基于第233期雙清論壇的學(xué)術(shù)研討,本文圍繞能源動(dòng)力系統(tǒng)高效清潔低碳和環(huán)境能效相容發(fā)展等內(nèi)容,梳理了我國(guó)當(dāng)前能源利用所存在的主要問(wèn)題,指出分布式能源系統(tǒng)和大規(guī)模集中供能的有機(jī)結(jié)合是未來(lái)能源系統(tǒng)發(fā)展的方向。探討了多能互補(bǔ)的分布式能源系統(tǒng)發(fā)展的原理與方法,進(jìn)一步凝練了發(fā)展多能互補(bǔ)分布式能源系統(tǒng)亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題和重要研究方向,為國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)在未來(lái)5～10年對(duì)該方向的研究資助提供了政策建議。 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)基金. 2020,34(03)北大核心CSCD

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圖１能的梯級(jí)利用及分布式冷熱電聯(lián)產(chǎn)體系

２９２中國(guó)科學(xué)基金２０２０年圖３燃料化學(xué)能梯級(jí)利用原理示意圖與物理能的品位差，品位差由直接燃燒時(shí)的Ａｃｈ１－Ａｔｈ１降低至Ａｃｈ２－Ａｔｈ１；另一方面，充分利用燃燒反應(yīng)較高的作功能力來(lái)提升中低品位反應(yīng)熱的作功能力（品位）Ａｔｈ２→Ａｃｈ１，并在合成氣燃燒中能夠以高品位熱能形式予以釋放，有效提高了中低溫?zé)崮艿淖鞴δ芰ΑＭㄟ^(guò)此類(lèi)反應(yīng)途徑，也實(shí)現(xiàn)了燃料化學(xué)能間接釋放，改變了傳統(tǒng)燃料化學(xué)能直接通過(guò)燃燒轉(zhuǎn)化的利用形式，有效降低了燃料的化學(xué)能釋放品位，達(dá)到減少燃燒過(guò)程不可逆損失的目的，并實(shí)現(xiàn)燃料燃燒反應(yīng)作功能力品位的有效利用與中低溫?zé)崮芷肺惶嵘挠袡C(jī)結(jié)合。ＣｘＨｙＯｚ＋ＣＯ２→?ＣＯ＋Ｈ２＋Ｈ２Ｏ（２）ＣｘＨｙＯｚ＋Ｈ２Ｏ→?ＣＯ＋Ｈ２＋ＣＯ２（３）另外，在化學(xué)鏈等無(wú)火焰燃燒反應(yīng)中，通過(guò)相互關(guān)聯(lián)氣體燃料與含氧固體氧化劑的還原與再生化學(xué)反應(yīng)，將有序釋放燃料化學(xué)能，如式（４）和式（５）所示［６］�？諝庵械难鯕饨M分通過(guò)含氧固體氧化劑進(jìn)行傳遞，避免了燃料與空氣的直接接觸，在采用天然氣、合成煤氣等含碳燃料時(shí)，也將實(shí)現(xiàn)ＣＯ２產(chǎn)物的富集與無(wú)能耗分離回收，協(xié)同了能源轉(zhuǎn)換利用與污染物控制過(guò)程，也從根本上改變傳統(tǒng)的污染物分離理念。為此，通過(guò)進(jìn)一步揭示能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中ＣＯ２的形成、反應(yīng)、遷移、轉(zhuǎn)化機(jī)理，將實(shí)現(xiàn)清潔能源生產(chǎn)和ＣＯ２分離一體化以及燃燒過(guò)程革新等。燃料側(cè)：ＣｎＨ２ｍ

Ｏｙ－１＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２（４）空氣側(cè)：２ＭｘＯｙ－１＋Ｏ２→?２ＭｘＯｙ（５）２．２能的綜合梯級(jí)利用原理長(zhǎng)期以來(lái)，熱力循環(huán)的研究主要關(guān)注于卡諾循環(huán)效率曲線的下方，即物理能的綜合利用部分，然而熱力系統(tǒng)中損失最大之處并非發(fā)生在物理能的傳遞與轉(zhuǎn)化過(guò)程，而是發(fā)生在化學(xué)能轉(zhuǎn)化為物理能的燃料燃燒過(guò)程，同時(shí)也是污染物和ＣＯ２生成的源頭。通過(guò)高溫加熱的布雷頓循環(huán)與低溫排熱的朗肯循環(huán)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了物理能梯級(jí)利用，如圖４所示，其聯(lián)合循環(huán)熱效率能達(dá)到６０％以上，然而在高溫區(qū)卡諾循環(huán)效率隨溫度的上升空間變窄，即便進(jìn)一步提高循環(huán)初溫，對(duì)于提高物理能利用效率和減少燃燒過(guò)程損失的效果將越來(lái)越微弱。圖４廣義總能系統(tǒng)中能的綜合梯級(jí)利用概念圖隨著能源科學(xué)的不斷發(fā)展，起始于經(jīng)典熱力學(xué)理論，能量在“量”、“質(zhì)”和“勢(shì)”等多個(gè)層面的理解逐漸深入，對(duì)能量其本質(zhì)的認(rèn)識(shí)也更加深刻，由此進(jìn)一步發(fā)展了能量轉(zhuǎn)化利用新理論，也將為實(shí)現(xiàn)能源的高效綜合梯級(jí)利用奠定了理論基礎(chǔ)［２５］。能的最大作功能力的有效轉(zhuǎn)化涉及與吉布斯自由能變化緊密聯(lián)系的化學(xué)反應(yīng)和與熱利用相關(guān)的熱力循環(huán)，如式（６）所示。ｄＥ＝ｄＧ＋ＴｄＳηｃ（６）通過(guò)控制燃料品位的熱化學(xué)反應(yīng)逐級(jí)利用了燃料化學(xué)能，改變了燃料化學(xué)能通過(guò)直接燃燒方式單純轉(zhuǎn)化為物理能的傳統(tǒng)利用模式，例如燃料重整和化學(xué)鏈無(wú)火焰燃燒等，將降低化學(xué)能與最終要轉(zhuǎn)化的能量之間的品位損失，也成為提升循環(huán)性能潛力的關(guān)鍵所在。在能源轉(zhuǎn)化源頭實(shí)現(xiàn)燃料化學(xué)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]中國(guó)分布式可再生能源發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)[J]. 韓雪,任東明,胡潤(rùn)青.  中國(guó)能源. 2019(06)
[2]百萬(wàn)等級(jí)超超臨界二次再熱機(jī)組整體經(jīng)濟(jì)性研究[J]. 姚嘯林,付昶,施延洲,孟桂祥,王安慶.  熱力發(fā)電. 2017(08)
[3]中國(guó)新能源棄風(fēng)棄光原因分析及前景探究[J]. 周強(qiáng),汪寧渤,冉亮,沈薈云,呂清泉,王明松.  中國(guó)電力. 2016(09)
[4]多能源互補(bǔ)的分布式冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)理論與方法研究[J]. 金紅光,隋軍,徐聰,鄭丹星,史琳.  中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2016(12)
[5]可再生能源的熱利用與綜合利用[J]. 金紅光,隋軍.  中國(guó)科學(xué)院院刊. 2016(02)
[6]能源互聯(lián)網(wǎng)“源–網(wǎng)–荷–儲(chǔ)”協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)營(yíng)模式及關(guān)鍵技術(shù)[J]. 曾鳴,楊雍琦,劉敦楠,曾博,歐陽(yáng)邵杰,林海英,韓旭.  電網(wǎng)技術(shù). 2016(01)
[7]能源互聯(lián)網(wǎng)動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制體系構(gòu)建[J]. 孫秋野,滕菲,張化光,馬大中.  中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2015(14)
[8]科學(xué)認(rèn)識(shí)煤化工 大力推進(jìn)煤的清潔高效利用[J]. 謝克昌.  能源與節(jié)能. 2011(02)
[9]科學(xué)用能與分布式能源系統(tǒng)[J]. 徐建中.  中國(guó)能源. 2005(08)
[10]化學(xué)能與物理能綜合梯級(jí)利用原理[J]. 金紅光,洪慧,王寶群,韓巍,林汝謀.  中國(guó)科學(xué)E輯:工程科學(xué) 材料科學(xué). 2005(03)



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