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
瀏覽量924
未來20年中國能源技(ji)術(shu)發展方向——分布式能源及相關技(ji)術(shu)
所謂“分布式(shi)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)”是指分布在(zai)用戶端的能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)綜合利(li)(li)用系(xi)統。一(yi)次能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)以(yi)(yi)氣(qi)體(ti)燃料為(wei)主(zhu)，可再生能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)為(wei)輔，利(li)(li)用一(yi)切可以(yi)(yi)利(li)(li)用的資(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)；二次能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)以(yi)(yi)分布在(zai)用戶端的熱電冷（植）聯產為(wei)主(zhu)，其他能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)供應系(xi)統為(wei)輔，實(shi)(shi)現(xian)以(yi)(yi)直接滿足用戶多種需求(qiu)的能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)梯級利(li)(li)用，并通過(guo)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)供應系(xi)統提(ti)供支(zhi)持和(he)補充；在(zai)環境(jing)保護(hu)上，將部分污染分散化(hua)、資(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)化(hua)，爭取(qu)實(shi)(shi)現(xian)適度排放(fang)的目標；在(zai)管理體(ti)系(xi)上，依托智能(neng)(neng)信息化(hua)技(ji)(ji)術實(shi)(shi)現(xian)現(xian)場(chang)無人(ren)職守，通過(guo)社會化(hua)服務體(ti)系(xi)提(ti)供設(she)計、安(an)裝、運行、維修一(yi)體(ti)化(hua)保障。 分布式(shi)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)技(ji)(ji)術的基礎科學主(zhu)要在(zai)以(yi)(yi)下幾個(ge)方面：
1、動(dong)力與(yu)能(neng)源轉換設備；
2、一(yi)次和二次能源相關技術；
3、智能(neng)控(kong)制與群控(kong)優(you)化技術；
4、綜合系(xi)統優化技術；
5、資源深度利用(yong)技術。
動力與(yu)能源(yuan)轉換設備：
主要是(shi)指一些基于傳(chuan)統技(ji)術的完善和(he)新技(ji)術的發展。
（1）小型燃氣輪機(ji)(ji)--在(zai)小型航空渦輪發(fa)動機(ji)(ji)技(ji)術的(de)基礎上(shang)，實現地面發(fa)電和供熱的(de)聯產技(ji)術。目前中國在(zai)這一技(ji)術上(shang)已經可以開發(fa)相應產品，主要的(de)問題是需要設(she)備的(de)能源轉換效(xiao)率(lv)，可靠性，延長設(she)備檢修周期，設(she)備的(de)自動智能控制水平；
（2）微型燃(ran)氣輪機--這(zhe)是基(ji)于(yu)汽車(che)發(fa)(fa)動機增壓渦輪技(ji)(ji)術(shu)的延(yan)伸，關鍵技(ji)(ji)術(shu)在于(yu)精密鑄造(zao)和燒結金(jin)屬(shu)陶瓷轉子，空氣或磁懸浮(fu)軸(zhou)承，回熱利用技(ji)(ji)術(shu)，永(yong)磁發(fa)(fa)電技(ji)(ji)術(shu)，可控硅(gui)變頻控制技(ji)(ji)術(shu)等。由于(yu)技(ji)(ji)術(shu)層次并(bing)不(bu)高，其(qi)中許(xu)多(duo)項目已經有專家在研(yan)究，只要(yao)真正重視。
（3）燃(ran)氣(qi)內(nei)燃(ran)機(ji)--內(nei)燃(ran)機(ji)技(ji)術(shu)對于中(zhong)國已經(jing)成熟，但是(shi)燃(ran)氣(qi)內(nei)燃(ran)機(ji)的(de)(de)(de)制(zhi)造水平與國際先進設備還存在(zai)比較大的(de)(de)(de)差距，主要(yao)(yao)是(shi)轉換效率、排(pai)放控制(zhi)、電(dian)子(zi)控制(zhi)和設備大修(xiu)周(zhou)期等(deng)，此外，國外正在(zai)發展的(de)(de)(de)預(yu)燃(ran)、回熱、增壓渦輪技(ji)術(shu)，以及電(dian)子(zi)變頻等(deng)技(ji)術(shu)，都是(shi)發展的(de)(de)(de)重要(yao)(yao)方向；
（4）斯特(te)林(lin)發動機(ji)--外燃(ran)式斯特(te)林(lin)技(ji)術中國已經有了比較大的突(tu)破，上海711所已經可以生產該技(ji)術的產品，目(mu)前主要是設備可靠性和發電效率(lv)，以及自動化(hua)控制水平；
（5）燃料電池--該(gai)技術有(you)質子交換膜、固體(ti)氧(yang)化物、熔融(rong)硅(gui)酸鹽和(he)氫氧(yang)重(zhong)整(zheng)等多種技術方(fang)式，該(gai)技術應用極為廣泛，污(wu)染極小(xiao)，而且可以同燃氣輪機技術整(zheng)合，發(fa)電效率將可能達到80%，是未來有(you)發(fa)展價值的(de)技術；
（6）微(wei)型(xing)蒸汽輪機(ji)--蒸汽輪機(ji)是傳統的技術，但(dan)是利用一部(bu)噪音小、振(zhen)動(dong)小、運行方(fang)便可靠的小型(xing)蒸汽輪機(ji)代(dai)替熱(re)交換(huan)器，將其中一部(bu)分能(neng)量(liang)轉換(huan)為(wei)價(jia)值較(jiao)高(gao)的電能(neng)，或者利用蒸汽管(guan)網中較(jiao)低品(pin)位的蒸汽為(wei)制(zhi)冰機(ji)組(zu)提供(gong)低溫冷能(neng)，可以(yi)更好地(di)利用蒸汽中的能(neng)量(liang)；
（7）微型(xing)水(shui)(shui)輪機(ji)和微型(xing)抽(chou)水(shui)(shui)蓄能電(dian)(dian)站--小(xiao)型(xing)、微型(xing)水(shui)(shui)輪機(ji)組(zu)不僅可(ke)以(yi)在(zai)有水(shui)(shui)位落(luo)差(cha)的(de)(de)地方使(shi)用(yong)(yong)，而且可(ke)以(yi)廣泛(fan)利(li)用(yong)(yong)在(zai)分布式能源項目上(shang)。利(li)用(yong)(yong)自(zi)來水(shui)(shui)管網的(de)(de)水(shui)(shui)能壓力，或者建(jian)筑(zhu)物可(ke)能產生的(de)(de)落(luo)差(cha)進行(xing)發電(dian)(dian)，并(bing)在(zai)用(yong)(yong)電(dian)(dian)低谷(gu)進行(xing)抽(chou)水(shui)(shui)蓄能，新(xin)型(xing)的(de)(de)微型(xing)水(shui)(shui)輪發電(dian)(dian)機(ji)組(zu)將何以(yi)采用(yong)(yong)電(dian)(dian)子變頻控(kong)制技術(shu)，調整(zheng)電(dian)(dian)能品質；
（8）太(tai)(tai)(tai)陽能發電和太(tai)(tai)(tai)陽熱(re)發電--利用太(tai)(tai)(tai)陽能量的發電技術，將太(tai)(tai)(tai)陽熱(re)發電與沼氣利用整(zheng)合，將光伏(fu)電池與建筑(zhu)材料整(zheng)合，利用光導纖維(wei)與照明技術整(zheng)合等(deng)等(deng)；
（9）風(feng)能--風(feng)力(li)發(fa)(fa)電是能源發(fa)(fa)展的(de)(de)一個重(zhong)要(yao)方向，在大型風(feng)場大量利用(yong)(yong)大型風(feng)機發(fa)(fa)電將何以代替現(xian)有的(de)(de)火(huo)力(li)發(fa)(fa)電系統(tong)，但是對于居(ju)住(zhu)分散的(de)(de)用(yong)(yong)戶小型的(de)(de)風(feng)力(li)發(fa)(fa)電系統(tong)更加具有普(pu)及意義，小型風(feng)力(li)發(fa)(fa)電系統(tong)主要(yao)需(xu)要(yao)解決的(de)(de)是成本、可靠性和蓄能問題；
（10）余(yu)熱(re)制冷(leng)系統--利用(yong)動力(li)機產生的(de)余(yu)熱(re)供熱(re)制冷(leng)是分布式(shi)熱(re)電冷(leng)三(san)聯供系統的(de)重要環節，尤其是制冷(leng)，可(ke)以(yi)采用(yong)吸(xi)收式(shi)制冷(leng)，也可(ke)以(yi)采用(yong)吸(xi)附式(shi)，以(yi)及余(yu)熱(re)--動力(li)轉換--低溫(wen)制冷(leng)等(deng)技術(shu)(shu)，這些(xie)技術(shu)(shu)均(jun)比較成(cheng)熟，關鍵是系統的(de)集成(cheng)率，以(yi)及造價等(deng)問(wen)題(ti)；
與分布式能源系統相(xiang)(xiang)關(guan)的一次和(he)二次能源相(xiang)(xiang)關(guan)技術(shu)：
（1）天然氣系統的(de)優化利(li)用(yong)，以及(ji)管道輸送技(ji)術；
（2）液(ye)化(hua)(hua)天(tian)然氣的生(sheng)產(chan)和利(li)用(yong)(yong)--分(fen)散化(hua)(hua)的液(ye)化(hua)(hua)天(tian)然氣生(sheng)產(chan)技術可以(yi)利(li)用(yong)(yong)石油開(kai)采(cai)中的伴生(sheng)氣資源，減少溫室氣體排放(fang)，資源的綜合利(li)用(yong)(yong)率，液(ye)化(hua)(hua)天(tian)然氣利(li)用(yong)(yong)中對于冷能的有(you)效利(li)用(yong)(yong)可以(yi)有(you)效節能等等，在(zai)液(ye)化(hua)(hua)天(tian)然氣利(li)用(yong)(yong)中，將產(chan)生(sheng)大量的新(xin)課題(ti)；
（3）煤層(ceng)氣(qi)和礦(kuang)井(jing)(jing)瓦(wa)斯利用，可(ke)能有(you)60%以(yi)上的(de)礦(kuang)工(gong)是死在中(zhong)國的(de)礦(kuang)井(jing)(jing)里(li)，而(er)瓦(wa)斯爆炸是元兇之(zhi)一(yi)，減少礦(kuang)工(gong)死亡和煤層(ceng)氣(qi)和礦(kuang)井(jing)(jing)瓦(wa)斯資源的(de)利用有(you)著密切(qie)關聯，利用煤層(ceng)氣(qi)和礦(kuang)井(jing)(jing)瓦(wa)斯發電等技術不僅可(ke)以(yi)挽救(jiu)無數(shu)礦(kuang)工(gong)的(de)生命，還能有(you)效減少溫室氣(qi)體排放，緩解(jie)全(quan)球(qiu)變暖(nuan)問(wen)題(ti)；
（4）可燃(ran)冰--存在(zai)于海底和高寒地區(qu)的(de)天然(ran)氣水化合物是人類(lei)未來的(de)主要能(neng)源，它是為分布(bu)式(shi)能(neng)源系(xi)統(tong)提供燃(ran)料的(de)重要途徑；
（5）煤(mei)地下(xia)氣化--中國目前(qian)有(you)100億噸以上的煤(mei)炭(tan)資源在開(kai)發(fa)過程(cheng)中被遺棄(qi)在地下(xia)，如何利用(yong)可控(kong)地下(xia)氣化技術將其變為氣體燃料回(hui)收(shou)利用(yong)是中國煤(mei)炭(tan)工業的重要(yao)課(ke)題；
（6）地熱--利用和開發(fa)地熱資源，將地下(xia)低品(pin)位熱能(neng)轉換為高(gao)品(pin)位的(de)電能(neng)或冷能(neng)是技術(shu)的(de)關(guan)鍵；
（7）深層海(hai)水(shui)冷能(neng)--利用沿(yan)海(hai)深層海(hai)水(shui)的低溫資源，解決沿(yan)海(hai)城市的制(zhi)冷問(wen)題，；
（8）水(shui)(shui)能--利(li)用水(shui)(shui)利(li)資源，特別是小型(xing)水(shui)(shui)電設(she)施解(jie)決(jue)農村以水(shui)(shui)代柴(chai)，保(bao)護植被；
（9）沼氣(qi)--利用(yong)城市(shi)垃圾、農(nong)村廢棄物資(zi)源等進行發電(dian)或熱電(dian)聯產，減少溫室氣(qi)體排(pai)放，資(zi)源綜合利用(yong)水平；
（10）甲醇--利用(yong)煤等礦(kuang)物資(zi)源生產甲醇，以代(dai)替石油。甲醇可以滿足燃料(liao)電池(chi)對氫的(de)需要；
（11）乙(yi)醇(chun)--利用(yong)植物(wu)資源生產(chan)乙(yi)醇(chun)，以代(dai)替石油和其他礦物(wu)燃料，乙(yi)醇(chun)可以作為燃料直接使用(yong)，也可以作為燃料電池的氫分(fen)離的原(yuan)料；
（12）氫(qing)--對于氫(qing)的(de)利用將決(jue)定人類的(de)未來，如何從水中低成本地重整(zheng)氫(qing)氣將是技(ji)術(shu)的(de)關鍵(jian)；
（13）壓(ya)縮(suo)空(kong)氣--利用低(di)估電(dian)力或其他能源(yuan)生產高(gao)壓(ya)空(kong)氣，作(zuo)為汽車和其他動力設備(bei)，以及分布式能源(yuan)的動力源(yuan)，主要解決高(gao)增(zeng)壓(ya)比壓(ya)縮(suo)技(ji)術、設備(bei)小型化、材料和效率等問題。
智能控制與群控優化技(ji)術：
（1）分布式能源機(ji)組和系統自(zi)身的智(zhi)能化控制--解決設備(bei)“無(wu)人職守(shou)”問題，能夠根據(ju)需(xu)求進行調節，自(zi)動跟蹤電、熱、冷負荷；
（2）分(fen)(fen)布式(shi)能源(yuan)與載體的信息互動--解(jie)決分(fen)(fen)布式(shi)能源(yuan)系統成(cheng)為(wei)智能化建(jian)筑的一個組成(cheng)部分(fen)(fen)，與建(jian)筑系統的需求進(jin)行優化整合，建(jian)筑的能源(yuan)可靠性和(he)節能性；
（3）分布(bu)式能(neng)源(yuan)機組的聯(lian)合(he)控(kong)制--分布(bu)式能(neng)源(yuan)采用模(mo)塊(kuai)化組合(he)設計(ji)，需(xu)要對模(mo)塊(kuai)組合(he)聯(lian)合(he)控(kong)制，根據需(xu)求變(bian)化進行智(zhi)能(neng)調節(jie)，決定每(mei)一(yi)模(mo)塊(kuai)的運(yun)行狀態和模(mo)塊(kuai)之間(jian)的調節(jie)優化關(guan)系；
（4）遠程(cheng)遙控--通過電話(hua)線、因特網、無線網絡和電源線對(dui)設備進行遠程(cheng)監視控制(zhi)；
（5）群控(kong)優(you)化--根據一(yi)個區域(yu)內各(ge)種(zhong)用(yong)戶對于(yu)電(dian)力、熱(re)力、制(zhi)冷等(deng)需求的變化，以(yi)及(ji)燃料(liao)、氣(qi)溫變化趨(qu)勢、蓄能(neng)(neng)量庫存等(deng)等(deng)因(yin)素，優(you)化控(kong)制(zhi)各(ge)個用(yong)戶的分布式能(neng)(neng)源(yuan)系(xi)統(tong)(tong)，以(yi)及(ji)公共(gong)能(neng)(neng)源(yuan)系(xi)統(tong)(tong)，進行多(duo)系(xi)統(tong)(tong)容錯優(you)化，減(jian)少(shao)冗(rong)余，各(ge)系(xi)統(tong)(tong)的需求適應性；
（6）智能電(dian)(dian)網(wang)技術--必須(xu)建立電(dian)(dian)網(wang)信息化管理(li)系統(tong)。
（7）信息化計量與結算(suan)系(xi)統(tong)--建立網絡化能源系(xi)統(tong)的(de)各種能源產品和各個用戶與分布式(shi)能源設(she)施擁有(you)者之間、各時段間根(gen)據預(yu)約定(ding)價進行計量和結算(suan)的(de)智能系(xi)統(tong)；
（8）自(zi)動(dong)信(xin)息(xi)發(fa)布(bu)系(xi)(xi)統(tong)(tong)--對(dui)于(yu)用(yong)戶(hu)(hu)與臨近用(yong)戶(hu)(hu)能源使(shi)用(yong)狀(zhuang)(zhuang)態、用(yong)戶(hu)(hu)與臨近用(yong)戶(hu)(hu)的分(fen)布(bu)式能源系(xi)(xi)統(tong)(tong)伺服狀(zhuang)(zhuang)態、以及(ji)燃料(liao)系(xi)(xi)統(tong)(tong)和(he)公(gong)共能源供應系(xi)(xi)統(tong)(tong)的運(yun)行(xing)狀(zhuang)(zhuang)態信(xin)息(xi)進行(xing)發(fa)布(bu)，以便智能化建筑(zhu)、用(yong)戶(hu)(hu)能源管理系(xi)(xi)統(tong)(tong)、分(fen)布(bu)式能源設施、儲能設施、設備(bei)運(yun)行(xing)服務機(ji)構、以及(ji)燃料(liao)供應者和(he)公(gong)共電網能夠根據(ju)每一信(xin)息(xi)源所發(fa)布(bu)的實時信(xin)息(xi)進行(xing)狀(zhuang)(zhuang)態優化調整，實現(xian)資(zi)源共享。
綜(zong)合(he)系統(tong)優化技術：
（1）多(duo)種能源(yuan)系(xi)(xi)統整合(he)優(you)(you)化(hua)--將(jiang)各(ge)種不同的(de)(de)能源(yuan)系(xi)(xi)統進(jin)行聯合(he)優(you)(you)化(hua)，例(li)如：將(jiang)分(fen)布式能源(yuan)與(yu)傳(chuan)統能源(yuan)系(xi)(xi)統整合(he)后，進(jin)行聯合(he)優(you)(you)化(hua)；或者，將(jiang)分(fen)布式能源(yuan)系(xi)(xi)統與(yu)冰蓄冷(leng)系(xi)(xi)統整合(he)并進(jin)行聯合(he)再優(you)(you)化(hua)，將(jiang)微(wei)型燃(ran)氣輪機(ji)與(yu)熱(re)泵系(xi)(xi)統整合(he)優(you)(you)化(hua)，以及太陽能與(yu)分(fen)布式系(xi)(xi)統的(de)(de)優(you)(you)化(hua)整合(he)等等，達到取長補短(duan)的(de)(de)目的(de)(de)，發揮各(ge)個系(xi)(xi)統的(de)(de)綜合(he)優(you)(you)勢；
（2）將(jiang)分布式(shi)能源與(yu)交通系統(tong)整合(he)優(you)化--利用(yong)低谷電(dian)(dian)力為電(dian)(dian)動汽車(che)蓄電(dian)(dian)或燃(ran)(ran)料(liao)(liao)電(dian)(dian)池(chi)汽車(che)儲氫等，將(jiang)燃(ran)(ran)料(liao)(liao)電(dian)(dian)池(chi)和(he)(he)混合(he)動力汽車(che)作為電(dian)(dian)源形成隨著(zhu)人流(liu)移動的電(dian)(dian)源和(he)(he)供水(shui)系統(tong)。實現節約投資經費；
（3）分布式(shi)(shi)能源(yuan)系統(tong)電(dian)網接入研究--解決(jue)分布式(shi)(shi)能源(yuan)與現有電(dian)網設施的兼容、整合等問題；
（4）蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)技術--通過蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)技術的開(kai)發(fa)應用(yong)，解決能(neng)(neng)(neng)源的延時性調節問題，能(neng)(neng)(neng)源系(xi)統的容錯能(neng)(neng)(neng)力，其中包括(kuo)蓄(xu)(xu)(xu)(xu)電(dian)、蓄(xu)(xu)(xu)(xu)熱、蓄(xu)(xu)(xu)(xu)冷(leng)和蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)四個技術方(fang)向。蓄(xu)(xu)(xu)(xu)電(dian)包括(kuo)化學蓄(xu)(xu)(xu)(xu)電(dian)：電(dian)池；物理蓄(xu)(xu)(xu)(xu)電(dian)：飛輪和水能(neng)(neng)(neng)、氣能(neng)(neng)(neng)。蓄(xu)(xu)(xu)(xu)熱包括(kuo)項(xiang)變(bian)蓄(xu)(xu)(xu)(xu)熱、熱水、熱油(you)和蒸(zheng)汽等多種形式(shi)。蓄(xu)(xu)(xu)(xu)冷(leng)：冰和水。蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)包括(kuo)物理蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)：機械蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)、水蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)、以及記(ji)憶金屬蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)等多種方(fang)式(shi)；
（5）地(di)源蓄(xu)能(neng)技術--利用(yong)地(di)下水和土壤將冬季(ji)的冷和夏季(ji)的熱蓄(xu)能(neng)儲存，進行季(ji)節性調節使(shi)用(yong)，結合熱泵技術進行直接利用(yong)，減少(shao)城市(shi)熱島效應；
（6）網絡式能(neng)源系統--互(hu)聯網式的分布式能(neng)源梯級利用系統是未來(lai)能(neng)源工業的重要形態。 資源深度利用技(ji)術：
（1）天(tian)然(ran)氣凝(ning)結水技(ji)術--利用天(tian)然(ran)氣燃燒后的化學反應結果回收(shou)水，解決部分(fen)城市(shi)水資源緊缺問題；
（2）將分(fen)布(bu)式能源(yuan)與大(da)(da)棚(peng)結合的技術--將分(fen)布(bu)式能源(yuan)系(xi)統發電設備排除的余熱、二氧化碳和(he)(he)水蒸(zheng)汽注入大(da)(da)棚(peng)，作為氣(qi)體肥料和(he)(he)熱源(yuan)，解(jie)決城市(shi)綠化和(he)(he)蔬果供應，同時減(jian)少溫室氣(qi)體和(he)(he)其(qi)他污染物排放問題；
（3）利(li)用(yong)發電制(zhi)冷的(de)冷卻水(shui)生(sheng)產生(sheng)活熱水(shui)的(de)技(ji)術--利(li)用(yong)熱泵的(de)技(ji)術，將低品(pin)位熱源轉換為較高品(pin)位的(de)生(sheng)活熱水(shui)，減(jian)少能(neng)源消耗(hao)；
（4）空調系(xi)統(tong)廢(fei)熱回收技術--發展全新風空調系(xi)統(tong)中(zhong)有效(xiao)利(li)用回風中(zhong)的余熱和余冷，減少能耗；
（5）污(wu)水(shui)水(shui)源熱(re)泵系統(tong)--利用生活污(wu)水(shui)中的熱(re)量；
（6）小(xiao)型生物質沼(zhao)氣生產技術--利用民用設(she)施污水(shui)、垃(la)圾和大棚(peng)廢棄生物質就地生產沼(zhao)氣的(de)技術。
未來20年(nian)中(zhong)國(guo)能源技術(shu)發展方向——分(fen)布式能源及(ji)相關技術(shu)
