分布式能源及相關技術發展剖析

2020-12-13 電子產品世界

分布式能源技術是未來世界能源技術的重要發展方向,它具有能源利用效率高,環境負面影響小,提高能源供應可靠性和經濟效益好的特點。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201051.htm

分布式能源技術是中國可持續發展的必須選擇。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重製約,而且也使世界的發展面臨一系列新的問題和矛盾。中國必須立足於現有能源資源,全力提高資源利用效率,擴大資源的綜合利用範圍,而分布式能源無疑是解決問題的關鍵技術。

今年以來,美國和加拿大、英國、澳大利亞、丹麥和瑞典、義大利等國的相繼發生的大停電事故,深刻說明傳統能源供應形式存在著嚴重的技術缺陷,隨著時代的發展,特別是信息社會的發展,已經不可能繼續支撐人類文明的發展進程,必須加快資訊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。

分布式能源技術的發展,為中國與世界發達國家重新回歸同一起跑線創造了一個新機遇,如同手機和家電一樣,它有可能使中國依據市場優勢迅速佔據世界領先地位。

所謂「分布式能源」是指分布在用戶端的能源綜合利用系統。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)聯產為主,其他中央能源供應系統為輔,實現以直接滿足用戶多種需求的能源梯級利用,並通過中央能源供應系統提供支持和補充;在環境保護上,將部分汙染分散化、資源化,爭取實現適度排放的目標;在管理體系上,依託智能信息化技術實現現場無人職守,通過社會化服務體系提供設計、安裝、運行、維修一體化保障;各系統在低壓電網和冷、熱水管道上進行就近支援,互保能源供應的可靠。分布式能源實現多系統優化,將電力、熱力、製冷與蓄能技術結合,實現多系統能源容錯,將每一系統的冗餘限制在最低狀態,利用效率發壞發揮到最大狀態,以達到節約資金的目的。

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、智能控制與群控優化技術;

4、綜合系統優化技術;

5、資源深度利用技術。

動力與能源轉換設備:主要是指一些基於傳統技術的完善和新技術的發展。

(1)小型燃氣輪機——在小型航空渦輪發動機技術的基礎上,實現地面發電和供熱的聯產技術。目前中國在這一技術上已經可以開發相應產品,主要的問題是需要提高設備的能源轉換效率,提高可靠性,延長設備檢修周期,提高設備的自動智能控制水平;

(2)微型燃氣輪機——這是基於汽車發動機增壓渦輪技術的延伸,關鍵技術在於精密鑄造和燒結金屬陶瓷轉子,空氣或磁懸浮軸承,高效回熱利用技術,永磁發電技術,可控矽變頻控制技術等。由於技術層次並不高,其中許多項目已經有專家在研究,只要國家真正重視,中國完全可以趕超世界先進水平;

(3)燃氣內燃機——內燃機技術對於中國已經非常成熟,但是燃氣內燃機的製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,國外正在發展的預燃、回熱、增壓渦輪技術,以及電子變頻等技術,都是發展的重要方向;

(4)斯特林發動機——外燃式斯特林技術中國已經有了比較大的突破,上海711所已經可以生產該技術的產品,目前主要是提高設備可靠性和發電效率,以及自動化控制水平;

(5)燃料電池——該技術有質子交換膜、固體氧化物、熔融矽酸鹽和氫氧重整等多種技術方式,該技術應用極為廣泛,汙染極小,而且可以同燃氣輪機技術整合,發電效率將可能達到80%,是未來最具有發展價值的技術;

(6)微型蒸汽輪機——蒸汽輪機是非常傳統的技術,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,或者利用蒸汽管網中較低品位的蒸汽為製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。利用自來水管網的水能壓力,或者建築物可能產生的落差進行發電,並在用電低谷進行抽水蓄能,新型的微型水輪發電機組將何以採用電子變頻控制技術,調整電能品質;

(8)太陽能發電和太陽熱發電——利用太陽能量的發電技術,關鍵是降低成本,同時需要研究與其他能源利用方式和載體進行整合,將太陽熱發電與沼氣利用整合,將光伏電池與建築材料整合,利用光導纖維與照明技術整合等等;

(9)風能——風力發電是世界能源發展的一個重要方向,在大型風場大量利用大型風機發電將何以代替現有的火力發電系統,但是對於居住分散的用戶小型高效的風力發電系統更加具有普及意義,小型風力發電系統主要需要解決的是成本、可靠性和蓄能問題;

(10)餘熱製冷系統——利用動力機產生的餘熱供熱製冷是分布式熱電冷三聯供系統的重要環節,尤其是製冷,可以採用吸收式製冷,也可以採用吸附式,以及餘熱——動力轉換——低溫製冷等技術,這些技術均比較成熟,關鍵是系統的集成和提高效率,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,重點在於提高效率和增強於其他能源利用技術的整合能力;

(12)能量回收系統——諸如將建築物內電梯下行、汽車制動、自來水減壓等能量回收的技術以及應用設備的研發。

與分布式能源系統相關的一次和二次能源相關技術:

(1)天然氣系統的優化利用,以及管道輸送技術;

(2)液化天然氣的生產和利用——分散化的液化天然氣生產技術可以充分利用石油開採中的伴生氣資源,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於冷能的有效利用可以有效節能等等,在液化天然氣利用中,將產生大量的新課題;


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