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研究所“十三五”重点突破方向之分布式能源系统与储能方向概述(一)
发稿时间:2017-03-02         作者:隋军          来源:分布式供能与可再生能源实验室     【字号:

  一、 分布式能源系统概述

  分布式能源系统是未来洁净能源的重要发展方向,被称为“第三次工业革命”的支柱技术,也是国家重点发展的能源领域关键技术。预计到2020年,我国燃气分布式供能装机将达到1500万千瓦,是保障国家能源发展的重大战略需求和战略性新兴产业,已被列入国家能源局《能源技术创新“十三五”规划》《电力发展“十三五”规划》和科技部“智能电网技术与装备”重点专项等重要规划中。

  研究所分布式供能与可再生能源实验室拥有一支50余人的研究团队,其中包括中科院院士1人,国家杰出青年基金获得者1人、中科院杰出技术人才1人,正高级研究人员8人,副高级研究人员5人。在分布式能源系统方面主要开展多能源互补、分布式发电、余热制冷、供热技术以及区域分布式能源规划等方向的研究,拥有国家能源分布式能源技术研发中心、分布式冷热电联供系统北京市重点实验室等高水平研究平台,研究方向涵盖基础理论、核心技术、系统创新到工程示范各个阶段,在我国分布式能源系统基础研究方面发挥着引领和导向作用。

  研发团队近年来开展了分布式联供示范系统的关键单元技术、系统优化集成和示范系统方案设计工作。在此基础上,分别针对南方和北方不同气候地区,建筑与工业等不同类型用户,开展了示范工程建设。团队还牵头编制了我国首部分布式能源系统节能率国家标准。

  二、 “十三五”期间的发展方向和工作设想

  “十三五”期间,研究团队将重点开展能的综合梯级利用与循环耦合理论研究;进行混合工质透平、富氢燃料发动机、新型制冷/热泵等关键技术研究;建设清洁燃料与可再生能源互补的分布式能源系统示范工程。

  目标是到“十三五”末,创建分布式能源系统的能的综合梯级利用和循环耦合理论,为构建高效分布式能源系统奠定理论依据;建立分布式能源系统发电、制冷、热泵等热力循环耦合的集成设计方法。掌握具有低热值燃料和灵活燃料适应性的动力发电技术,完成基于磁力耦合传动技术的混合动力设备集成和系统样机研制;完成储能调节的分布式冷热电联供系统优化设计方法及技术验证系统。形成多种能源互补、能源梯级利用、高效调控的分布式能源系统创新技术,建立百kW级技术验证实验平台;开拓清洁燃料与可再生能源互补利用新模式,推广新型分布式能源系统应用,建成5MW分布式供能系统工程示范,实现基于节能环保理念的新一代分布式能源系统。该方向目前处于国内领先、国际并行的地位,到“十三五”末期,致力于达到国际领先水平。

  具体的技术路线图如下:

    三、 近期工作进展和重要成果 

    实验室在继承吴仲华先生、蔡睿贤先生和徐建中院士创建的总能系统基础上,发展了总能系统和科学用能思想,建立了多能互补的能源综合梯级利用理论,为发展可持续能源系统奠定了理论基础。2016年,在分布式能源方面的主要工作进展如下: 
    分布式能源系统的源头蓄能原理。在化学能与物理能综合梯级利用原理指导下,研究了天然气与中温太阳能热化学耦合方法,搭建了互补机理实验平台,从实验角度揭示了化石能源与太阳能的热化学互补机理,并初步提出了基于甲烷与中温太阳能化学链的10kW量级热化学互补蓄能原理样机方案。此项创新作为能量梯级利用的源头,配合以高、中、低温区微小型动力发电、热声发电、吸收式制冷与热泵、系统主动调控与协同集成原理方法,以研究所为项目承担单位,成功争取到2016年度国家重点研发计划项目“多能互补与综合梯级利用的分布式能源系统”。
    太阳能(中低温)热化学发电技术。设计建设的20kW太阳能热化学发电装置,2016年在哈尔滨完成了-25℃寒冷气候条件下的运行试验,实现满负荷发电,通过了国家科技支撑计划项目验收。百kW级太阳能热化学互补发电系统实验台在廊坊研发中心建设完成,对太阳能热化学发电关键设备与系统性能进行了测试,验证了基于太阳能热化学的分布式能源系统集成方法;其发电功率调节范围达10kW至MW级,一次能源利用率达80%以上,太阳能所占份额15-20%,太阳能净发电效率达20%以上(高于常规槽式太阳能热发电技术效率5个百分点)。
    余热功冷并供技术。制定了功冷联产样机的设计方案,研制功冷联产样机,主要用于验证将正循环余热发电技术与逆循环余热吸收式制冷技术耦合集成正逆耦合循环功冷系统的可行性,掌握功冷并供样机参数匹配和协调控制技术,分析正循环与逆循环耦合的相互作用关系;进一步研究工质浓度在线动态调控的方法和技术,通过优化功冷并供样机的结构和参数,掌握系统全工况性能。实验室已成功研制了烟气发生系统,适用于氨水混合工质的蒸汽发生系统、透平发电机、吸收式制冷系统,配套建设了冷量输出系统、冷却水循环系统和安全防护系统,并开发了数据测量采集系统;开展了样机性能考核实验,达到了发电功率10-20kW,制冷功率20-40kW的考核要求。
    中科院A类先导项目“南海环境变化”资源回收利用型能源系统课题在热驱动除湿脱盐一体化技术方面取得进展;完成吸收式除湿脱盐一体化样机设计,除湿功率49kW,处理后的空气湿度低于55%,脱盐率达到90%以上;完成内燃机电-冷-除湿联供系统初步技术方案,系统制冷功率700kW,除湿功率200kW,提供生活热水功率315kW,系统综合能源利用率达到75.1%。
    分布式能源系统研发平台通过验收。国家能源局委托实验室筹建的“分布式能源技术研发中心”下设的微小型动力技术和余热利用技术两个实验室及研发平台通过验收,“分布式冷热电连联供系统”北京市重点实验室顺利通过三年绩效评估。此外,实验室主持了分布式供能国家标准体系建设,完成了分布式能源系统节能率标准的指定(待审批)。

 

 

  

 
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