動力汽車作為電源形成隨著人流移動的電源和供水系統(tǒng)。實現(xiàn)節(jié)約投資經(jīng)費；
（3）分布式能源系統(tǒng)電網(wǎng)接入研究--解決分布式能源與現(xiàn)有電網(wǎng)設施的兼容、整合等問題；
（4）蓄能技術--通過蓄能技術的開發(fā)應用，解決能源的延時性調(diào)節(jié)問題，能源系統(tǒng)的容錯能力，其中包括蓄電、蓄熱、蓄冷和蓄能四個技術方向。蓄電包括化學蓄電：電池；物理蓄電：飛輪和水能、氣能。蓄熱包括項變蓄熱、熱水、熱油和蒸汽等多種形式。蓄冷：冰和水。蓄能包括物理蓄能：機械蓄能、水蓄能、以及記憶金屬蓄能等多種方式；
�。�5）地源蓄能技術--利用地下水和土壤將冬季的冷和夏季的熱蓄能儲存，進行季節(jié)性調(diào)節(jié)使用，結合熱泵技術進行直接利用，減少城市熱島效應；
�。�6）網(wǎng)絡式能源系統(tǒng)--互聯(lián)網(wǎng)式的分布式能源梯級利用系統(tǒng)是未來能源工業(yè)的重要形態(tài)�！ ≠Y源深度利用技術：
�。�1）天然氣凝結水技術--利用天然氣燃燒后的化學反應結果回收水，解決部分城市水資源緊缺問題；
�。�2）將分布式能源與大棚結合的技術--將分布式能源系統(tǒng)發(fā)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，解決城市綠化和蔬果供應，同時減少溫室氣體和其他污染物排放問題；
�。�3）利用發(fā)電制冷的冷卻水生產(chǎn)生活熱水的技術--利用熱泵的技術，將低品位熱源轉換為較高品位的生活熱水，減少能源消耗；
�。�4）空調(diào)系統(tǒng)廢熱回收技術--發(fā)展全新風空調(diào)系統(tǒng)中有效利用回風中的余熱和余冷，減少能耗；
�。�5）污水水源熱泵系統(tǒng)--利用生活污水中的熱量；
�。�6）小型生物質(zhì)沼氣生產(chǎn)技術--利用民用設施污水、垃圾和大棚廢棄生物質(zhì)就地生產(chǎn)沼氣的技術。
未來20年中國能源技術發(fā)展方向——分布式能源及相關技術
