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隋軍:低碳分布式供能技術研發與應用進展

2026-09-01 14:56:20 中國能源網
8月12日,2026分布式能源大會專題論壇“分布式能源助力零碳園區建設”舉行。論壇由中國能源網副總經理張葵葉主持,邀請中國科學院工程熱物理研究所、全球能源互聯網發展合作組織、協鑫能科、厚景科技、慕帆動力、遠景科技等六家單位專家,從技術研發、模式路徑、平臺實踐、裝備應用、項目落地等維度,共同探討分布式能源賦能零碳園區的全景圖。

中國科學院工程熱物理研究所副所長隋軍分享了低碳分布式供能技術研發與應用進展。

以下為現場速記:

隋軍:各位同行好,我介紹一下20年來在分布式供能方面的科研工作,我是工程熱物理所的隋軍,上午的論壇聽下來了,喜憂參半,感覺對分布式能源的利好分析也有當前的瓶頸問題,這次論壇聚焦于“雙碳”背景下,分布式能源還有一方面的重大需求,保障能源安全,在能源安全大背景下,我覺得分布式能源更是一個無可替代的解決方案。

從一個大背景說一下,為了構建新型的能源系統和實現“雙碳”目標,可再生毫無疑問是一個根本途徑,我國現在大力發展,內蒙裝機容量已經到了56%,我也注意到岳總提出的那個數據,裝機容量占了56%,但是發出來的電量除上功率數,平均運行小時數一千多不到兩千,可再生能源這么大規模的綠電平均運行小時數一千多還無法滿足當前社會的能源需求,因此出力和負荷的需求嚴重不匹配,這是當前面臨的很迫切的問題。

分布式能源一直面臨的是多方面的問題,但是技術方面是一個很主要的內容,技術方面主要還是裝備,技術的供給能力不足,感覺有兩個方面:一是裝備的自主化率還不夠,原來燃機包括內燃機在用戶選擇的時候還都是選擇進口機組,因為國產機組效率低一些,可靠性差一點,但是這些年來經過了發展和資金的投入,應該說裝備的技術發展水平逐漸提升上來了,但是我們現在面臨一個新的問題,如何解決“雙碳”背景下分布式能源的發展?我們想找一條從國外西方發達國家走過的一條路或者是給咱們推薦過來的一些方案,實際上對咱們國家是不適合的,因為像歐盟原來以生物質為主的方案想來解決中國的問題,在中國上百個村鎮在聯合國的支持下做,最后起不了太大的作用,中國的國情是工業占比高,以煤為主的國情短時間無法改變,油氣資源依存度高,并且是國家所不可缺的,經濟現在也面臨著爬坡過坎,下行壓力比較大,做碳達峰、碳中和在這個國情下考慮問題,否則的話走太極端的路不利于可持續發展。

我們原來走過的路是先污染后治理,在80年代、90年代電廠追求高效率,用能企業也是想辦法提高效率,到了90年代以后開始追求要達到環保的要求,各種脫硫脫硝,2000年以后PM2.5上來了,到了2020年出來“雙碳”,出來什么問題解決什么問題,造成鏈式的發展模式,這也是不可持續的,剛才中石化的專家也講到這個問題,如果考慮到碳的問題,電廠的發電效率要從當前的40%回歸到改革開放前30%的水平,這個對于整個國家的能源體系無法接受,還不提碳捕集能耗的問題,廣為共識的綠色、安全、經濟不可能三角破解問題,就要考慮一個不能再重走鏈式發展的模式了,頭痛醫頭,腳痛醫腳,現在搞電解水制氫,氫又送不出去,這個路子值得商榷。碳中和的路線無外乎這么三條路線,廣為共識的是前兩條,可再生+長時儲能、化石能源后面接碳捕集,可再生如果0.25元的電價,不考慮儲能也沒有意義,如果是化石能源,火電也是發電成本2毛多錢,不考慮后面脫碳,對于碳中和來講也是沒意義的,所以考慮問題都要綜合起來考慮。第三條路徑是氫能和一些氨醇低碳燃料,還有正在研發的金屬材料,這是未來走的第三條路徑,有可能通過先立后破多能融合,集中式、分布式都能解決三者互補協調的問題。

接下來匯報一下技術方面的一些進展。80年前,吳中華先生提出了總能系統,這是能源系統里系統工程的具體分支,總的安排好電和熱的利用,而不是著眼于單一的過程或者工藝,這里有狹義的,就是當時提出來的針對熱能的,后來在金院士的發展之下,從狹義的總能系統拓寬到廣義的,多領域融合、多功能綜合,多領域滲透的,我燃料的化學能、熱能怎么進來綜合的梯級的轉化利用,多能互補的分布式能源就是廣義總能系統下的一類典型的能源系統,用戶發電,并且利用余熱,產品就地消納,根據能源局的指導意見,對于分布式能源的節能率制定了兩份國家標準,一個是針對碳氫燃料的,一個是針對多能互補的,多能互補體系下的節能效果到底怎么算,我們也是在前年發布了一個國家標準。

技術方面,頭上就是一個高效的燃氣輪機,這是我們所里燃氣輪機團隊,這次會上也很積極,給每位參會人員都給了一份他們公司的資料,青島國盛,成果轉化搞出來的,現在他們在研究3兆瓦的,30兆瓦的已經先行投入市場了,反響非常好,可以看具體的宣傳材料。

在燃機的基礎上,熱的利用也很關鍵,現在的能源系統動不動就用綠電的解決方案,在咱們國家的緯度地區,終端用能大概2/3還是冷熱,真正用電的場合也就1/3,沒必要全都用電解決,因為所有電的來源都是從低品位向高品位的轉換過程,效率都不會太高。一般的火電廠也就是40%多,都有一個轉換效率,風光更不用說了,要是算它的轉換效率,一是沒有什么意義,二是轉換效率很低,光伏也就10%幾。如果用熱解決冷熱需求的話,是一個主要的途徑,我們有大量的余熱,我們看鄂爾多斯的這些企業,生產過程中排放出中品位和低品位的熱量有很多,能利用好也能解決大問題。這是我們開發出來的二類吸收式熱泵,把80、90度的中低溫的熱水轉換成120、130度的蒸汽,可以在工藝里循環使用。還有一類,剛做出來的400千瓦級的超高溫的熱泵,面向300度,給油田做的。400千瓦的機組完成工藝的調試,現在找應用場景做落地示范。在源頭側,可再生能源怎么能夠更穩定、更高效,采取熱化學的轉換辦法,太陽能,變成熱燃料,解決了可儲存的問題也提高了品質,后面的能源系統大幅度地提升了太陽能的利用效率。

這個系統我們完成了工程示范,在張家口可再生能源示范區給一個酒店做了500千瓦的熱點做了供熱聯動的系統。對于分布式光伏來講,剛才說效率不高,照出去的光以熱散發到了環境中,背板上的熱量積起來,光伏板的溫度升高了還要降低,因此光伏也能搞成熱電聯產,一方面發電,一方面做冷熱,這方面在內蒙古通遼完成了兩個工程示范。

還有碳氫燃料,零碳園區里不能一點沒有,把碳取出來剩下的就是氫了,在源頭,燃燒前碳氫燃料一體化的技術,基于化學鏈重整的辦法,中試裝置在東莞基地建設完成了,下一步推進350方/小時的制氫的中試裝置。還有整個系統層面,今天吳吟局長說,單項技術突破得多,系統集成偏弱,系統集成方面我們做了大量的工作,這里面把整個系統的能源利用率、相對的節能率、全工況的性能怎么提高做了大量的工作。開發了自己的軟件,在實際工程中也可以直接做到施工圖的階段,這是剛才說到的國標,體現出來光用綜合利用率還不能充分體現技術的先進性,技術水平怎么樣、集成水平怎么樣,只有一個能源利用率是體現不出來的,所以說我們又加了一個節能率,這是2017年發布的化石能源系統的,3375.1,可以到標準委的網站上查,2024年我們發布多能互補系統的,是當下困擾很多設計單位和企業的一個難題,我們也是通過我們在熱力學上的一些分析,提出了一套辦法,得到了標準委的認可,把這個也做成了標準,建議大家有空的時候也來參考采用。

最后介紹幾個我認為的分布式能源當下比較有潛力的應用場景。第一個,針對園區型的,這個是我們在東觀宏達工業園,有電冷除濕多方面的需要,節能率接近30%,很高。近兩年在東莞實施的模塊化的電冷除濕聯供的系統,模塊化的裝置都是自己做出來的,研發這套裝置的出發點就是降低費用以及實施周期。第二,如果是偏遠地區,像咱們內蒙沿線有上百個邊防哨所,有豐富的太陽能資源,把太陽能和一些化石燃料耦合在一起,實現一個低碳的供能。第二個場景是數據中心,關注這個方面的同志,應該都有這個認識,數據中心對能源需求推動作用非常顯著,特別是咱們國家內燃機行業,這兩年他們所需要的內燃機的量成倍增長,今年增長預計是去年的一倍,按照這樣一個體量,耗電量巨大,這塊電和冷所需要的能源系統的保障是非常多的,咱們國家電網非常強大,兩路三路的供電可以給它保障,但是在有些地區,沒有完全用電,解決冷的問題沒必要完全用電,不展開說了,還有一些特殊行業,比如說油氣行業,自己用氣,自己也有碳的需要,因此電熱碳聯產的系統在那兒有應用場景。應該可以實現很好的經濟效益,因為,各大油田都在上風電光伏,電價波動性能源系統的波動性也很大,如果用上了咱們這套靈活調節的電能儲聯供,電熱儲聯供,對它來講經濟效益就很好,這是我們勝利油田做的幾個項目。還有孤島型的能源解決方案,利用島上的柴油機做脫鹽,空氣里的鹽要脫掉,否則島上的設備腐蝕嚴重,用熱也能做到,也是有相關的專利產品,并且在南海的島上完成了工程示范。

最后再介紹一下產業發展這方面的思考,因為在許院士、金院士指導下從事這個行當20多年了,從我們原來說起步晚發展不平衡,到現在方方面面的問題還都存在,但是決定性的還是經濟性的問題,今天上午的嘉賓訪談也是,最終要實現產業閉環改變靠價格用戶能接受,技術因素里涉及設計的、調控的、設備的、市場因素、相關政策模式等方面的問題。我們把影響經濟性的前四個最主要的因素分析出來,技術水平、節能性、裝機成本、運行時長、指標,氣電價格比,一個地區氣價格多少,電價格多少,把四個指標放在一起,很難說誰的敏感度特別高,但是都很顯著,想辦法提高系統節能率,降低節能成本,提高運行時長,找到合適的氣電價格的地方,可能在具體的商業實施的路徑時,先把氣電價格放在前面,這是最容易判斷的參數。

最后一個結束語就是,分布式能源是可以重復能源安全和高效低碳的重要途徑。可再生的分布式還需要加快發展,也是我們未來最重大的增長點,還需要變革碳氫燃料的轉化和分布式能源的融合,怎么能實現零碳的或者低碳的分布式能源,不是指風電光伏是指用化石燃料來做。另外,要想發展好分布式能源應該是碳氫燃料+CCUS+可再生儲能等多種能源形式發展,破解三位一體的困局,希望一起加快分布式能源的建設。

這是團隊的照片,團隊不大,但是集中了兩批人,有一批是從美國的加州理工、哈佛回來的青年才俊,還有一半的人我帶著做成果轉化落地的技術的事,希望加強洽談合作。

謝謝!




責任編輯: 張磊