未來20年能源技術(shù)發(fā)展方向之一分布式能源及相關(guān)技術(shù)

1、未來20年能源技術(shù)發(fā)展方向之一分布式能源及相關(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)境負面影響小，提高能源供應(yīng)可靠性和經(jīng)濟效益好的特點。 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)。 近年以來，美國和加拿大、英國

2、、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，隨著時代的發(fā)展，特別是信息社會的發(fā)展，已經(jīng)不可能繼續(xù)支撐人類文明的發(fā)展進程，必須加快信息時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)達國家重新回歸同一起跑線創(chuàng)造了一個新機遇，如同手機和家電一樣，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”是指分布在需求側(cè)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，

3、實現(xiàn)以直接滿足用戶多種需求的能源梯級利用，并通過中央能源供應(yīng)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(biāo)；在管理體系上，依托智能信息化技術(shù)實現(xiàn)現(xiàn)場無人職守，通過社會化服務(wù)體系提供設(shè)計、安裝、運行、維修一體化保障；各系統(tǒng)在低壓電網(wǎng)和冷、熱水管道上進行就近支援，互保能源供應(yīng)的可靠。分布式能源實現(xiàn)多系統(tǒng)優(yōu)化，將電力、燃氣、熱力、制冷與蓄能技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)多系統(tǒng)能源融錯，將每一系統(tǒng)的冗余限制在最低狀態(tài)，將資源的利用效率發(fā)揮到最佳狀態(tài)，以達到節(jié)約資金的目的。 分布式能源技術(shù)的基礎(chǔ)科學(xué)主要在以下幾個方面：1、 動力與能源轉(zhuǎn)換設(shè)備；2、 一次和二次能源相關(guān)技術(shù)；3、 智能

4、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)小型燃氣輪機-在小型航空渦輪發(fā)動機技術(shù)的基礎(chǔ)上，實現(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(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，其中許多項目已經(jīng)有專家在研究，只要國家真正重視

5、，中國完全可以趕超世界先進水平； (3)燃氣內(nèi)燃機-內(nèi)燃機技術(shù)對于中國已經(jīng)非常成熟，但是燃氣內(nèi)燃機的制造水平與國際先進設(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)帷⒃鰤簻u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)動機-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，而且可以同燃氣輪機技術(shù)整合，發(fā)電效率將可能達到

6、80，是未來最具有發(fā)展價值的技術(shù)； (6)微型蒸汽輪機-蒸汽輪機是非常傳統(tǒng)的技術(shù)，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(zhuǎn)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任何有水位落差和水利壓差的地方使用，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)電機組將可以采用電子變頻控制技術(shù)，調(diào)整電能品質(zhì)。該技術(shù)可以在一個孤網(wǎng)運行系統(tǒng)中，提供大功

7、率啟動電能； (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，同時需要研究與其他能源利用方式和載體進行整合，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)展的一個重要方向，在大型風(fēng)場大量利用大型風(fēng)機發(fā)電將可以代替現(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(zhuǎn)

8、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)，重點在于提高效率和增強與其他能源利用技術(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、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

9、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80以上遇難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，它將為分布式能源系統(tǒng)提供燃料的重要途徑。此外，直接將天然氣和水加工成為人造可燃冰技術(shù)使天然氣的運輸儲存和使用變的更加便捷，具有極大的使用前景； (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

10、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。地下氣化氣含氫高達60%，是未來燃料電池最佳的燃料來源； (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，提高資源綜合利用水平； (10)秸稈-秸稈直接燃燒或者氣化和轉(zhuǎn)換沼氣加以利用，尤其是將其轉(zhuǎn)換為高品位的電能，不僅可以保護環(huán)境，而且可以解決農(nóng)村電網(wǎng)電

11、損過大等問題； (11)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； (12)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； (13)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； (14)壓縮空氣-利用低谷電力或其他能源生產(chǎn)高壓空氣，作為汽車和其他動力設(shè)備，以及分布式能源的動力源，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)需求進行調(diào)節(jié)，自動跟蹤電

12、、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，提高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(shè)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(guān)系；  (4)遠程遙控-通過電話線、因特網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)和電源線對設(shè)備進行遠程監(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

13、能源系統(tǒng)，進行多系統(tǒng)融錯優(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，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)特別是靠近用戶低壓供電電網(wǎng)的信息化控制、流量負載平衡控制、網(wǎng)內(nèi)分布式能源智能管制系統(tǒng)、智能保護系統(tǒng)等； (7)信息化計量與結(jié)算系統(tǒng)-建立網(wǎng)絡(luò)化能源系統(tǒng)的各種能源產(chǎn)品和各個用戶與分布式能源設(shè)施擁有者之間、各時段間根據(jù)預(yù)約定價進行計量和結(jié)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(yīng)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(shè)施、

14、儲能設(shè)施、設(shè)備運行服務(wù)機構(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(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、水蓄冷蓄熱系統(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，充分發(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，以及壓縮空氣汽車蓄能等。將燃料電池和混合動力汽車作為電源設(shè)施，形成隨

15、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，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，解決能源的延時性調(diào)節(jié)問題，提高能源系統(tǒng)的融錯能力，其中包括蓄電、蓄熱、蓄冷和蓄能四個技術(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。蓄熱包括相便蓄熱、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(shù)-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(jié)合熱泵技術(shù)進行直接利用，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利用系統(tǒng)是未來能源工業(yè)的重要形態(tài)，它是由燃氣管網(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)的智能化運行、結(jié)算、冗余調(diào)整和系統(tǒng)容錯優(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