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
瀏覽量924
未來(lai)20年中國能(neng)源技術發展(zhan)方向——分布式(shi)能(neng)源及相關技術
所謂“分(fen)布(bu)式能(neng)(neng)源(yuan)”是指分(fen)布(bu)在(zai)用(yong)(yong)戶端(duan)的能(neng)(neng)源(yuan)綜合(he)利(li)(li)(li)用(yong)(yong)系統。一(yi)(yi)次能(neng)(neng)源(yuan)以氣體(ti)(ti)燃料為主，可再生能(neng)(neng)源(yuan)為輔，利(li)(li)(li)用(yong)(yong)一(yi)(yi)切可以利(li)(li)(li)用(yong)(yong)的資源(yuan)；二(er)次能(neng)(neng)源(yuan)以分(fen)布(bu)在(zai)用(yong)(yong)戶端(duan)的熱(re)電(dian)冷（植）聯產為主，其他能(neng)(neng)源(yuan)供(gong)應系統為輔，實現(xian)以直接滿足(zu)用(yong)(yong)戶多種需求的能(neng)(neng)源(yuan)梯(ti)級利(li)(li)(li)用(yong)(yong)，并通(tong)過(guo)能(neng)(neng)源(yuan)供(gong)應系統提供(gong)支持和(he)補(bu)充；在(zai)環境保護上(shang)，將部分(fen)污染分(fen)散化(hua)、資源(yuan)化(hua)，爭(zheng)取實現(xian)適度排(pai)放的目(mu)標；在(zai)管理體(ti)(ti)系上(shang)，依托(tuo)智能(neng)(neng)信息化(hua)技術實現(xian)現(xian)場無人職(zhi)守，通(tong)過(guo)社(she)會化(hua)服務體(ti)(ti)系提供(gong)設計(ji)、安裝、運行、維修(xiu)一(yi)(yi)體(ti)(ti)化(hua)保障。 分(fen)布(bu)式能(neng)(neng)源(yuan)技術的基礎科(ke)學主要在(zai)以下(xia)幾個方面：
1、動(dong)力與(yu)能(neng)源轉換設(she)備(bei)；
2、一次和二(er)次能源相關技術；
3、智能控(kong)制與(yu)群控(kong)優化技(ji)術；
4、綜合系統優化技(ji)術；
5、資(zi)源(yuan)深(shen)度利用技術。
動(dong)力與(yu)能源轉換(huan)設(she)備：
主要是指一些基于(yu)傳(chuan)統技術的完善和新技術的發展(zhan)。
（1）小型(xing)燃氣(qi)輪機--在小型(xing)航空渦(wo)輪發(fa)動機技(ji)術(shu)的(de)基礎(chu)上，實現(xian)地面(mian)發(fa)電和供熱的(de)聯產技(ji)術(shu)。目前中國在這一技(ji)術(shu)上已經可以開(kai)發(fa)相應(ying)產品，主要的(de)問題是需要設(she)備(bei)的(de)能(neng)源轉換效(xiao)率，可靠性，延長設(she)備(bei)檢修周期，設(she)備(bei)的(de)自動智能(neng)控制水(shui)平；
（2）微(wei)型燃(ran)氣(qi)輪(lun)機--這是基于汽車發動(dong)機增壓渦輪(lun)技術(shu)(shu)(shu)的延伸，關鍵技術(shu)(shu)(shu)在(zai)于精密鑄(zhu)造和燒結(jie)金屬陶(tao)瓷轉子(zi)，空(kong)氣(qi)或磁懸浮軸承(cheng)，回熱(re)利用技術(shu)(shu)(shu)，永磁發電技術(shu)(shu)(shu)，可控(kong)(kong)硅變頻(pin)控(kong)(kong)制技術(shu)(shu)(shu)等。由于技術(shu)(shu)(shu)層次并(bing)不高，其中許多項(xiang)目已(yi)經(jing)有(you)專家在(zai)研(yan)究(jiu)，只要(yao)真正重(zhong)視。
（3）燃(ran)(ran)(ran)氣(qi)內(nei)燃(ran)(ran)(ran)機(ji)(ji)--內(nei)燃(ran)(ran)(ran)機(ji)(ji)技(ji)術對于中(zhong)國(guo)已(yi)經(jing)成熟，但是(shi)燃(ran)(ran)(ran)氣(qi)內(nei)燃(ran)(ran)(ran)機(ji)(ji)的(de)制造水(shui)平(ping)與國(guo)際先進(jin)設備還(huan)存在比較大(da)的(de)差距(ju)，主要是(shi)轉換效(xiao)率、排放控(kong)制、電(dian)子(zi)控(kong)制和(he)設備大(da)修周期等，此外，國(guo)外正(zheng)在發(fa)展的(de)預燃(ran)(ran)(ran)、回熱、增壓渦輪技(ji)術，以(yi)及電(dian)子(zi)變(bian)頻(pin)等技(ji)術，都(dou)是(shi)發(fa)展的(de)重(zhong)要方向(xiang)；
（4）斯特林發動機(ji)--外燃(ran)式斯特林技術中國已(yi)經有了比較大的突(tu)破，上(shang)海711所已(yi)經可(ke)(ke)以生產(chan)該(gai)技術的產(chan)品，目前主要(yao)是設備可(ke)(ke)靠(kao)性和(he)發電效率(lv)，以及自(zi)動化控制水平；
（5）燃料電池--該技術(shu)有質子(zi)交換膜、固體氧(yang)化物、熔融(rong)硅酸(suan)鹽和氫氧(yang)重整等多(duo)種技術(shu)方(fang)式，該技術(shu)應用極為廣泛，污染極小(xiao)，而且可(ke)以同(tong)燃氣(qi)輪機技術(shu)整合(he)，發電效(xiao)率將可(ke)能達到80%，是未來(lai)有發展價值的技術(shu)；
（6）微型(xing)(xing)蒸(zheng)汽(qi)輪機(ji)--蒸(zheng)汽(qi)輪機(ji)是傳統的技(ji)術，但是利用(yong)一部噪(zao)音小(xiao)、振動(dong)小(xiao)、運行方(fang)便可靠(kao)的小(xiao)型(xing)(xing)蒸(zheng)汽(qi)輪機(ji)代替熱交換(huan)器，將其中一部分能(neng)量(liang)轉換(huan)為價值較(jiao)高的電能(neng)，或者利用(yong)蒸(zheng)汽(qi)管(guan)網中較(jiao)低(di)品位的蒸(zheng)汽(qi)為制冰機(ji)組提供低(di)溫冷(leng)能(neng)，可以(yi)更好地(di)利用(yong)蒸(zheng)汽(qi)中的能(neng)量(liang)；
（7）微型(xing)(xing)水輪機(ji)和微型(xing)(xing)抽(chou)水蓄能(neng)電(dian)站(zhan)--小型(xing)(xing)、微型(xing)(xing)水輪機(ji)組(zu)不僅可(ke)以(yi)在有水位落差的地方使用(yong)(yong)，而且可(ke)以(yi)廣泛利(li)(li)用(yong)(yong)在分布式能(neng)源(yuan)項目上。利(li)(li)用(yong)(yong)自來水管網的水能(neng)壓力，或(huo)者建筑(zhu)物可(ke)能(neng)產生的落差進行(xing)發電(dian)，并在用(yong)(yong)電(dian)低(di)谷進行(xing)抽(chou)水蓄能(neng)，新型(xing)(xing)的微型(xing)(xing)水輪發電(dian)機(ji)組(zu)將何以(yi)采用(yong)(yong)電(dian)子變頻控制技術，調整電(dian)能(neng)品質；
（8）太(tai)(tai)陽(yang)能發(fa)電(dian)和(he)太(tai)(tai)陽(yang)熱發(fa)電(dian)--利用太(tai)(tai)陽(yang)能量(liang)的(de)發(fa)電(dian)技術，將太(tai)(tai)陽(yang)熱發(fa)電(dian)與(yu)(yu)沼氣(qi)利用整(zheng)合，將光伏電(dian)池與(yu)(yu)建筑材料整(zheng)合，利用光導纖維與(yu)(yu)照明技術整(zheng)合等等；
（9）風能--風力發(fa)(fa)電是能源發(fa)(fa)展(zhan)的(de)一個(ge)重要(yao)方向，在大型風場大量利用大型風機發(fa)(fa)電將何(he)以代替現有(you)的(de)火(huo)力發(fa)(fa)電系(xi)統，但是對(dui)于居住分(fen)散(san)的(de)用戶小型的(de)風力發(fa)(fa)電系(xi)統更加具有(you)普及意義，小型風力發(fa)(fa)電系(xi)統主要(yao)需要(yao)解決的(de)是成(cheng)本、可靠性和蓄能問(wen)題；
（10）余熱(re)制(zhi)冷系(xi)統(tong)(tong)--利用(yong)動(dong)力機產(chan)生的(de)余熱(re)供熱(re)制(zhi)冷是(shi)分布式(shi)熱(re)電(dian)冷三(san)聯供系(xi)統(tong)(tong)的(de)重要環(huan)節，尤其是(shi)制(zhi)冷，可(ke)以(yi)采用(yong)吸收式(shi)制(zhi)冷，也可(ke)以(yi)采用(yong)吸附(fu)式(shi)，以(yi)及(ji)余熱(re)--動(dong)力轉換(huan)--低溫制(zhi)冷等(deng)技術，這些(xie)技術均比(bi)較成熟，關鍵是(shi)系(xi)統(tong)(tong)的(de)集成率(lv)，以(yi)及(ji)造價(jia)等(deng)問題；
與分布式能源系統(tong)相(xiang)關的(de)一(yi)次和二次能源相(xiang)關技術：
（1）天然氣系統(tong)的優化利用(yong)，以及管道(dao)輸(shu)送技術；
（2）液化(hua)天(tian)然(ran)氣(qi)的(de)生產和利用(yong)--分(fen)散(san)化(hua)的(de)液化(hua)天(tian)然(ran)氣(qi)生產技術可以(yi)利用(yong)石油開采中的(de)伴生氣(qi)資源，減少溫室氣(qi)體排放(fang)，資源的(de)綜合(he)利用(yong)率，液化(hua)天(tian)然(ran)氣(qi)利用(yong)中對于(yu)冷能的(de)有(you)效利用(yong)可以(yi)有(you)效節(jie)能等(deng)等(deng)，在(zai)液化(hua)天(tian)然(ran)氣(qi)利用(yong)中，將產生大量的(de)新課(ke)題；
（3）煤(mei)(mei)層氣(qi)(qi)和(he)礦(kuang)(kuang)井(jing)(jing)瓦(wa)斯利(li)用，可能(neng)有(you)60%以(yi)上的礦(kuang)(kuang)工是(shi)死在(zai)中國的礦(kuang)(kuang)井(jing)(jing)里，而瓦(wa)斯爆炸是(shi)元兇之一，減(jian)少(shao)礦(kuang)(kuang)工死亡(wang)和(he)煤(mei)(mei)層氣(qi)(qi)和(he)礦(kuang)(kuang)井(jing)(jing)瓦(wa)斯資(zi)源的利(li)用有(you)著(zhu)密(mi)切(qie)關聯，利(li)用煤(mei)(mei)層氣(qi)(qi)和(he)礦(kuang)(kuang)井(jing)(jing)瓦(wa)斯發電等技術不(bu)僅可以(yi)挽(wan)救無數礦(kuang)(kuang)工的生(sheng)命，還能(neng)有(you)效減(jian)少(shao)溫(wen)室氣(qi)(qi)體排放，緩解全球變暖(nuan)問題(ti)；
（4）可燃(ran)冰--存在(zai)于海底和高寒地區的天然(ran)氣(qi)水化合物是人(ren)類未來(lai)的主要能源(yuan)，它是為(wei)分布式能源(yuan)系統(tong)提供燃(ran)料的重(zhong)要途徑；
（5）煤(mei)(mei)地下氣(qi)(qi)化(hua)--中國(guo)目前(qian)有(you)100億噸以上(shang)的煤(mei)(mei)炭資源在開(kai)發過(guo)程(cheng)中被遺棄在地下，如何利(li)用可控(kong)地下氣(qi)(qi)化(hua)技術將其變為(wei)氣(qi)(qi)體燃料回收利(li)用是中國(guo)煤(mei)(mei)炭工業的重要(yao)課題；
（6）地(di)熱--利用(yong)和開(kai)發地(di)熱資源，將地(di)下低品(pin)位熱能轉換為高品(pin)位的(de)電能或冷能是技術的(de)關鍵；
（7）深層(ceng)海(hai)水冷能--利用沿海(hai)深層(ceng)海(hai)水的低溫資源，解決沿海(hai)城市的制冷問題，；
（8）水能--利(li)用水利(li)資源，特(te)別是小型水電(dian)設施解決農(nong)村(cun)以水代柴，保護植(zhi)被；
（9）沼(zhao)氣(qi)(qi)--利用城(cheng)市垃圾、農村廢(fei)棄物(wu)資源(yuan)等(deng)進行發電(dian)或熱(re)電(dian)聯產，減(jian)少溫室氣(qi)(qi)體排放，資源(yuan)綜合利用水平；
（10）甲(jia)醇--利用煤等礦物(wu)資源生(sheng)產甲(jia)醇，以代替石油(you)。甲(jia)醇可以滿足(zu)燃(ran)料電池對氫(qing)的需要；
（11）乙醇--利用植物(wu)資源生產乙醇，以代替(ti)石油(you)和其(qi)他礦物(wu)燃料，乙醇可以作(zuo)為燃料直接使用，也(ye)可以作(zuo)為燃料電(dian)池的氫分離的原料；
（12）氫(qing)--對于氫(qing)的利用將(jiang)決定人類的未來，如何從水(shui)中低(di)成本地(di)重整氫(qing)氣將(jiang)是技術的關鍵；
（13）壓縮空氣--利用低估(gu)電力(li)或其他(ta)能源(yuan)生產高壓空氣，作為汽車(che)和其他(ta)動力(li)設備(bei)，以及分(fen)布式(shi)能源(yuan)的動力(li)源(yuan)，主要(yao)解決高增(zeng)壓比壓縮技術、設備(bei)小(xiao)型化、材料和效率等問題。
智(zhi)能(neng)控制與群(qun)控優(you)化技術：
（1）分布式(shi)能源機組和(he)系(xi)統(tong)自(zi)身的(de)智能化控(kong)制--解決設備“無人職守”問題，能夠根據需求進行調節，自(zi)動(dong)跟蹤電、熱、冷負荷；
（2）分布(bu)式能源(yuan)(yuan)與載體(ti)的(de)(de)信息互動--解決分布(bu)式能源(yuan)(yuan)系統(tong)成為智(zhi)能化(hua)建(jian)筑(zhu)(zhu)的(de)(de)一個組成部分，與建(jian)筑(zhu)(zhu)系統(tong)的(de)(de)需(xu)求(qiu)進行(xing)優化(hua)整(zheng)合(he)，建(jian)筑(zhu)(zhu)的(de)(de)能源(yuan)(yuan)可靠性和節能性；
（3）分布(bu)式能源(yuan)機(ji)組(zu)的聯(lian)合(he)(he)控制--分布(bu)式能源(yuan)采(cai)用(yong)模塊(kuai)化(hua)組(zu)合(he)(he)設(she)計，需要對(dui)模塊(kuai)組(zu)合(he)(he)聯(lian)合(he)(he)控制，根據需求(qiu)變(bian)化(hua)進(jin)行(xing)智能調節，決定每一模塊(kuai)的運行(xing)狀態和模塊(kuai)之間的調節優(you)化(hua)關系；
（4）遠(yuan)程遙控--通過電話線(xian)、因特網、無線(xian)網絡(luo)和電源(yuan)線(xian)對設備進行遠(yuan)程監視控制；
（5）群(qun)控優化(hua)--根據一(yi)個(ge)區(qu)域內各種用戶(hu)對于電力、熱(re)力、制冷等(deng)需求(qiu)(qiu)的變化(hua)，以及燃(ran)料、氣溫變化(hua)趨勢、蓄能(neng)量庫存等(deng)等(deng)因素，優化(hua)控制各個(ge)用戶(hu)的分(fen)布式能(neng)源系(xi)統(tong)，以及公(gong)共(gong)能(neng)源系(xi)統(tong)，進(jin)行(xing)多系(xi)統(tong)容錯(cuo)優化(hua)，減少冗余，各系(xi)統(tong)的需求(qiu)(qiu)適應性；
（6）智能(neng)電網技術--必(bi)須建立(li)電網信息化管理(li)系統。
（7）信息化(hua)計量與(yu)結算系統--建立(li)網(wang)絡化(hua)能(neng)源系統的(de)各種能(neng)源產品和各個用戶(hu)與(yu)分布式能(neng)源設施擁有者之間、各時段間根據(ju)預約定價進(jin)行計量和結算的(de)智能(neng)系統；
（8）自動信息發布(bu)(bu)(bu)(bu)系(xi)統(tong)(tong)(tong)--對于(yu)用戶與臨近用戶能(neng)(neng)源使(shi)用狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)、用戶與臨近用戶的(de)分布(bu)(bu)(bu)(bu)式能(neng)(neng)源系(xi)統(tong)(tong)(tong)伺服狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)、以(yi)及燃料(liao)系(xi)統(tong)(tong)(tong)和公(gong)共能(neng)(neng)源供應系(xi)統(tong)(tong)(tong)的(de)運(yun)行(xing)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)信息進行(xing)發布(bu)(bu)(bu)(bu)，以(yi)便智能(neng)(neng)化建筑、用戶能(neng)(neng)源管理系(xi)統(tong)(tong)(tong)、分布(bu)(bu)(bu)(bu)式能(neng)(neng)源設施(shi)、儲能(neng)(neng)設施(shi)、設備(bei)運(yun)行(xing)服務機構、以(yi)及燃料(liao)供應者和公(gong)共電網能(neng)(neng)夠根據每一信息源所發布(bu)(bu)(bu)(bu)的(de)實(shi)時(shi)信息進行(xing)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)優化調整，實(shi)現資源共享。
綜(zong)合系統(tong)優(you)化(hua)技術：
（1）多種(zhong)(zhong)能(neng)源(yuan)系(xi)(xi)統(tong)整(zheng)(zheng)合優化(hua)(hua)(hua)--將(jiang)各(ge)種(zhong)(zhong)不同的(de)能(neng)源(yuan)系(xi)(xi)統(tong)進行(xing)(xing)聯合優化(hua)(hua)(hua)，例如：將(jiang)分布(bu)式能(neng)源(yuan)與傳(chuan)統(tong)能(neng)源(yuan)系(xi)(xi)統(tong)整(zheng)(zheng)合后，進行(xing)(xing)聯合優化(hua)(hua)(hua)；或(huo)者，將(jiang)分布(bu)式能(neng)源(yuan)系(xi)(xi)統(tong)與冰蓄冷系(xi)(xi)統(tong)整(zheng)(zheng)合并進行(xing)(xing)聯合再優化(hua)(hua)(hua)，將(jiang)微(wei)型燃氣輪機與熱(re)泵系(xi)(xi)統(tong)整(zheng)(zheng)合優化(hua)(hua)(hua)，以及太陽(yang)能(neng)與分布(bu)式系(xi)(xi)統(tong)的(de)優化(hua)(hua)(hua)整(zheng)(zheng)合等等，達到取長補短的(de)目的(de)，發揮(hui)各(ge)個系(xi)(xi)統(tong)的(de)綜合優勢；
（2）將分布式能源與交通系統整合(he)優化--利(li)用低谷電(dian)(dian)力為電(dian)(dian)動汽車(che)蓄電(dian)(dian)或(huo)燃(ran)料電(dian)(dian)池汽車(che)儲氫(qing)等，將燃(ran)料電(dian)(dian)池和(he)混合(he)動力汽車(che)作為電(dian)(dian)源形成隨著(zhu)人流(liu)移(yi)動的電(dian)(dian)源和(he)供(gong)水(shui)系統。實(shi)現節(jie)約(yue)投資經費；
（3）分布式能源系(xi)統電網(wang)接入研究--解(jie)決分布式能源與現有電網(wang)設施的兼容、整(zheng)合等問題；
（4）蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)技術--通過蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)技術的開發應用，解決(jue)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)的延時性調節(jie)問(wen)題(ti)，能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)系(xi)統的容錯能(neng)(neng)力，其(qi)中包(bao)括(kuo)(kuo)蓄(xu)(xu)(xu)(xu)電(dian)、蓄(xu)(xu)(xu)(xu)熱(re)(re)、蓄(xu)(xu)(xu)(xu)冷(leng)和(he)蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)四個(ge)技術方向。蓄(xu)(xu)(xu)(xu)電(dian)包(bao)括(kuo)(kuo)化學蓄(xu)(xu)(xu)(xu)電(dian)：電(dian)池；物理蓄(xu)(xu)(xu)(xu)電(dian)：飛(fei)輪和(he)水(shui)能(neng)(neng)、氣能(neng)(neng)。蓄(xu)(xu)(xu)(xu)熱(re)(re)包(bao)括(kuo)(kuo)項(xiang)變(bian)蓄(xu)(xu)(xu)(xu)熱(re)(re)、熱(re)(re)水(shui)、熱(re)(re)油和(he)蒸汽等多種形式。蓄(xu)(xu)(xu)(xu)冷(leng)：冰和(he)水(shui)。蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)包(bao)括(kuo)(kuo)物理蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)：機(ji)械(xie)蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)、水(shui)蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)、以及記憶金屬蓄(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)等多種方式；
（5）地源蓄能技術--利用地下水和(he)土(tu)壤將冬季(ji)的(de)冷和(he)夏季(ji)的(de)熱(re)(re)蓄能儲(chu)存，進(jin)行(xing)季(ji)節(jie)性調節(jie)使用，結合(he)熱(re)(re)泵技術進(jin)行(xing)直接利用，減少城市熱(re)(re)島(dao)效應；
（6）網絡式能(neng)(neng)源(yuan)系(xi)統(tong)--互聯網式的分(fen)布(bu)式能(neng)(neng)源(yuan)梯級利用系(xi)統(tong)是(shi)未來能(neng)(neng)源(yuan)工業的重要(yao)形態。 資源(yuan)深度利用技術：
（1）天(tian)然氣凝結(jie)水(shui)技術(shu)--利用天(tian)然氣燃(ran)燒后(hou)的化學反應結(jie)果回收水(shui)，解(jie)決部分城(cheng)市水(shui)資源(yuan)緊缺問題(ti)；
（2）將(jiang)分布(bu)式(shi)能源與(yu)大(da)棚(peng)結合的(de)技術--將(jiang)分布(bu)式(shi)能源系統(tong)發(fa)電設(she)備排(pai)(pai)除的(de)余(yu)熱、二氧化碳和水蒸汽注入大(da)棚(peng)，作(zuo)為氣體肥料和熱源，解決城市綠化和蔬果供應(ying)，同(tong)時減少溫室氣體和其他污(wu)染物(wu)排(pai)(pai)放問題；
（3）利(li)用(yong)(yong)發(fa)電制冷(leng)的冷(leng)卻水(shui)生產生活(huo)熱(re)水(shui)的技術--利(li)用(yong)(yong)熱(re)泵的技術，將低品(pin)位熱(re)源轉換(huan)為較高(gao)品(pin)位的生活(huo)熱(re)水(shui)，減少能源消耗；
（4）空調系(xi)統廢熱回收技(ji)術--發展全新(xin)風空調系(xi)統中(zhong)有(you)效利用回風中(zhong)的余(yu)熱和余(yu)冷，減少能耗；
（5）污(wu)水水源熱泵系統--利(li)用生活污(wu)水中的熱量；
（6）小型生物(wu)質沼(zhao)氣生產(chan)技術(shu)--利用民用設施污水、垃(la)圾和大棚廢棄生物(wu)質就(jiu)地生產(chan)沼(zhao)氣的技術(shu)。
未來20年中(zhong)國(guo)能源技術(shu)發展方向——分(fen)布式能源及相關技術(shu)
