未來20年中國能源技術(shù)發(fā)展方向—分布式能源及相關(guān)技術(shù)
分布式能源技術(shù)是未來世界能源技術(shù)的重要發(fā)展方向，它具有能源利用效率高，環(huán)境負(fù)面影響小，提高能源供應(yīng)可靠性和經(jīng)濟(jì)效益好的特點(diǎn)。分布式能源技術(shù)是中國可持續(xù)發(fā)展的必須選擇。中國人口眾多，自身資源有限，按照目前的能源利用方式，依靠自己的能源是絕對不可能支撐13億人的“全面小康”，使用國際能源不僅存在著能源安全的嚴(yán)重制約，而且也使世界的發(fā)展面臨一系列新的問題和矛盾。中國必須立足于現(xiàn)有能源資源，全力提高資源利用效率，擴(kuò)大資源的綜合利用范圍，而分布式能源無疑是解決問題的關(guān)鍵技術(shù)。
今年以來，美國和加拿大、英國、澳大利亞、丹麥和瑞典、意大利等國的相繼發(fā)生的大停電事故，深刻說明傳統(tǒng)能源供應(yīng)形式存在著嚴(yán)重的技術(shù)缺陷，隨著時(shí)代的發(fā)展，特別是信息社會(huì)的發(fā)展，已經(jīng)不可能繼續(xù)支撐人類文明的發(fā)展進(jìn)程，必須加快信息時(shí)代的新型能源體系的建立，分布式能源是該體系的核心技術(shù)。
分布式能源技術(shù)的發(fā)展，為中國與世界發(fā)達(dá)國家重新回歸同一起跑線創(chuàng)造了一個(gè)新機(jī)遇，如同手機(jī)和家電一樣，它有可能使中國依據(jù)市場優(yōu)勢迅速占據(jù)世界領(lǐng)先地位。
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，其他中央能源供應(yīng)系統(tǒng)為輔，實(shí)現(xiàn)以直接滿足用戶多種需求的能源梯級(jí)利用，并通過中央能源供應(yīng)系統(tǒng)提供支持和補(bǔ)充；在環(huán)境保護(hù)上，將部分污染分散化、資源化，爭取實(shí)現(xiàn)適度排放的目標(biāo)；在管理體系上，依托智能信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場無人職守，通過社會(huì)化服務(wù)體系提供設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行、維修一體化保障；各系統(tǒng)在低壓電網(wǎng)和冷、熱水管道上進(jìn)行就近支援，互保能源供應(yīng)的可靠。分布式能源實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)優(yōu)化，將電力、熱力、制冷與蓄能技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)能源容錯(cuò)，將每一系統(tǒng)的冗余限制在最低狀態(tài)，利用效率發(fā)壞發(fā)揮到最大狀態(tài)，以達(dá)到節(jié)約資金的目的。
分布式能源技術(shù)的基礎(chǔ)科學(xué)主要在以下幾個(gè)方面：
1、動(dòng)力與能源轉(zhuǎn)換設(shè)備；
2、一次和二次能源相關(guān)技術(shù)；
3、智能控制與群控優(yōu)化技術(shù)；
4、綜合系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)；
5、資源深度利用技術(shù)。
動(dòng)力與能源轉(zhuǎn)換設(shè)備：
主要是指一些基于傳統(tǒng)技術(shù)的完善和新技術(shù)的發(fā)展。
（1） 小型燃?xì)廨啓C(jī)--在小型航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)地面發(fā)電和供熱的聯(lián)產(chǎn)技術(shù)。目前中國在這一技術(shù)上已經(jīng)可以開發(fā)相應(yīng)產(chǎn)品，主要的問題是需要提高設(shè)備的能源轉(zhuǎn)換效率，提高可靠性，延長設(shè)備檢修周期，提高設(shè)備的自動(dòng)智能控制水平；
（2） 微型燃?xì)廨啓C(jī)--這是基于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)增壓渦輪技術(shù)的延伸，關(guān)鍵技術(shù)在于精密鑄造和燒結(jié)金屬陶瓷轉(zhuǎn)子，空氣或磁懸浮軸承，高效回?zé)崂眉夹g(shù)，永磁發(fā)電技術(shù)，可控硅變頻控制技術(shù)等。由于技術(shù)層次并不高，其中許多項(xiàng)目已經(jīng)有專家在研究，只要國家真正重視，中國完全可以趕超世界先進(jìn)水平；
（3） 燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)--內(nèi)燃機(jī)技術(shù)對于中國已經(jīng)非常成熟，但是燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的制造水平與國際先進(jìn)設(shè)備還存在比較大的差距，主要是轉(zhuǎn)換效率、排放控制、電子控制和設(shè)備大修周期等，此外，國外正在發(fā)展的預(yù)燃、回?zé)�、增壓渦輪技術(shù)，以及電子變頻等技術(shù)，都是發(fā)展的重要方向；
（4） 斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)--外燃式斯特林技術(shù)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(shù)的產(chǎn)品，目前主要是提高設(shè)備可靠性和發(fā)電效率，以及自動(dòng)化控制水平；
（5） 燃料電池--該技術(shù)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(shù)方式，該技術(shù)應(yīng)用極為廣泛，污染極小，而且可以同燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)整合，發(fā)電效率將可能達(dá)到80%，是未來最具有發(fā)展價(jià)值的技術(shù)；
（6） 微型蒸汽輪機(jī)--蒸汽輪機(jī)是非常傳統(tǒng)的技術(shù)，但是利用一部噪音小、振動(dòng)小、運(yùn)行方便可靠的小型蒸汽輪機(jī)代替熱交換器，將其中一部分能量轉(zhuǎn)換為價(jià)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(jī)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(jī)和微型抽水蓄能電站--小型、微型水輪機(jī)組不僅可以在任何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(xiàng)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(jìn)行發(fā)電，并在用電低谷進(jìn)行抽水蓄能，新型的微型水輪發(fā)電機(jī)組將何以采用電子變頻控制技術(shù)，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(shù)，關(guān)鍵是降低成本，同時(shí)需要研究與其他能源利用方式和載體進(jìn)行整合，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(dǎo)纖維與照明技術(shù)整合等等；
（9） 風(fēng)能--風(fēng)力發(fā)電是世界能源發(fā)展的一個(gè)重要方向，在大型風(fēng)場大量利用大型風(fēng)機(jī)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高效的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)更加具有普及意義，小型風(fēng)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(dòng)力機(jī)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(dòng)力轉(zhuǎn)換--低溫制冷等技術(shù)，這些技術(shù)均比較成熟，關(guān)鍵是系統(tǒng)的集成和提高效率，以及降低造價(jià)等問題；
（11） 熱泵--利用地源、水源和其他溫差資源的能源利用技術(shù)，重點(diǎn)在于提高效率和增強(qiáng)于其他能源利用技術(shù)的整合能力；
（12） 能量回收系統(tǒng)--諸如將建筑物內(nèi)電梯下行、汽車制動(dòng)、自來水減壓等能量回收的技術(shù)以及應(yīng)用設(shè)備的研發(fā)。
與分布式能源系統(tǒng)相關(guān)的一次和二次能源相關(guān)技術(shù)：
（1） 天然氣系統(tǒng)的優(yōu)化利用，以及管道輸送技術(shù)；
（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(shù)可以充分利用石油開采中的伴生氣資源，減少溫室氣體排放，提高資源的綜合利用率，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，世界上可能有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，減少礦工死亡和提高煤層氣和礦井瓦斯資源的利用有著密切關(guān)聯(lián)，利用煤層氣和礦井瓦斯發(fā)電等技術(shù)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(shù)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?zé)?-利用和開發(fā)地?zé)豳Y源，將地下低品位熱能轉(zhuǎn)換為高品位的電能或冷能是技術(shù)的關(guān)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，并降低城市熱島效應(yīng)；
（8） 水能--利用水利資源，特別是小型水電設(shè)施解決農(nóng)村以水代柴，保護(hù)植被；
（9） 沼氣--利用城市垃圾、農(nóng)村廢棄物資源等進(jìn)行發(fā)電或熱電聯(lián)產(chǎn)，減少溫室氣體排放，提高資源綜合利用水平；
（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(shù)的關(guān)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(dòng)力設(shè)備，以及分布式能源的動(dòng)力源，主要解決高增壓比壓縮技術(shù)、設(shè)備小型化、材料和效率等問題。
智能控制與群控優(yōu)化技術(shù)：
（1） 分布式能源機(jī)組和系統(tǒng)自身的智能化控制--解決設(shè)備“無人職守”問題，能夠根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，自動(dòng)跟蹤電、熱、冷負(fù)荷；
（2） 分布式能源與載體的信息互動(dòng)--解決分布式能源系統(tǒng)成為智能化建筑的一個(gè)組成部分，與建筑系統(tǒng)的需求進(jìn)行優(yōu)化整合，提高建筑的能源可靠性和節(jié)能性；
（3） 分布式能源機(jī)組的聯(lián)合控制--分布式能源采用模塊化組合設(shè)計(jì)，需要對模塊組合聯(lián)合控制，根據(jù)需求變化進(jìn)行智能調(diào)節(jié)，決定每一模塊的運(yùn)行狀態(tài)和模塊之間的調(diào)節(jié)優(yōu)化關(guān)系；
（4） 遠(yuǎn)程遙控--通過電話線、因特網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)和電源線對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視控制，需要解決安全和協(xié)議統(tǒng)一等問題；
（5） 群控優(yōu)化--根據(jù)一個(gè)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(gè)用戶的分布式能源系統(tǒng)，以及公共能源系統(tǒng)，進(jìn)行多系統(tǒng)容錯(cuò)優(yōu)化，減少冗余，提高各系統(tǒng)的安全性和需求適應(yīng)性，降低造價(jià)，提高效率；
（6） 智能電網(wǎng)技術(shù)--必須建立電網(wǎng)信息化管理系統(tǒng)，對于電網(wǎng)特別式近用戶低壓供電電網(wǎng)的信息化控制，流量平衡控制、網(wǎng)內(nèi)分布式能源智能管制系統(tǒng)、智能保護(hù)系統(tǒng)等；
（7） 信息化計(jì)量與結(jié)算系統(tǒng)--建立網(wǎng)絡(luò)化能源系統(tǒng)的各種能源產(chǎn)品和各個(gè)用戶與分布式能源設(shè)施擁有者之間、各時(shí)段間根據(jù)預(yù)約定價(jià)進(jìn)行計(jì)量和結(jié)算的智能系統(tǒng)；
（8） 自動(dòng)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(yīng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)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(shè)施、儲(chǔ)能設(shè)施、設(shè)備運(yùn)行服務(wù)機(jī)構(gòu)、以及燃料供應(yīng)者和公共電網(wǎng)能夠根據(jù)每一信息源所發(fā)布的實(shí)時(shí)信息進(jìn)行狀態(tài)優(yōu)化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)資源共享。
綜合系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)：
（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(jìn)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(jìn)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(jìn)行聯(lián)合再優(yōu)化，將微型燃?xì)廨啓C(jī)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(dá)到取長補(bǔ)短的目的，充分發(fā)揮各個(gè)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(dòng)汽車蓄電或燃料電池汽車儲(chǔ)氫等，將燃料電池和混合動(dòng)力汽車作為電源形成隨著人流移動(dòng)的電源和供水系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)節(jié)約投資經(jīng)費(fèi)，降低高技術(shù)產(chǎn)品使用成本等目的；
（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(shè)施的兼容、整合和安全運(yùn)行等問題；
（4） 蓄能技術(shù)--通過蓄能技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，解決能源的延時(shí)性調(diào)節(jié)問題，提高能源系統(tǒng)的容錯(cuò)能力，其中包括蓄電、蓄熱、蓄冷和蓄能四個(gè)技術(shù)方向。蓄電包括化學(xué)蓄電：電池；物理蓄電：飛輪和水能、氣能。蓄熱包括項(xiàng)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(jī)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(shù)--利用地下水和土壤將冬季的冷和夏季的熱蓄能儲(chǔ)存，進(jìn)行季節(jié)性調(diào)節(jié)使用，結(jié)合熱泵技術(shù)進(jìn)行直接利用，減少城市熱島效應(yīng)；
（6） 網(wǎng)絡(luò)式能源系統(tǒng)--互聯(lián)網(wǎng)式的分布式能源梯級(jí)利用系統(tǒng)是未來能源工業(yè)的重要形態(tài)，它是由燃?xì)夤芫W(wǎng)、低壓電網(wǎng)、冷熱水網(wǎng)絡(luò)和信息共同組成的用戶就近互聯(lián)系統(tǒng)，復(fù)合網(wǎng)絡(luò)的智能化運(yùn)行、結(jié)算、冗余調(diào)整和系統(tǒng)容錯(cuò)優(yōu)化；
資源深度利用技術(shù)：
（1） 天然氣凝結(jié)水技術(shù)--利用天然氣燃燒后的化學(xué)反應(yīng)結(jié)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(jié)合的技術(shù)--將分布式能源系統(tǒng)發(fā)電設(shè)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(yīng)，同時(shí)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(shù)--利用熱泵的技術(shù)，將低品位熱源轉(zhuǎn)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(shù)--發(fā)展全新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中有效利用回風(fēng)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(shù)--利用民用設(shè)施污水、垃圾和大棚廢棄生物質(zhì)就地生產(chǎn)沼氣的技術(shù)。
作者：韓曉平
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