變革性能源利用技術(shù)
——分布式能源系統(tǒng)

金紅光，隋 軍

(中國(guó)科學(xué)院 工程熱物理研究所，北京 海淀 100190)

變革性能源利用技術(shù)
——分布式能源系統(tǒng)

金紅光，隋 軍

(中國(guó)科學(xué)院 工程熱物理研究所，北京 海淀 100190)

發(fā)展新型能源系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展的必要保障，包括系統(tǒng)性、創(chuàng)新性和可持續(xù)性三方面內(nèi)涵。分布式能源系統(tǒng)是一種典型的新型能源系統(tǒng)，與常規(guī)集中式供能系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，是未來(lái)能源系統(tǒng)的發(fā)展方向。文章闡述了分布式能源系統(tǒng)在美國(guó)、日本、歐洲、中國(guó)等主要國(guó)家和地區(qū)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)，闡明燃?xì)饧岸嗄芑パa(bǔ)的分布式能源等新型能源系統(tǒng)的重要發(fā)展方向，提出發(fā)展以分布式能源、可再生能源為代表的新型能源系統(tǒng)，是完善我國(guó)能源可持續(xù)發(fā)展體系，搶占能源技術(shù)革命制高點(diǎn)的國(guó)家戰(zhàn)略需求。

新型能源系統(tǒng)；分布式能源；可再生能源；能源可持續(xù)發(fā)展

1 新型能源系統(tǒng)的戰(zhàn)略需求

1.1 新型能源系統(tǒng)概念與內(nèi)涵

我國(guó)節(jié)能減排面臨的主要能源問(wèn)題有：隨著經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，能源需求大幅度增加，導(dǎo)致供需矛盾日益尖銳；能源利用效率低下，轉(zhuǎn)換、輸送、使用等環(huán)節(jié)浪費(fèi)驚人；能源結(jié)構(gòu)不合理，優(yōu)質(zhì)清潔燃料比例過(guò)低；環(huán)境問(wèn)題突出，治理難度大，碳減排壓力不斷增加；國(guó)際能源競(jìng)爭(zhēng)加劇，能源供應(yīng)安全面臨挑戰(zhàn)；大電源、大電網(wǎng)的單一運(yùn)營(yíng)模式難以應(yīng)對(duì)破壞供電安全的突發(fā)事件。能源加工、轉(zhuǎn)換、貯運(yùn)和終端利用的綜合效率比國(guó)外先進(jìn)水平低十個(gè)百分點(diǎn)以上。

新型能源系統(tǒng)的核心是能源可持續(xù)發(fā)展的能源系統(tǒng)創(chuàng)新，其內(nèi)涵包括系統(tǒng)性、創(chuàng)新性和可持續(xù)性三個(gè)方面。系統(tǒng)性是指要全面考慮能源種類(lèi)、終端范圍、綜合利用等因素；創(chuàng)新性則要求新型能源系統(tǒng)具有原創(chuàng)性或系統(tǒng)集成創(chuàng)新的特點(diǎn)；可持續(xù)性則要求滿(mǎn)足低碳、環(huán)境友好等要求。

根據(jù)以上內(nèi)涵，新型能源系統(tǒng)將能夠?qū)崿F(xiàn)能源效率、能源環(huán)境、能源結(jié)構(gòu)、能源安全的協(xié)調(diào)發(fā)展，建立以節(jié)能環(huán)保、可再生能源、低碳技術(shù)為支柱的能源可持續(xù)發(fā)展體系，推動(dòng)能源革命與信息革命融合的第三次工業(yè)革命。

1.2 新型能源系統(tǒng)現(xiàn)狀與趨勢(shì)

從人類(lèi)利用能源和動(dòng)力發(fā)展的歷史看，古代人類(lèi)幾乎完全依靠可再生能源，人工或簡(jiǎn)單機(jī)械已經(jīng)能夠適應(yīng)農(nóng)耕社會(huì)的需要。近代以來(lái)，蒸汽機(jī)的發(fā)明喚起了第一次工業(yè)革命，而能源基礎(chǔ)，則是以煤為主的化石能源，從小規(guī)模的發(fā)電技術(shù)，到大電網(wǎng)，支撐了大工業(yè)生產(chǎn)相應(yīng)的大規(guī)模能源使用。石油、天然氣在內(nèi)燃機(jī)、柴油機(jī)中的廣泛使用，奠定了現(xiàn)代交通基礎(chǔ)，燃?xì)廨啓C(jī)的技術(shù)進(jìn)步使飛機(jī)突破聲障，這些進(jìn)一步適應(yīng)了高度集中生產(chǎn)的需要。但是化石能源過(guò)度使用，造成嚴(yán)重環(huán)境污染，而且化石能源資源終將枯竭，嚴(yán)重地威脅著人類(lèi)的生存和發(fā)展，要求人類(lèi)必須再一次主要地使用可再生能源。這預(yù)示著人類(lèi)必將再次步入可再生能源時(shí)代——一個(gè)與過(guò)去完全不同的、建立在當(dāng)代高新技術(shù)基礎(chǔ)上創(chuàng)新發(fā)展起來(lái)的嶄新的可再生能源時(shí)代。這個(gè)時(shí)代，按照里夫金《第三次工業(yè)革命》的說(shuō)法，是建立在現(xiàn)代信息技術(shù)與分布式能源技術(shù)基礎(chǔ)上的分布式利用可再生能源的時(shí)代。

傳統(tǒng)的鏈?zhǔn)桨l(fā)展模式。迄今為止人類(lèi)文明發(fā)展主要依賴(lài)無(wú)節(jié)制地開(kāi)發(fā)利用煤、石油、天然氣等化石燃料資源以及水、土地、生物質(zhì)等自然資源，首先將這些化石資源轉(zhuǎn)換成能源，然后再將能源以熱和功的形式加以利用，最后治理所產(chǎn)生的環(huán)境污染問(wèn)題,即先污染后治理。這一模式導(dǎo)致奢侈的資源浪費(fèi)、低效的能源利用和嚴(yán)重的環(huán)境污染?？梢哉f(shuō)，傳統(tǒng)的資源、能源利用方式與環(huán)境之間基于鏈?zhǔn)竭B接的“串聯(lián)”模式恰恰是能源系統(tǒng)控制污染物的能耗代價(jià)居高不下的根本原因。當(dāng)人類(lèi)清楚認(rèn)識(shí)到過(guò)去所走過(guò)的發(fā)展道路是以犧牲子孫后代的利益為代價(jià)的時(shí)候，開(kāi)始認(rèn)真思考并探索可持續(xù)能源發(fā)展的新模式。

能源、資源與環(huán)境有機(jī)結(jié)合的一體化發(fā)展新模式。實(shí)施可持續(xù)能源發(fā)展戰(zhàn)略，就是要在能源、資源與環(huán)境一體化原則指導(dǎo)下，建立穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、清潔、可靠、安全的能源保障體系；使能源的發(fā)展與資源的開(kāi)發(fā)利用相協(xié)調(diào)，能源發(fā)展對(duì)環(huán)境的改變?cè)诃h(huán)境的承載極限之內(nèi)，能源建設(shè)與環(huán)境保護(hù)同步，恢復(fù)自然生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)，能源增長(zhǎng)與區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展相協(xié)調(diào)；以不影響長(zhǎng)遠(yuǎn)的持續(xù)發(fā)展為前提，把建立穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、清潔、可靠、安全的能源保障體系置于可持續(xù)發(fā)展能源戰(zhàn)略的中心位置，協(xié)調(diào)好資源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系。

新的發(fā)展模式關(guān)鍵在于開(kāi)拓可持續(xù)能源新渠道和實(shí)施能源多元化戰(zhàn)略，嘗試解決能源利用與環(huán)境相容協(xié)調(diào)的難題。包括以下發(fā)展方向：傳統(tǒng)化石能源的潔凈利用，實(shí)現(xiàn)各種化石能源的高效與清潔利用，積極探索無(wú)公害或零排放的可持續(xù)發(fā)展的綠色能源技術(shù)與系統(tǒng)。加速發(fā)展綠色能源，包括開(kāi)發(fā)應(yīng)用自然界中可再生能源與清潔能源，其中包括具有大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化價(jià)值的水能、核能，以及需要大力發(fā)展的風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能。實(shí)現(xiàn)能源、資源與環(huán)境一體化，通過(guò)開(kāi)拓新的化學(xué)能利用方式或釋放方式，探索在化學(xué)能的傳遞和釋放過(guò)程中分離污染物的有效途徑，同時(shí)實(shí)現(xiàn)燃料化學(xué)能的有效利用與污染物分離回收。摒棄傳統(tǒng)的“鏈?zhǔn)酱?lián)”模式，走出一條資源、能源與環(huán)境相容的發(fā)展新模式[1]。為此，急需能源可持續(xù)發(fā)展的新型能源系統(tǒng)。

1.3 社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)新型能源系統(tǒng)發(fā)展需求

新型能源系統(tǒng)是相對(duì)傳統(tǒng)供能系統(tǒng)而言的：傳統(tǒng)的集中式供能系統(tǒng)采用大規(guī)模設(shè)備、集中生產(chǎn)，然后通過(guò)專(zhuān)門(mén)的輸送設(shè)施(大電網(wǎng)、大熱網(wǎng)等)將各種能量輸送給較大范圍內(nèi)的眾多用戶(hù)；而新型能源系統(tǒng)以分布式能源系統(tǒng)為代表，通常以可再生能源和清潔燃料為能源，布置在需求附近，直接面向用戶(hù)，按用戶(hù)的需求就近生產(chǎn)并供應(yīng)能量，具有多種功能、可滿(mǎn)足多重目標(biāo)的中、小型能量轉(zhuǎn)換利用系統(tǒng)。作為新一代的供能系統(tǒng)，分布式能源系統(tǒng)是集中式供能系統(tǒng)的有力補(bǔ)充。

隨著社會(huì)的發(fā)展，現(xiàn)代新型的分布式供能技術(shù)更加強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的綜合性能，包括系統(tǒng)適應(yīng)用戶(hù)需求的能力、對(duì)環(huán)境友好等?，F(xiàn)代分布式供能技術(shù)與傳統(tǒng)的“小機(jī)組”、集中供能方式，甚至早期的分布式供能技術(shù)有很大不同，甚至有本質(zhì)區(qū)別。目前研發(fā)的分布式供能技術(shù)的節(jié)能率將達(dá)到20%～30%，特點(diǎn)是采用新一代聯(lián)供系統(tǒng)集成技術(shù)，同時(shí)仔細(xì)考慮用戶(hù)不同冷、熱需求的具體要求，采用最佳的優(yōu)化控制方式使每種需求均得到滿(mǎn)足，用戶(hù)的需求與系統(tǒng)的供應(yīng)緊密耦合，系統(tǒng)集成程度顯著增加，能的梯級(jí)利用程度進(jìn)一步深化。[2-3]

1.4 發(fā)展的瓶頸和制約因素

在關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)方面，發(fā)展微小型燃?xì)廨啓C(jī)等核心動(dòng)力是發(fā)展新型能源系統(tǒng)的前提，需要在氣動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)、材料制備及制造工藝方面尋求突破，實(shí)現(xiàn)對(duì)國(guó)際先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)、消化吸收及再創(chuàng)新，進(jìn)而推動(dòng)產(chǎn)品的系列化與換代升級(jí)，最終發(fā)展分布式供能技術(shù)的成套設(shè)備，完成向新型能源系統(tǒng)的跨越。

由于發(fā)展分布式供能等新型能源系統(tǒng)需采用新工藝和新設(shè)計(jì)，制造企業(yè)必然采用新裝備以適應(yīng)新工藝和新設(shè)計(jì)的要求，為此要推動(dòng)制造企業(yè)裝備水平的更新?lián)Q代。以分布式供能技術(shù)為例，發(fā)展的瓶頸在于燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)等核心動(dòng)力技術(shù)與裝備，以及吸收式制冷、熱泵和除濕等制冷空調(diào)行業(yè)的升級(jí)換代。

分布式供能等新型能源系統(tǒng)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，是一個(gè)多行業(yè)交叉的系統(tǒng)工程，需要構(gòu)建政府、企業(yè)及科研院所的組織體系，以技術(shù)創(chuàng)新為紐帶，以組織創(chuàng)新為保障，組織國(guó)內(nèi)優(yōu)秀力量，突破關(guān)鍵技術(shù)，形成系統(tǒng)技術(shù)的設(shè)計(jì)能力和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)。

2 新型能源系統(tǒng)對(duì)能源可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略作用

2.1 助力能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，推動(dòng)節(jié)能減排

分布式供能系統(tǒng)等新型能源系統(tǒng)已成為21世紀(jì)國(guó)際能源技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)。新型能源系統(tǒng)具有節(jié)能、環(huán)保、可靠、生態(tài)友好、可持續(xù)的特點(diǎn)，在開(kāi)拓能源利用新模式、推動(dòng)可再生能源應(yīng)用、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)等方面將發(fā)揮重要作用，是滿(mǎn)足我國(guó)節(jié)能減排重大需求的有效途徑之一。

通過(guò)分布式能源系統(tǒng)，在能的梯級(jí)利用理論和方法指導(dǎo)下，將天然氣等清潔燃料與可再生能源綜合利用，就近滿(mǎn)足社會(huì)電、冷、熱等多方面能源需求。項(xiàng)目成果促進(jìn)清潔燃料在能源系統(tǒng)中的比例，將提高分布式能源系統(tǒng)中可再生能源的比例，助力能源結(jié)構(gòu)調(diào)整；研究成果有望實(shí)現(xiàn)能源利用效率的大幅度提高，將相對(duì)節(jié)能率從不足20%提高到30%。根據(jù)國(guó)家有關(guān)規(guī)劃，到2020年總裝機(jī)容量達(dá)到50 GW，可實(shí)現(xiàn)年節(jié)能4 000萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤，為推動(dòng)國(guó)家節(jié)能減排進(jìn)程做出實(shí)質(zhì)性的貢獻(xiàn)。

2.2 提高供能可靠性，保障能源安全

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了多起大規(guī)模停電等供能安全事件，如2008年我國(guó)南方冰雪災(zāi)害等，暴露出常規(guī)集中供能系統(tǒng)的一些弱點(diǎn)。從電網(wǎng)安全的角度考慮，分布式供能為主的新型能源系統(tǒng)是常規(guī)供能系統(tǒng)不可缺少的有益補(bǔ)充，二者的有機(jī)結(jié)合，是未來(lái)能源系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。同時(shí)通過(guò)分布式能源系統(tǒng)的主動(dòng)調(diào)控作用，有助于城市電力和燃?xì)獾碾p重調(diào)峰，并為配電網(wǎng)提供更多的支撐電源，提高供能可靠性。

2.3 促進(jìn)能源環(huán)境問(wèn)題的解決

化石能源，特別是煤的過(guò)度開(kāi)發(fā)與使用，是造成京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角等能源負(fù)荷集中區(qū)酸雨、霧霾等環(huán)境問(wèn)題的主要原因。分布式能源系統(tǒng)可根據(jù)用戶(hù)當(dāng)?shù)啬茉促Y源情況和能量需求特點(diǎn)，就近利用清潔燃料和可再生能源，大幅度減少化石燃料的使用及電力、熱能的遠(yuǎn)距離輸送，極大緩解區(qū)域的環(huán)境污染問(wèn)題。

因此，發(fā)展新型能源系統(tǒng)對(duì)于我國(guó)緩解能源緊缺、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、解決環(huán)境難題等目標(biāo)來(lái)說(shuō)，是能源領(lǐng)域一項(xiàng)重要的戰(zhàn)略選擇。

3 分布式能源在主要國(guó)家和地區(qū)的發(fā)展及趨勢(shì)

美國(guó)分布式能源的概念最早起源于美國(guó)，起初的目的是通過(guò)用戶(hù)端的發(fā)電裝置，保障電力安全，利用應(yīng)急發(fā)電機(jī)并網(wǎng)供電，以保持電網(wǎng)安全的多元化。截至2011年，美國(guó)分布式能源站已有6 000多座，總裝機(jī)超過(guò)90 GW。美國(guó)政府計(jì)劃至2020年將有50%以上的新建辦公或商用建筑采用CCHP供能模式，15%的現(xiàn)有建筑供能轉(zhuǎn)型完成。美國(guó)DES發(fā)電量占國(guó)內(nèi)總發(fā)電量的14%左右，以天然氣CCHP為主(占總發(fā)電量的4.1%)，其他包括中小水能、太陽(yáng)能、風(fēng)能等。美國(guó)熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)以?xún)?nèi)燃機(jī)、蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)為主，約46%的熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目采用小型內(nèi)燃機(jī)，燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)占項(xiàng)目數(shù)量的8%，占分布式發(fā)電總裝機(jī)容量的53%。根據(jù)《美國(guó)2011能源展望》的分析：在強(qiáng)化政策情況下，2035年分布式發(fā)電裝機(jī)容量將增長(zhǎng)至9.8 GW?？稍偕茉凑妓猩虡I(yè)分布式發(fā)電的50%，而基準(zhǔn)政策情景中可再生能源占比小于35%?？傊?，美國(guó)的長(zhǎng)期目標(biāo)是通過(guò)最大程度地使用具有良好成本效益的分布式能源系統(tǒng)，使美國(guó)的電能生產(chǎn)和輸送系統(tǒng)成為世界上最潔凈、最有效、最可靠的系統(tǒng)。

歐盟歐洲的煤炭、石油、天然氣資源比較匱乏，化石能源依賴(lài)國(guó)外，歐洲國(guó)家的能源發(fā)展呈現(xiàn)出多樣性。法國(guó)以核能為主，東歐天然氣比較多，北歐風(fēng)能、水電為主，德國(guó)和西班牙在大力發(fā)展太陽(yáng)能。歐盟在1997年已擁有9 000多臺(tái)分布式熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，占?xì)W洲總裝機(jī)容量的13%，其中工業(yè)系統(tǒng)中的分布式熱電聯(lián)產(chǎn)裝機(jī)總?cè)萘砍^(guò)了33 GW，約占熱電聯(lián)產(chǎn)總裝機(jī)容量的45%。2010年熱電聯(lián)產(chǎn)比例增加1倍，提高到總發(fā)電比例的18%。歐洲各國(guó)積極推行分布式能源系統(tǒng)，并采用可再生能源為主體的技術(shù)應(yīng)用。丹麥、荷蘭、德國(guó)的分布式能源發(fā)電量分別占到國(guó)內(nèi)總發(fā)電量的53%、38%和38%，歐盟分布式能源平均占電市場(chǎng)比例達(dá)10%，以天然氣為主，并與可再生能源發(fā)展緊密結(jié)合。總體來(lái)看，歐洲國(guó)家在規(guī)劃發(fā)展以可再生能源為主要能源的新型能源系統(tǒng)，以減少對(duì)俄羅斯等外部國(guó)家的能源依賴(lài)。歐洲的能源結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)是以能源高效經(jīng)濟(jì)利用和可持續(xù)發(fā)展為主，大力推廣可再生分布式能源的利用，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。

日本為了減少對(duì)能源進(jìn)口的依賴(lài)，日本大力開(kāi)發(fā)熱電聯(lián)產(chǎn)分布式發(fā)電和可再生能源發(fā)電。隨著技術(shù)的開(kāi)發(fā)和政策方面的鼓勵(lì)，日本天然氣熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的數(shù)量從1989年開(kāi)始迅速增長(zhǎng)。截至2000年底，已建熱電(冷)系統(tǒng)共1 413個(gè)，平均容量477 kW。截至2011年3月，日本國(guó)內(nèi)分布式供能系統(tǒng)總裝機(jī)規(guī)模已經(jīng)超過(guò)9.4 GW，總數(shù)超過(guò)8 500項(xiàng)，其中以天然氣為燃料的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)占主要部分，約占總規(guī)模的48%，分布式能源占能源總比重已達(dá)14%。日本計(jì)劃在2030年前DES發(fā)電量將占總電力供應(yīng)的20%?？傊毡镜姆植际桨l(fā)電以熱電聯(lián)產(chǎn)和太陽(yáng)能光伏發(fā)電為主，截至2012年，總裝機(jī)容量約36 GW，占全國(guó)發(fā)電總裝機(jī)容量13.4%[4]。

中國(guó)我國(guó)的能源資源稟賦、經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段、生產(chǎn)力布局、建筑結(jié)構(gòu)和居住條件與上述發(fā)達(dá)國(guó)家有很大的差異。因此，我國(guó)的能源發(fā)展戰(zhàn)略，新型能源的發(fā)展重點(diǎn)和路徑也具有自身的特色。

分布式供能技術(shù)定位為我國(guó)能源領(lǐng)域前沿技術(shù)?！秶?guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要 (2006—2020年)》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《綱要》)將分布式供能技術(shù)作為與氫能、核能等并列的四項(xiàng)前沿技術(shù)之一[5]。為貫徹實(shí)施《綱要》，科技部、國(guó)家發(fā)改委等部委積極推進(jìn)分布式供能技術(shù)的研究與示范。這些工作為我國(guó)分布式供能技術(shù)的自主創(chuàng)新提供了良好的研究基礎(chǔ)和發(fā)展機(jī)遇。開(kāi)展新型能源系統(tǒng)相關(guān)理論和技術(shù)的自主創(chuàng)新研究，將帶動(dòng)能源與環(huán)境領(lǐng)域研究的跨越發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)已建和在建分布式能源項(xiàng)目裝機(jī)總?cè)萘考s5.4 GW，主要以天然氣分布式能源方式建設(shè)。

近年來(lái)，我國(guó)陸續(xù)出臺(tái)了一系列發(fā)展分布式能源的鼓勵(lì)政策，包括2011年10月發(fā)布的《關(guān)于發(fā)展天然氣分布式能源的指導(dǎo)意見(jiàn)》，2012年4月發(fā)布的《分布式發(fā)電管理辦法和并網(wǎng)管理辦法》，2013年10月發(fā)布的《關(guān)于印發(fā)大力發(fā)展分布式發(fā)電若干意見(jiàn)的通知》，2014年10月發(fā)布的《天然氣分布式能源示范項(xiàng)目實(shí)施細(xì)則》等，從規(guī)劃、并網(wǎng)保障、工程實(shí)施、政策配套等方面提出了指導(dǎo)意見(jiàn)，但能夠指導(dǎo)各地項(xiàng)目落實(shí)的依據(jù)性文件仍然缺乏，示范工程和產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)依然面臨難題。

在“十一五”到“十二五”期間，科技部、國(guó)家能源局等部門(mén)先后部署了若干分布式能源的科技項(xiàng)目，在基礎(chǔ)理論創(chuàng)新、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、研發(fā)平臺(tái)建設(shè)以及工程示范等方面開(kāi)展了大量工作。在高技術(shù)研究方面，部署開(kāi)展了微小型燃?xì)廨啓C(jī)、余熱驅(qū)動(dòng)的制冷/熱泵/除濕、多能源互補(bǔ)發(fā)電、分布式能源并網(wǎng)等關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，并建設(shè)了北京南站、南網(wǎng)公司佛山供電局、廣東宏達(dá)工業(yè)園等分布式能源示范工程。

以上研究代表了我國(guó)在分布式能源領(lǐng)域的總體研究水平，研究?jī)?nèi)容涵蓋能源轉(zhuǎn)換與利用、可再生能源利用、并網(wǎng)等方向。上述項(xiàng)目的執(zhí)行，初步形成了分布式能源的設(shè)計(jì)方法和技術(shù)基礎(chǔ)，但在指導(dǎo)實(shí)際工程建設(shè)以及可再生能源利用、微小型動(dòng)力、制冷、熱泵等關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及技術(shù)產(chǎn)業(yè)化、實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化方面的工作還剛剛起步，需要進(jìn)一步推進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)與示范研究。

4 重要發(fā)展方向

依據(jù)國(guó)家“十三五”能源領(lǐng)域新型能源系統(tǒng)子領(lǐng)域科技規(guī)劃專(zhuān)題研究成果,凝練提出天然氣基和多能互補(bǔ)型兩類(lèi)分布式能源系統(tǒng)的未來(lái)研究方向。

4.1 燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)

(1) 冷熱電+淡水分布式能源系統(tǒng)。

(2) 冷熱電+除濕分布式能源系統(tǒng)。

(3) 石油行業(yè)分布式能源系統(tǒng)。

(4) 石化行業(yè)分布式能源系統(tǒng)。

(5) 基于混合動(dòng)力的主動(dòng)調(diào)控型分布式能源系統(tǒng)。

(6) 基于蓄能的全工況調(diào)控分布式能源系統(tǒng)。

4.2 可再生能源及多能源互補(bǔ)的分布式能源系統(tǒng)

(1) 太陽(yáng)能熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)。

(2) 太陽(yáng)能光伏與光熱一體化技術(shù)。

(3) 生物質(zhì)的分布式冷熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)。

(4) 太陽(yáng)能/地?zé)崤c綠色建筑一體化的分布式能源系統(tǒng)。

(5) 太陽(yáng)能/生物質(zhì)互補(bǔ)的分布式能源系統(tǒng)。

(6) 風(fēng)光儲(chǔ)的分布式能源系統(tǒng)。

(7) 可再生能源綜合利用的邊防及海島能源系統(tǒng)。

(8) 可再生能源與化石能源互補(bǔ)的新型城鎮(zhèn)化能源系統(tǒng)。

(9) 太陽(yáng)能/生物質(zhì)與天然氣互補(bǔ)的分布式冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。

(10) 太陽(yáng)能與替代燃料互補(bǔ)的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)[6]。

5 結(jié)語(yǔ)

新型能源系統(tǒng)通過(guò)可再生能源與化石能源的綜合梯級(jí)利用，實(shí)現(xiàn)能源效率、能源環(huán)境、能源結(jié)構(gòu)、能源安全的協(xié)調(diào)發(fā)展；發(fā)展新型能源系統(tǒng)有利于促進(jìn)形成能源可持續(xù)發(fā)展體系，推動(dòng)我國(guó)早日實(shí)現(xiàn)能源革命與信息革命融合的第三次工業(yè)革命。

發(fā)展新型能源系統(tǒng)，需要改變能源利用模式與方式，著力實(shí)現(xiàn)原創(chuàng)理論、技術(shù)突破與系統(tǒng)創(chuàng)新相結(jié)合，探索能的綜合梯級(jí)利用與多能源互補(bǔ)利用的新方法與新系統(tǒng)。需要加大新型能源系統(tǒng)的基礎(chǔ)科學(xué)和共性技術(shù)問(wèn)題的研究力度，鼓勵(lì)新思路、新概念的探索和新方法、新技術(shù)的研究，并在不同行業(yè)開(kāi)展典型分布式供能系統(tǒng)工程示范。圍繞建筑節(jié)能和工業(yè)過(guò)程節(jié)能領(lǐng)域，進(jìn)行分布式供能系統(tǒng)的應(yīng)用研究，開(kāi)拓個(gè)性化的解決方案。

發(fā)展以分布式能源、可再生能源為代表的新型能源系統(tǒng)，是完善我國(guó)能源可持續(xù)發(fā)展體系、搶占能源技術(shù)革命制高點(diǎn)的國(guó)家戰(zhàn)略需求。

[1]金紅光, 林汝謀. 能的綜合梯級(jí)利用與燃?xì)廨啓C(jī)總能系統(tǒng)[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2008: 392-397.JIN Hongguang, LIN Rumou. Comprehensive cascade utilization and gas turbine integrated energy system[M]. Beijing: Science Press, 2008: 392-397.

[2]徐建中. 科學(xué)用能與分布式能源系統(tǒng)[J]. 中國(guó)能源, 2005, 27(8): 10-13. XU Jianzhong. Scientific energy utility and distributed energy system[J]. Energy of China, 2005, 27(8): 10-13.

[3]XU Jianzhong, SUI Jun, LI Bingyu, et al. Research, development and the prospect of combined cooling, heating, and power systems[J]. Energy, 2010, 35(11): 4361-4367.

[4]金紅光, 鄭丹星, 徐建中. 分布式冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)裝置及應(yīng)用[M]. 北京: 中國(guó)電力出版社, 2010: 7-10. JIN Hongguang, ZHENG Danxing, XU Jianzhong. Distributed combined cooling, heating and power system devices and applications[M]. Beijing: China Electric Power Press, 2008: 7-10.

[5]中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院. 國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020年)[R]. 北京: 國(guó)務(wù)院, 2006. State Council of the People’s Republic of China. National medium and long-term plan for science and technology development(2006—2020). Beijing, 2006.

[6]金紅光, 隋軍. 可再生能源的熱利用與綜合利用[J]. 中國(guó)科學(xué)院院刊, 2016, 31(2): 208-215. JIN Hongguang, SUI Jun. Heat utilization and compre-hensive utilization of renewable energy[J]. Bulletin of Chinese Academy of Sciences, 2016, 31(2): 208-215.

Transformational Technology Innovation—Distributed Energy System

JIN Hongguang, SUI Jun

(Institute of Engineering Thermophysics, Chinese Academy of Sciences, Haidian District, Beijing 100190, China)

The novel energy system is the key to ensure the energy sustainable development, containing of systematicness, innovation and sustainability. The integration between conventional centralized energy system and distributed energy system which is a typical novel system will be the promising direction in the future. This article illustrates the current situation and trend of distributed energy system in U.S., Japan, Europe and China, and also analyses that gas-fired hybrid distributed energy system is the important development direction of the novel energy systems. It also proposes that the development of novel energy system represented by distributed energy and renewable energy is national strategic demand for improving the sustainable development of China’s energy system and seizing the commanding heights of energy technology revolution.

novel energy system; distributed energy; renewable energy; energy sustainable development

金紅光

TK019

A

2096-2185(2016)01-0001-05

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(973計(jì)劃)(2014CB249202)；國(guó)家國(guó)際科技合作專(zhuān)項(xiàng)資助(2014DFG62450)

2016-06-20

金紅光(1957—)，男，博士，研究員，中科院院士，中國(guó)工程熱物理學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)，主要研究方向?yàn)闊崃W(xué)和能源動(dòng)力系統(tǒng)理論與方法，hgjin@iet.cn；

隋軍(1973—)，男，博士，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事多能互補(bǔ)的分布式能源系統(tǒng)研究。

Project supported by National Key Basic Research Program of China (973 Program)(2014CB249202); International Science and Technology Cooperation Program of China(2014DFG62450)