分布式能源
分布式能源
中国科学院工程热物理研究所副所长隋军分享了低碳分布式供能技术研发与应用进展。
以下为现场速记：
隋军：各位同行好，我介绍一下20年来在分布式供能方面的科研工作，我是工程热物理所的隋军，上午的论坛听下来了，喜忧参半，感觉对分布式能源的利好分析也有当前的瓶颈问题，这次论坛聚焦于“双碳”背景下，分布式能源还有一方面的重大需求，保障能源安全，在能源安全大背景下，我觉得分布式能源更是一个无可替代的解决方案。
从一个大背景说一下，为了构建新型的能源系统和实现“双碳”目标，可再生毫无疑问是一个根本途径，我国现在大力发展，内蒙装机容量已经到了56%，我也注意到岳总提出的那个数据，装机容量占了56%，但是发出来的电量除上功率数，平均运行小时数一千多不到两千，可再生能源这么大规模的绿电平均运行小时数一千多还无法满足当前社会的能源需求，因此出力和负荷的需求严重不匹配，这是当前面临的很迫切的问题。
分布式能源一直面临的是多方面的问题，但是技术方面是一个很主要的内容，技术方面主要还是装备，技术的供给能力不足，感觉有两个方面：一是装备的自主化率还不够，原来燃机包括内燃机在用户选择的时候还都是选择进口机组，因为国产机组效率低一些，可靠性差一点，但是这些年来经过了发展和资金的投入，应该说装备的技术发展水平逐渐提升上来了，但是我们现在面临一个新的问题，如何解决“双碳”背景下分布式能源的发展?我们想找一条从国外西方发达国家走过的一条路或者是给咱们推荐过来的一些方案，实际上对咱们国家是不适合的，因为像欧盟原来以生物质为主的方案想来解决中国的问题，在中国上百个村镇在联合国的支持下做，最后起不了太大的作用，中国的国情是工业占比高，以煤为主的国情短时间无法改变，油气资源依存度高，并且是国家所不可缺的，经济现在也面临着爬坡过坎，下行压力比较大，做碳达峰、碳中和在这个国情下考虑问题，否则的话走太极端的路不利于可持续发展。
我们原来走过的路是先污染后治理，在80年代、90年代电厂追求高效率，用能企业也是想办法提高效率，到了90年代以后开始追求要达到环保的要求，各种脱硫脱硝，2000年以后PM2.5上来了，到了2020年出来“双碳”，出来什么问题解决什么问题，造成链式的发展模式，这也是不可持续的，刚才中石化的专家也讲到这个问题，如果考虑到碳的问题，电厂的发电效率要从当前的40%回归到改革开放前30%的水平，这个对于整个国家的能源体系无法接受，还不提碳捕集能耗的问题，广为共识的绿色、安全、经济不可能三角破解问题，就要考虑一个不能再重走链式发展的模式了，头痛医头，脚痛医脚，现在搞电解水制氢，氢又送不出去，这个路子值得商榷。碳中和的路线无外乎这么三条路线，广为共识的是前两条，可再生+长时储能、化石能源后面接碳捕集，可再生如果0.25元的电价，不考虑储能也没有意义，如果是化石能源，火电也是发电成本2毛多钱，不考虑后面脱碳，对于碳中和来讲也是没意义的，所以考虑问题都要综合起来考虑。第三条路径是氢能和一些氨醇低碳燃料，还有正在研发的金属材料，这是未来走的第三条路径，有可能通过先立后破多能融合，集中式、分布式都能解决三者互补协调的问题。
接下来汇报一下技术方面的一些进展。80年前，吴中华先生提出了总能系统，这是能源系统里系统工程的具体分支，总的安排好电和热的利用，而不是着眼于单一的过程或者工艺，这里有狭义的，就是当时提出来的针对热能的，后来在金院士的发展之下，从狭义的总能系统拓宽到广义的，多领域融合、多功能综合，多领域渗透的，我燃料的化学能、热能怎么进来综合的梯级的转化利用，多能互补的分布式能源就是广义总能系统下的一类典型的能源系统，用户发电，并且利用余热，产品就地消纳，根据能源局的指导意见，对于分布式能源的节能率制定了两份国家标准，一个是针对碳氢燃料的，一个是针对多能互补的，多能互补体系下的节能效果到底怎么算，我们也是在前年发布了一个国家标准。
技术方面，头上就是一个高效的燃气轮机，这是我们所里燃气轮机团队，这次会上也很积极，给每位参会人员都给了一份他们公司的资料，青岛国盛，成果转化搞出来的，现在他们在研究3兆瓦的，30兆瓦的已经先行投入市场了，反响非常好，可以看具体的宣传材料。
在燃机的基础上，热的利用也很关键，现在的能源系统动不动就用绿电的解决方案，在咱们国家的纬度地区，终端用能大概2/3还是冷热，真正用电的场合也就1/3，没必要全都用电解决，因为所有电的来源都是从低品位向高品位的转换过程，效率都不会太高。一般的火电厂也就是40%多，都有一个转换效率，风光更不用说了，要是算它的转换效率，一是没有什么意义，二是转换效率很低，光伏也就10%几。如果用热解决冷热需求的话，是一个主要的途径，我们有大量的余热，我们看鄂尔多斯的这些企业，生产过程中排放出中品位和低品位的热量有很多，能利用好也能解决大问题。这是我们开发出来的二类吸收式热泵，把80、90度的中低温的热水转换成120、130度的蒸汽，可以在工艺里循环使用。还有一类，刚做出来的400千瓦级的超高温的热泵，面向300度，给油田做的。400千瓦的机组完成工艺的调试，现在找应用场景做落地示范。在源头侧，可再生能源怎么能够更稳定、更高效，采取热化学的转换办法，太阳能，变成热燃料，解决了可储存的问题也提高了品质，后面的能源系统大幅度地提升了太阳能的利用效率。
这个系统我们完成了工程示范，在张家口可再生能源示范区给一个酒店做了500千瓦的热点做了供热联动的系统。对于分布式光伏来讲，刚才说效率不高，照出去的光以热散发到了环境中，背板上的热量积起来，光伏板的温度升高了还要降低，因此光伏也能搞成热电联产，一方面发电，一方面做冷热，这方面在内蒙古通辽完成了两个工程示范。
还有碳氢燃料，零碳园区里不能一点没有，把碳取出来剩下的就是氢了，在源头，燃烧前碳氢燃料一体化的技术，基于化学链重整的办法，中试装置在东莞基地建设完成了，下一步推进350方/小时的制氢的中试装置。还有整个系统层面，今天吴吟局长说，单项技术突破得多，系统集成偏弱，系统集成方面我们做了大量的工作，这里面把整个系统的能源利用率、相对的节能率、全工况的性能怎么提高做了大量的工作。开发了自己的软件，在实际工程中也可以直接做到施工图的阶段，这是刚才说到的国标，体现出来光用综合利用率还不能充分体现技术的先进性，技术水平怎么样、集成水平怎么样，只有一个能源利用率是体现不出来的，所以说我们又加了一个节能率，这是2017年发布的化石能源系统的，3375.1，可以到标准委的网站上查，2024年我们发布多能互补系统的，是当下困扰很多设计单位和企业的一个难题，我们也是通过我们在热力学上的一些分析，提出了一套办法，得到了标准委的认可，把这个也做成了标准，建议大家有空的时候也来参考采用。
最后介绍几个我认为的分布式能源当下比较有潜力的应用场景。第一个，针对园区型的，这个是我们在东观宏达工业园，有电冷除湿多方面的需要，节能率接近30%，很高。近两年在东莞实施的模块化的电冷除湿联供的系统，模块化的装置都是自己做出来的，研发这套装置的出发点就是降低费用以及实施周期。第二，如果是偏远地区，像咱们内蒙沿线有上百个边防哨所，有丰富的太阳能资源，把太阳能和一些化石燃料耦合在一起，实现一个低碳的供能。第二个场景是数据中心，关注这个方面的同志，应该都有这个认识，数据中心对能源需求推动作用非常显著，特别是咱们国家内燃机行业，这两年他们所需要的内燃机的量成倍增长，今年增长预计是去年的一倍，按照这样一个体量，耗电量巨大，这块电和冷所需要的能源系统的保障是非常多的，咱们国家电网非常强大，两路三路的供电可以给它保障，但是在有些地区，没有完全用电，解决冷的问题没必要完全用电，不展开说了，还有一些特殊行业，比如说油气行业，自己用气，自己也有碳的需要，因此电热碳联产的系统在那儿有应用场景。应该可以实现很好的经济效益，因为，各大油田都在上风电光伏，电价波动性能源系统的波动性也很大，如果用上了咱们这套灵活调节的电能储联供，电热储联供，对它来讲经济效益就很好，这是我们胜利油田做的几个项目。还有孤岛型的能源解决方案，利用岛上的柴油机做脱盐，空气里的盐要脱掉，否则岛上的设备腐蚀严重，用热也能做到，也是有相关的专利产品，并且在南海的岛上完成了工程示范。
最后再介绍一下产业发展这方面的思考，因为在许院士、金院士指导下从事这个行当20多年了，从我们原来说起步晚发展不平衡，到现在方方面面的问题还都存在，但是决定性的还是经济性的问题，今天上午的嘉宾访谈也是，最终要实现产业闭环改变靠价格用户能接受，技术因素里涉及设计的、调控的、设备的、市场因素、相关政策模式等方面的问题。我们把影响经济性的前四个最主要的因素分析出来，技术水平、节能性、装机成本、运行时长、指标，气电价格比，一个地区气价格多少，电价格多少，把四个指标放在一起，很难说谁的敏感度特别高，但是都很显著，想办法提高系统节能率，降低节能成本，提高运行时长，找到合适的气电价格的地方，可能在具体的商业实施的路径时，先把气电价格放在前面，这是最容易判断的参数。
最后一个结束语就是，分布式能源是可以重复能源安全和高效低碳的重要途径。可再生的分布式还需要加快发展，也是我们未来最重大的增长点，还需要变革碳氢燃料的转化和分布式能源的融合，怎么能实现零碳的或者低碳的分布式能源，不是指风电光伏是指用化石燃料来做。另外，要想发展好分布式能源应该是碳氢燃料+CCUS+可再生储能等多种能源形式发展，破解三位一体的困局，希望一起加快分布式能源的建设。
这是团队的照片，团队不大，但是集中了两批人，有一批是从美国的加州理工、哈佛回来的青年才俊，还有一半的人我带着做成果转化落地的技术的事，希望加强洽谈合作。
谢谢!
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