■節(jié)能是能源可持續(xù)發(fā)展的根本出路，人類要抑制自身用能的“胃口”，要使節(jié)能成為一種先進(jìn)文化，一種社會(huì)道德，一種世界觀，一種生活方式。

■從現(xiàn)在到2050年，中國(guó)需利用1000億～1100億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，這龐大的煤炭總量如何利用好將是嚴(yán)重挑戰(zhàn)，必須作好頂層設(shè)計(jì)的戰(zhàn)略安排。

■調(diào)動(dòng)一切可用能源，以能源多樣性來(lái)應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)。根據(jù)能源產(chǎn)業(yè)鏈，要發(fā)展各種能源資源自身及和其他能源資源的協(xié)同，轉(zhuǎn)換過(guò)程的協(xié)同，儲(chǔ)運(yùn)和供應(yīng)過(guò)程的協(xié)同，以及在終端利用中的協(xié)同。

■在中國(guó)現(xiàn)有條件下，以煤為核心的高碳能源協(xié)同利用并和各種能源的協(xié)同是低碳發(fā)展的關(guān)鍵。就目前來(lái)看，“IGCC+多聯(lián)產(chǎn)+CCUS”是一個(gè)戰(zhàn)略方向。

■協(xié)同的指導(dǎo)思想是：把合適的能源放在合適的地方，在合適的系統(tǒng)中與其他能源有合適的協(xié)同，發(fā)揮合適的作用(即5個(gè)“合適”)。

■協(xié)同將開(kāi)啟新的思路，在能源系統(tǒng)中開(kāi)辟基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和工業(yè)示范的廣闊創(chuàng)新空間。

我國(guó)能源消費(fèi)總量急劇增長(zhǎng)，在新形勢(shì)下，本文提出作為我國(guó)主力能源——煤的協(xié)同利用以及和其他能源協(xié)同才能更有效地應(yīng)對(duì)新的挑戰(zhàn)，是我國(guó)低碳發(fā)展的關(guān)鍵。

協(xié)同(sy n e r gy)是各種能源根據(jù)自身的特點(diǎn)綜合利用，包括與其他能源相互配合，發(fā)揮最大的效益。本文將重點(diǎn)描述煤本身的協(xié)同利用，進(jìn)而分析其與其他能源之間的協(xié)同，提出要達(dá)到這個(gè)目的所要解決的科學(xué)技術(shù)問(wèn)題。由于要得到更好的協(xié)同，必須建立智能能源網(wǎng)絡(luò)，使發(fā)達(dá)的信息技術(shù)和能源技術(shù)融合，以達(dá)到我國(guó)和世界能源的可持續(xù)發(fā)展。

2020年前我國(guó)可再生能源發(fā)展無(wú)法改變以煤為主的現(xiàn)實(shí)由于我國(guó)能源消費(fèi)總量的急劇增長(zhǎng)，可再生能源(主要是風(fēng)能、太陽(yáng)能和生物質(zhì)能)在2020年以前很難在總能源平衡中占有一定份額的比例，因此2020年以前可再生能源在份額上難以解決我國(guó)能源的主要問(wèn)題。

目前，以美國(guó)為代表的高耗能國(guó)家，人均能耗為11噸標(biāo)準(zhǔn)煤左右；以歐洲和日本為代表的中等耗能國(guó)家，人均能耗為5～6噸標(biāo)準(zhǔn)煤。從可持續(xù)發(fā)展的角度，以及2050年我國(guó)要達(dá)到中等發(fā)達(dá)國(guó)家水平的目標(biāo)考慮，我國(guó)人均能耗的穩(wěn)定值應(yīng)爭(zhēng)取控制在更低水平以及更加節(jié)儉的生活方式，例如將人均能耗定位于4～4.3噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

在最可能情景下，2050年我國(guó)人口達(dá)到15億左右，則總能耗65億噸標(biāo)準(zhǔn)煤左右，取65億噸標(biāo)準(zhǔn)煤作為2050年一次能源消費(fèi)總量的“天花板”。按新的國(guó)家能源規(guī)劃，“十二五”的能源總耗量是45億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。即使考慮了各種可再生能源、核電、天然氣、石油需求等較快發(fā)展，并充分考慮節(jié)能的潛力和節(jié)儉的生活方式，2050年煤炭在一次能源構(gòu)成中仍占約40%，而年煤炭需求量不會(huì)低于25億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，未來(lái)40年(2010～2050)累計(jì)消耗的煤炭總量將在1000億～1100億噸標(biāo)準(zhǔn)煤以上。

1000億～1100億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的協(xié)同利用是中國(guó)低碳發(fā)展的關(guān)鍵目前中國(guó)年C O2排放總量已超過(guò)70億噸，中國(guó)正處于C O2排放的上升期，在哥本哈根會(huì)議上，中國(guó)承諾2020年單位GDP的CO2排放比2005年降低40%～45%。

國(guó)際上更加感興趣的是：未來(lái)中國(guó)的C O2年排放峰值何時(shí)出現(xiàn)，絕對(duì)值是多少，80億噸、90億噸、還是100億噸？什么時(shí)候會(huì)開(kāi)始下降？

從現(xiàn)在到2 0 5 0 年， 中國(guó)累計(jì)耗煤將達(dá)1 0 0 0億～1100 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，如何利用好這1000億～1100億噸標(biāo)準(zhǔn)煤是我國(guó)能源工作者面臨的大問(wèn)題。對(duì)這個(gè)問(wèn)題必須要有創(chuàng)新的思路和詳細(xì)的規(guī)劃。

超超臨界燃煤發(fā)電(USC)不一定是煤高效利用的唯一重點(diǎn)方向自1998年歐盟國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展超超臨界燃煤發(fā)電(U S C)，至今10余年過(guò)去了仍未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，計(jì)劃可能還要延時(shí)。

我國(guó)600℃、28M P a超超臨界參數(shù)鍋爐所用的材料主要靠進(jìn)口，1000 M W級(jí)機(jī)組鍋爐成本約5億元，其中2.5億用于進(jìn)口材料(應(yīng)用于高蒸汽參數(shù)的鍋爐)。但是，目前已運(yùn)行的超超臨界鍋爐已發(fā)生過(guò)熱器管汽側(cè)較嚴(yán)重的腐蝕和氧化皮脫落等問(wèn)題。

若要進(jìn)一步提高蒸汽溫度(如720℃或以上)和相應(yīng)壓力，材料的腐蝕可能有新的問(wèn)題。此外，材料的價(jià)格將進(jìn)一步攀升。同時(shí)，由于環(huán)保要求越來(lái)越高，尾部煙氣所需脫除的污染物標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)，除S O2、N O X，還有H g和P M2.5，溫室氣體C O2在用空氣直接燃燒條件下脫除要耗費(fèi)較大能源和成本。

因此，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，燃煤超超臨界蒸汽發(fā)電從技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上、常規(guī)污染物的脫除上、C O2減排上都存在先天性的缺陷，其主力軍的位置可能會(huì)逐漸遇到挑戰(zhàn)。

整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)具有大幅度提高效率和減排CO2的優(yōu)勢(shì)燃用天然氣的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)(N G C C)近年來(lái)在技術(shù)上有很大進(jìn)展，燃?xì)獬鯗貜?100℃提高到1430℃，并且還在向更高溫度前進(jìn)。N G C C的熱效率已從52%提高到了58%～60%。

燃?xì)廨啓C(jī)是最具有循環(huán)最高溫度潛力的動(dòng)力機(jī)械。若把燃?xì)鉁囟忍岣叩?700℃，則由其組成的NGCC的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電效率可達(dá)62%以上。

大功率高初溫燃?xì)廨啓C(jī)是I G C C、也是煤高效清潔利用的核心動(dòng)力裝備，真正要做到燃?xì)獬鯗剡_(dá)1700℃或以上，還有大量的科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題需要解決。此外，從IGCC的發(fā)展趨勢(shì)看，在氣化爐、氧氣制備、凈化工藝等多個(gè)方面還有大量的改進(jìn)余地，熱效率還有提高4～5個(gè)百分點(diǎn)的潛力。I G C C最大的優(yōu)勢(shì)是在燃燒前，在較高C O2濃度、較高壓力(4～7 M P a)條件下，通過(guò)變換過(guò)程捕捉C O2。顯然，I G C C電站和煤粉電站相比，由C O2捕捉所引起的建造成本和發(fā)電成本的增加要小得多。

隨著燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的發(fā)展，低碳排放的煤基能源系統(tǒng)也已初見(jiàn)端倪，它將是2020～2030年以后解決中國(guó)核心能源問(wèn)題的戰(zhàn)略措施，即先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)透平前溫1700℃以上，壓比35以上，合成氣事先脫碳處理，含氫60%～70%以上。捕捉后的C O2或利用或埋存，使煤這類高碳燃料實(shí)現(xiàn)低碳利用。

煤基多聯(lián)產(chǎn)是我國(guó)高效協(xié)同利用煤的重要戰(zhàn)略方向煤的協(xié)同利用包括生產(chǎn)產(chǎn)品之間的協(xié)同，如電、液體燃料、化工產(chǎn)品，也包括工藝手段的協(xié)同，如干餾、裂解、氣化、合成、燃燒以及目前世界眾所關(guān)注的CO2最佳脫除點(diǎn)、CO2利用的協(xié)同。

經(jīng)過(guò)多年的示范、商業(yè)化實(shí)踐，I G C C的可用率逐步提升，其主要問(wèn)題是發(fā)電裝機(jī)容量單位基本投資大，且不適宜于經(jīng)常變負(fù)荷運(yùn)行。煤作為一次能源，它具有更好的全價(jià)利用的“天性”，完全可以根據(jù)需求采取協(xié)同的工藝路線，互相配合，簡(jiǎn)化流程，簡(jiǎn)化設(shè)備，降低成本，提高效率，生產(chǎn)出各種產(chǎn)品，如電力、化工產(chǎn)品……在成本上，由于這種協(xié)同，使電力生產(chǎn)和化工產(chǎn)品生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，從而克服了純發(fā)電IGCC的缺點(diǎn)。

以煤氣化為核心的多聯(lián)產(chǎn)能源系統(tǒng)(煤基多聯(lián)產(chǎn))就是以煤、渣油或石油焦為原料，經(jīng)氣化后成為合成氣(C O+H2)，凈化以后可用于實(shí)現(xiàn)電力、化工、熱、氣的聯(lián)產(chǎn)，即在發(fā)電的同時(shí)，聯(lián)產(chǎn)包括液體燃料在內(nèi)的多種高附加值的化工產(chǎn)品、城市煤氣等。

其中的清潔煤發(fā)電技術(shù)被稱為整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，是潔凈的煤氣化技術(shù)與高效的聯(lián)合循環(huán)技術(shù)的結(jié)合。

煤基多聯(lián)產(chǎn)打破不同行業(yè)之間的界限，按照系統(tǒng)最優(yōu)原則對(duì)如發(fā)電、化工、冶金等生產(chǎn)中的物質(zhì)流、能量流和火用流(Exergy)進(jìn)行充分集成與優(yōu)化，改變傳統(tǒng)的工藝過(guò)程，實(shí)現(xiàn)氣體成分(如氫碳比)、壓力、溫度、物質(zhì)、燃料“品質(zhì)”等的梯級(jí)利用，這種多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)在化工產(chǎn)品、液體燃料和電力之間可以按市場(chǎng)需求或是發(fā)電的“峰-谷”差進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，有很好的靈活性，可以達(dá)到系統(tǒng)的能源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)的目的。

目前，我國(guó)由于資源特點(diǎn)，現(xiàn)代煤化工發(fā)展迅速，新過(guò)程、新技術(shù)、新催化劑不斷出現(xiàn)和掌握，為煤的協(xié)同利用提供新的動(dòng)力和技術(shù)支撐。我國(guó)應(yīng)有充分信心，在煤的協(xié)同利用方面引領(lǐng)世界潮流。

中國(guó)減排C O2應(yīng)從煤化工開(kāi)始逐步過(guò)渡到“IGCC+多聯(lián)產(chǎn)+CCUS”

如果煤直接燃燒，因?yàn)闊煔庵蠧 O2濃度低(濃度大約13～14%，70～80%都是氮?dú)?、壓力低、處理的煙氣體積流量大，收集起來(lái)很困難，而且以目前的技術(shù)，將發(fā)電廠煙囪里的C O2分離出來(lái)，處理后埋入地下，整個(gè)燃煤發(fā)電效率會(huì)降低11個(gè)百分點(diǎn)。

在I G C C多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中，從煤氣化后的合成氣中捕捉高濃度、高壓的C O2，相對(duì)較容易，雖然也要耗能，但是效率降低大概為6～7個(gè)百分點(diǎn)。所耗費(fèi)的能量與成本比常規(guī)電站煙氣中捕捉C O2低得多，且I G C C多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)有多種產(chǎn)品，在成本方面可以實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)，單位電能耗水少，能量可以得到綜合利用，又能夠提供較低成本的CO2的減排辦法。因此“IGCC+多聯(lián)產(chǎn)+C C U S(C O2的捕捉、利用和埋存)”是中國(guó)C O2減排的戰(zhàn)略方向。

中國(guó)應(yīng)當(dāng)按照國(guó)情走自己的路，從現(xiàn)在開(kāi)始考慮分階段逐步推進(jìn)減排C O2的問(wèn)題。目前我國(guó)正大力發(fā)展煤化工(甲醇、二甲醚、M T O、M T P、直接煤變油、間接煤變油等)，在煤化工過(guò)程中排放的C O2已經(jīng)具有很高的濃度和壓力，而實(shí)際的情況是這些“現(xiàn)成”的C O2都直接排放到大氣中。如我國(guó)每年僅甲醇生產(chǎn)排放C O24000余萬(wàn)噸，總量巨大。因此，我國(guó)的C O2減排應(yīng)從煤化工做起，國(guó)家應(yīng)予以政策支持，如碳稅、補(bǔ)貼等，在此過(guò)程中，對(duì)C O2的處理(化學(xué)、物理應(yīng)用，輸運(yùn)、埋存等)積累經(jīng)驗(yàn)。

考慮未來(lái)清潔煤發(fā)電，“I G C C+多聯(lián)產(chǎn)”應(yīng)盡快地示范，逐步走向大規(guī)模發(fā)展，按C O2減排需要逐步過(guò)渡到“I G C C+多聯(lián)產(chǎn)+C C U S”。從直接燃煤電廠煙氣中捕捉C O2，在目前技術(shù)條件下需要耗費(fèi)大量的能源資源和投資，在這方面我們也需要作研究和小規(guī)模示范，但是大規(guī)模的商業(yè)實(shí)施還需要觀察一段時(shí)期。

實(shí)施“IGCC+多聯(lián)產(chǎn)”能源戰(zhàn)略刻不容緩盡管目前IGCC發(fā)電電價(jià)成本較高，但是考慮到將來(lái)對(duì)污染物二氧化硫、氮氧化物、顆粒物、汞的控制要求，以及下一步要進(jìn)行C O2的捕捉、利用和埋存，目前可行的是可以通過(guò)多聯(lián)產(chǎn)化工產(chǎn)品來(lái)降低成本。

近年來(lái)，新建的幾億kW的火電裝機(jī)采用的基本上是煤直接燃燒的超臨界、超超臨界發(fā)電機(jī)組。如不及時(shí)考慮I G C C+多聯(lián)產(chǎn)的發(fā)展，從某種意義上來(lái)說(shuō)，這就意味著今后一段時(shí)期內(nèi)我國(guó)電力發(fā)展的技術(shù)路徑將被鎖定在煤直接燃燒發(fā)電的模式上。一個(gè)能源系統(tǒng)的發(fā)展與成熟需要多年時(shí)間，現(xiàn)在不推進(jìn)IGCC多聯(lián)產(chǎn)示范就會(huì)延誤時(shí)機(jī)，將來(lái)再做要付出更大的代價(jià)。煤基多聯(lián)產(chǎn)所生產(chǎn)的液體燃料，尤其是甲醇和二甲醚是絕好的煤基車用替代燃料，可以有份額地緩解我國(guó)石油的短缺。同時(shí)，甲醇還可以用來(lái)生產(chǎn)烯烴和丙烯，用煤化工去“替代”一部分傳統(tǒng)的石油化工，以減少石油消耗。

煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)組成部件的絕大部分技術(shù)是成熟的，如大型煤氣化裝置、各種化學(xué)反應(yīng)器和相應(yīng)的催化劑、燃用合成氣的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)等。中國(guó)已掌握多聯(lián)產(chǎn)的“龍頭”技術(shù)——大型煤氣化技術(shù)，并且已有成功的工業(yè)化應(yīng)用：兗礦集團(tuán)在山東的I G C C發(fā)電與甲醇聯(lián)產(chǎn)裝置屬于世界首創(chuàng)，已實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)了連續(xù)贏利。兗礦的煤基甲醇—電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)總能利用效率達(dá)到了57.16%，較同比甲醇、電獨(dú)立生產(chǎn)系統(tǒng)提高了3.14個(gè)百分點(diǎn)，供電效率折算達(dá)39.5%(同比自備電廠為29%)。只要我國(guó)各部門(煤炭、化工、電力)打破行業(yè)界線，通力合作，加上國(guó)際合作，推廣多聯(lián)產(chǎn)在中國(guó)的應(yīng)用，可以深入挖掘提高能源利用效率、減少環(huán)境污染的潛力。

化石能源和可再生能源的協(xié)同利用2010年我國(guó)風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量達(dá)4182.7萬(wàn)k W，位居世界第一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)已安裝的風(fēng)機(jī)大約有30%沒(méi)有并網(wǎng)，即使有些風(fēng)場(chǎng)已并網(wǎng)，也由于種種原因被限制發(fā)電，形成能力的浪費(fèi)。

我國(guó)大規(guī)模風(fēng)電如何應(yīng)用？怎樣和其他能源協(xié)同考慮是中國(guó)比較特殊的問(wèn)題。是否大型風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行是唯一的出路？

中國(guó)有大量的耗能工業(yè)， 如氯堿( 每噸耗電3 0 0 0 k W h)、電解鋁(每噸耗電15000～16000k W h)，這些工業(yè)都由電網(wǎng)供電，且要從高壓交流通過(guò)降壓、整流轉(zhuǎn)換成低壓、直流電。經(jīng)過(guò)科技部“十一五”“973”項(xiàng)目“非并網(wǎng)風(fēng)電”，提出風(fēng)電和網(wǎng)電的協(xié)同利用。根據(jù)實(shí)際情況，可以是風(fēng)電為主，網(wǎng)電為輔，或反之，或是兩者之間有其他的分配比例，已初步得到成果的有電解鋁(采取保溫和調(diào)節(jié)電解液成分)、氯堿工業(yè)、海水淡化、電解水生成氫氣和氧氣以及為油田大量抽油機(jī)供電等。

還可以仔細(xì)研究和開(kāi)拓其他的用途，只要用電對(duì)象對(duì)電的波動(dòng)性沒(méi)有嚴(yán)格要求，網(wǎng)電可用來(lái)對(duì)風(fēng)電進(jìn)行互補(bǔ)和支撐。

另一個(gè)值得深入探討的是風(fēng)電和我國(guó)迅速發(fā)展的煤化工的協(xié)同。由于我國(guó)風(fēng)電豐富的邊遠(yuǎn)地區(qū)，恰好煤炭資源也十分豐富，輸煤、輸電都有一定難度。并且面臨著如何利用這些資源給全國(guó)提供清潔能源和發(fā)展地方經(jīng)濟(jì)的問(wèn)題。

其中一個(gè)例子是風(fēng)電和甲醇生產(chǎn)的協(xié)同。風(fēng)電和甲醇協(xié)同生產(chǎn)系統(tǒng)的主要思想是：非并網(wǎng)風(fēng)電電解水產(chǎn)生氧氣和氫氣；其中氧氣作為提供氣化爐所需的氧氣；氫氣與氣化爐生產(chǎn)的富碳合成氣摻混，將氫氣和一氧化碳的比例(H2/C O)調(diào)整至甲醇生產(chǎn)的合適比例。與傳統(tǒng)的煤基甲醇生產(chǎn)系統(tǒng)相比：此協(xié)同系統(tǒng)省去了昂貴且高能耗的空分裝置；大大減少了變換的氣體量；同樣的煤量，兩者協(xié)同方案，甲醇的產(chǎn)量增加約1倍；煤中大部分碳元素進(jìn)入甲醇產(chǎn)品而被利用，大大減少了C O2的排放，從而達(dá)到能量和資源利用整體最優(yōu)的效果。這是結(jié)合我國(guó)資源分布特點(diǎn)，現(xiàn)代煤化工與風(fēng)能協(xié)同的一個(gè)范例，既解決風(fēng)電的應(yīng)用，又解決了受人們?cè)嵅〉拿夯ご罅颗欧臗O2的問(wèn)題。

近年來(lái)，由于很多大城市渴望得到更多的清潔能源，很多煤資源豐富地區(qū)(尤其是邊遠(yuǎn)的新疆)和大企業(yè)都把眼光投向合成天然氣(S N G)的新產(chǎn)業(yè)鏈。

雖然從煤轉(zhuǎn)換成SNG能效只有60%左右，但長(zhǎng)輸氣管線在遠(yuǎn)距離輸運(yùn)方面更為高效，在終端應(yīng)用上，由于是清潔氣體燃料，可以采用各種先進(jìn)用能系統(tǒng)、技術(shù)與設(shè)備(如分布式供能，熱、電、冷三聯(lián)供)加以高效應(yīng)用。這樣，從整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈考慮可能得到提高總體能源利用效率和減排C O2的好處。這里，一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題仍是煤制S N G時(shí)C O2的排放和處理。若把風(fēng)電和S N G兩者協(xié)同起來(lái)，通過(guò)風(fēng)電電解水得到氫氣和氧氣，則可像上面甲醇生產(chǎn)一樣，成倍地增加每單位煤量S N G的產(chǎn)出，大大減少CO2的排放。

從整個(gè)能源系統(tǒng)看，這類的協(xié)同值得從系統(tǒng)高度進(jìn)行深入研究，解決必要的科學(xué)問(wèn)題和技術(shù)關(guān)鍵。盡快地進(jìn)行示范，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步應(yīng)用推廣。對(duì)這類地區(qū)的戰(zhàn)略安排應(yīng)及早規(guī)劃，否則，會(huì)形成技術(shù)路線鎖定，將來(lái)要改變不得不付出更大的代價(jià)。

儲(chǔ)能和各種能源互補(bǔ)方面的協(xié)同可再生能源發(fā)展與蓄能由于太陽(yáng)能、風(fēng)能分布的間歇性及隨機(jī)性，給其利用帶來(lái)很大的困難。一些隨機(jī)電源接入電網(wǎng)，當(dāng)份額較小時(shí)，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成大的不利影響；但大規(guī)模、大比例份額的隨機(jī)電源接入，仍是一個(gè)技術(shù)上未解決的難題。所以，隨著可再生能源的發(fā)展，非并網(wǎng)利用和能量存儲(chǔ)問(wèn)題顯得越來(lái)越重要。

電的儲(chǔ)存雖經(jīng)過(guò)多年努力，大規(guī)模儲(chǔ)存還沒(méi)有技術(shù)上的根本性突破。將來(lái)，由于可再生能源的應(yīng)用，一些中小型的分布式電網(wǎng)在整個(gè)電力系統(tǒng)中也會(huì)占一席之地，蓄能(也包括蓄電)裝置也是一個(gè)關(guān)鍵。此時(shí)，蓄能以什么為載能介質(zhì)是一個(gè)值得探討的問(wèn)題。

根據(jù)各個(gè)國(guó)家的具體條件，各種能源應(yīng)從可持續(xù)發(fā)展能源系統(tǒng)的高度協(xié)同發(fā)展，各自“揚(yáng)長(zhǎng)避短”。

不連續(xù)、隨機(jī)性較強(qiáng)的能量(各大型發(fā)電裝置的多余電量、風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電)變成大規(guī)模高效利用、可調(diào)度的能量，是現(xiàn)代電力系統(tǒng)面臨的重大戰(zhàn)略課題，高效大、中、小規(guī)模儲(chǔ)能問(wèn)題越來(lái)越突出。

大規(guī)模蓄能系統(tǒng)中，除抽水蓄能外，有發(fā)展?jié)摿Φ氖菈嚎s空氣蓄能(如與不穩(wěn)定風(fēng)電的協(xié)同)，Br a y t o n和R a n k i ne整體化循環(huán)(與核電和超超臨界的谷電協(xié)同)。

壓縮空氣蓄能壓縮空氣蓄能是在用電低谷或不穩(wěn)定的風(fēng)電，用電能驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)工作，將空氣由大氣壓壓縮到貯藏室。在用電高峰時(shí)，利用外界附加熱量(如天然氣燃燒)加熱空氣，然后熱空氣通過(guò)透平做功，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

德國(guó)的Hu n t o rf電站建于1978年，Hu n t o rf電站系統(tǒng)的效率在42%左右。若在高壓燃燒室前配置廢熱回收裝置，利用經(jīng)過(guò)低壓膨脹后的廢氣來(lái)加熱剛離開(kāi)空氣儲(chǔ)藏室的冷空氣，可以提高效率。這種系統(tǒng)的典型代表為美國(guó)的M c I n t o s h電站，建于1991年，其效率達(dá)54%。

Brayton和Rankine整體化循環(huán)系統(tǒng)——用于火電、核電在儲(chǔ)能的協(xié)同目前由于人民生活質(zhì)量的提高，尤其是大中城市，用電負(fù)荷的峰谷差越來(lái)越大，有時(shí)達(dá)50%。為保證可靠的電力供應(yīng)，削峰填谷是電力系統(tǒng)和電源十分頭疼的問(wèn)題。一方面對(duì)火電“上大壓小”政策的實(shí)施，關(guān)停20萬(wàn)k W以下的機(jī)組，甚至30萬(wàn)機(jī)組，使越來(lái)越多的大型機(jī)組不得不承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)，大型機(jī)組在穩(wěn)定和滿負(fù)荷運(yùn)行有較好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。另一方面，核電正快速發(fā)展，核電要求穩(wěn)定和基本負(fù)荷運(yùn)行。

再者，可再生能源發(fā)展迅速，尤其是風(fēng)電，而可再生能源電隨機(jī)性和波動(dòng)性大，其消納也是面臨的重要問(wèn)題。所以，電網(wǎng)調(diào)峰和大規(guī)模蓄能一直是未解決的難題，需要發(fā)展先進(jìn)的大規(guī)模調(diào)峰、蓄能系統(tǒng)?；贐 r a y t o n—R a n k i ne整體化循環(huán)的調(diào)峰加力系統(tǒng)是有潛力的解決方式之一。

B r a y t o n和R a n k i ne整體化循環(huán)系統(tǒng)中，作為主要燃料煤和H2的熱能作為“原料的‘梯級(jí)利用’”，循環(huán)的前半部分從給水加熱到600℃的過(guò)熱蒸汽由煤“負(fù)責(zé)”，通過(guò)外燃來(lái)達(dá)到。循環(huán)的后半部分，過(guò)熱蒸汽溫度要提升到1400℃～1500℃，外燃已無(wú)法完成，只能通過(guò)氫氧在燃燒室中內(nèi)燃完成。即在常規(guī)汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)上加氫氧燃燒加力裝置，經(jīng)初步分析，在這個(gè)系統(tǒng)中，H2的能量轉(zhuǎn)換效率可達(dá)62%，并使整個(gè)系統(tǒng)的熱效率從常規(guī)的超臨界蒸汽發(fā)電44%的熱效率提升到52%以上。

這樣可以說(shuō)，兩種燃料各司其職，氫氣“站”在煤的“肩膀”上發(fā)揮作用。此系統(tǒng)把內(nèi)燃和外燃結(jié)合起來(lái)，克服常規(guī)的Br a y t o n和R a n k i ne循環(huán)固有的缺點(diǎn)，發(fā)揮它們的長(zhǎng)處。最有效地利用氫氣起到削峰填谷的作用。

這種循環(huán)如若只為了提高效率，由于功率大，要求連續(xù)運(yùn)行，氫、氧的存儲(chǔ)是個(gè)大問(wèn)題。所以，最好是從大規(guī)模儲(chǔ)電角度加以應(yīng)用，作為常規(guī)超超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組的“加力裝置”。在用電高峰時(shí)，“加力”裝置投入，可以增加輸出功率約100%。

集中和分布式供能的協(xié)同現(xiàn)代化的能源系統(tǒng)，不僅要求高效率，而且需要足夠的靈活度和安全性，此外能源供應(yīng)和終端能源需求在形式和距離上，也應(yīng)當(dāng)更加靠近，減少轉(zhuǎn)換、輸運(yùn)、存儲(chǔ)的環(huán)節(jié)和消耗。因此，當(dāng)前人們又開(kāi)始探討如何從集中式的能源系統(tǒng)向轉(zhuǎn)集中和分布式能源系統(tǒng)的協(xié)同問(wèn)題。

分布式能源系統(tǒng)直接安裝在用戶端，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的能源生產(chǎn)，輔以各種控制和優(yōu)化的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用，同時(shí)減少中間輸送環(huán)節(jié)損耗，達(dá)到資源利用最大化。分布式能源系統(tǒng)的一次能源以氣體燃料(天然氣等)為主，可再生能源為輔，可以利用一切當(dāng)?shù)乜色@得的資源。

分布式能源系統(tǒng)有許多集中能源系統(tǒng)所不能實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在：(1)能量利用效率高。(2)

就地生產(chǎn)，就地利用，能量輸配的損失小。(3)各種能源來(lái)源的協(xié)同配合，使利用效率發(fā)揮到最優(yōu)狀態(tài)。(4)能源系統(tǒng)的安全性高。

由于分布式能源的這些優(yōu)勢(shì)可以彌補(bǔ)集中式能源系統(tǒng)在效率和可靠性上的不足，將來(lái)的能源系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是分布式能源和集中式能源協(xié)同供應(yīng)的能源系統(tǒng)，以及在分布式能源系統(tǒng)內(nèi)部，各種能源的協(xié)同利用。分布式能源系統(tǒng)在歐洲已經(jīng)有大規(guī)模的發(fā)展，尤其是丹麥、荷蘭、芬蘭等國(guó)，分布式能源的發(fā)展水平居世界領(lǐng)先水平。美國(guó)、加拿大、英國(guó)、澳大利亞等國(guó)在經(jīng)歷了大停電事故后也意識(shí)到了建立分布式能源系統(tǒng)的重要性，促使它們推進(jìn)分布式能源系統(tǒng)的建立。

在中國(guó)，關(guān)于分布式能源技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)較少，缺乏系統(tǒng)科學(xué)的解決方案和符合中國(guó)實(shí)際的優(yōu)化決策控制體系。但是，目前也已經(jīng)有一些成功的案例，比如北京燃?xì)饧瘓F(tuán)的三聯(lián)供項(xiàng)目通過(guò)燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)和余熱直燃機(jī)對(duì)接，為3.2萬(wàn)平方米的樓宇提供全部的冷熱電，已經(jīng)安全運(yùn)行5年。中國(guó)應(yīng)該給分布式能源系統(tǒng)的發(fā)展投入更大的支持，最主要的是要在系統(tǒng)控制和優(yōu)化上進(jìn)行更多的探索。

電網(wǎng)、天然氣網(wǎng)、熱(冷)網(wǎng)及水網(wǎng)的協(xié)同近年來(lái)由美國(guó)發(fā)起，全世界各國(guó)都在進(jìn)行智能電網(wǎng)的發(fā)展。建設(shè)智能電網(wǎng)，最主要的是調(diào)動(dòng)各種電源點(diǎn)的潛力和“積極性”，尤其是不同規(guī)模的可再生能源的接入，大到G W級(jí)的大風(fēng)電場(chǎng)，小到個(gè)人屋頂發(fā)電。各種余熱、余壓發(fā)電，各種生產(chǎn)過(guò)程的聯(lián)產(chǎn)發(fā)電，各種分布式微電網(wǎng)都能發(fā)揮應(yīng)有的作用。從發(fā)展角度來(lái)看，電源與用戶一體化的傾向越來(lái)越強(qiáng)。

但是，正如上一節(jié)分布式供能系統(tǒng)所說(shuō)，對(duì)電力的需求只是人們對(duì)能源服務(wù)的一個(gè)方面(是最主要的)，除此之外，還有供熱、供冷、氣體燃料、用水的需求。所以隨著電力網(wǎng)的發(fā)展，城市天然氣網(wǎng)、城市熱網(wǎng)和城市用水網(wǎng)，近年來(lái)也得到相應(yīng)的發(fā)展。這些網(wǎng)從本質(zhì)上是相互協(xié)同、相互耦合、相互支撐的，可以統(tǒng)稱為能源網(wǎng)。隨著電網(wǎng)的智能化，必然會(huì)帶動(dòng)天然氣網(wǎng)、熱網(wǎng)、水網(wǎng)的智能化，使其成為一個(gè)智能整體。

在熱網(wǎng)方面，一個(gè)明顯的例子是北方城鎮(zhèn)的冬季采暖能耗1.5億噸標(biāo)煤，占中國(guó)城鎮(zhèn)民用建筑能耗的40%，隨著大型城市的發(fā)展，目前面臨熱源嚴(yán)重不足和現(xiàn)有熱網(wǎng)輸送能力不足的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。其出路是發(fā)電與供熱協(xié)同，一方面采用300M W或更大容量的汽輪發(fā)電機(jī)組作為核心推廣熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱，另一方面利用吸收式熱泵技術(shù)“拉大”供回水溫差，(例如供水130℃，回水15℃～20℃)，使原通過(guò)發(fā)電廠冷卻水塔排入大氣的熱量(約占汽輪機(jī)最大供熱量的20%～50%)被利用起來(lái)，同時(shí)也使已建成的城市熱網(wǎng)輸送能力提高近一倍，形成一個(gè)新的供熱網(wǎng)絡(luò)。

雖然中國(guó)對(duì)天然氣的需求迅速增長(zhǎng)，但對(duì)天然氣的高效應(yīng)用仍沒(méi)有一個(gè)科學(xué)的論證和明確的說(shuō)法。對(duì)大型城市來(lái)說(shuō)，除了每天24小時(shí)對(duì)電、熱、氣的需求各不相同，更為困難的是一年四季的需求差別。兩者都有較大的峰谷，且剛好相反，而儲(chǔ)氣問(wèn)題和儲(chǔ)電問(wèn)題到目前仍沒(méi)有得到很好解決。若把城市中天然氣應(yīng)用劃分成若干個(gè)層次，從大規(guī)模熱電聯(lián)產(chǎn)到大小不同的局部分布式能源系統(tǒng)，各個(gè)局部之間，各層次之間進(jìn)行優(yōu)化、交互和調(diào)控，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，形成一個(gè)智能氣網(wǎng)也是一個(gè)趨勢(shì)。

如何節(jié)約用水，如何來(lái)規(guī)劃不同用途的水(如純凈飲水、生活用水、工業(yè)用水、綠化用水)的優(yōu)化配置，各種水源的合理開(kāi)發(fā)(包括海水淡化，中水高度凈化)，以及水的供給、回水處理等……這必然形成網(wǎng)絡(luò)，都和能源息息相關(guān)，相互促進(jìn)、相互制約。

因此，為了更好地協(xié)同利用各種能源，除了電網(wǎng)已逐步向智能電網(wǎng)發(fā)展，天然氣網(wǎng)、熱力網(wǎng)、水網(wǎng)也必然向這個(gè)方向前進(jìn)。四網(wǎng)(或更多)協(xié)同，形成以智能電網(wǎng)為主干的智能能源網(wǎng)。

建立可持續(xù)能源系統(tǒng)——各種能源協(xié)同的IDDD+N原則轉(zhuǎn)換整合化( I n t e g r a t i o n o f t h eProcesses)

轉(zhuǎn)換整合化就是要打破不同行業(yè)之間的界限，按照系統(tǒng)最優(yōu)原則對(duì)如發(fā)電、化工、冶金等生產(chǎn)中的物質(zhì)流和能量流進(jìn)行充分集成與協(xié)同，改變傳統(tǒng)的工藝過(guò)程，達(dá)到系統(tǒng)的能源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)的目的。

需求精細(xì)化(D i f f e r e n t i a t i o n o f t h eDemand)

對(duì)終端用戶的用能需求進(jìn)行精細(xì)的分解，按不同的用能需求、需求的不同層次和動(dòng)態(tài)變化，為能源供應(yīng)、規(guī)劃和配置提供指導(dǎo)信息和基礎(chǔ)。只有在終端需求精細(xì)化的基礎(chǔ)上，多樣化的供應(yīng)才能更大程度地滿足能源系統(tǒng)的需求，可再生能源才能在能源系統(tǒng)中起到較大的作用。

供給多樣化(D i v e r s i f i c a t i o n o f t h eSupply)

各種能源都具有自身的特性，需要重點(diǎn)研究的不是各種能源能做什么，而是它們?cè)谡麄€(gè)協(xié)同能源系統(tǒng)中應(yīng)該做什么，并盡量用較少的能耗代價(jià)滿足終端用戶精細(xì)化的需求。

布局分布化(D e c e n t r a l i z a t i o n o f t h eGrid)，集中和分布的協(xié)同在可持續(xù)的能源系統(tǒng)中，因地制宜地進(jìn)行分布式布局，集中電網(wǎng)、分布式電網(wǎng)和離網(wǎng)運(yùn)行相協(xié)同，不同種類的能源應(yīng)當(dāng)以互補(bǔ)的方式進(jìn)行協(xié)同，提高能源供應(yīng)安全性。從目前傳統(tǒng)的電網(wǎng)過(guò)渡到“智能電網(wǎng)”

(Smart Grid)，進(jìn)而在大城市范圍內(nèi)將發(fā)展成“智能能源網(wǎng)”(Smart Energy Grid)。

調(diào)度、控制、管理智能網(wǎng)絡(luò)化(Network)

靈活性、可控性、可靠性、在線靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的優(yōu)化都是能源系統(tǒng)面臨的新挑戰(zhàn)?？焖侔l(fā)展的信息技術(shù)可用于促進(jìn)新的可持續(xù)能源系統(tǒng)的建立，如數(shù)據(jù)搜集、網(wǎng)絡(luò)傳感、在線監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)等，特別是針對(duì)具有較強(qiáng)隨機(jī)性和不穩(wěn)定性的可再生能源；建立起覆蓋面廣的能源信息平臺(tái)和多層次優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)；充分利用信息技術(shù)，在全國(guó)、各省市、各地區(qū)全面搜集、整合、細(xì)分各種需求和供給信息，進(jìn)行多層次協(xié)同優(yōu)化。最近迅速發(fā)展的云計(jì)算將會(huì)提供有力的技術(shù)支撐。

上面這幾點(diǎn)可以簡(jiǎn)稱為“I D D D+N”。由于能源供應(yīng)多元化，轉(zhuǎn)換多元化，終端需求供應(yīng)一體化，尤其是氣候變化問(wèn)題的嚴(yán)重性，能源技術(shù)(E n e r g yT e c h n o l o g y，ET)將要有一個(gè)十分大的變化，時(shí)間尺度在30～50年左右。且各國(guó)都不會(huì)一樣，中國(guó)更有其特殊性，因?yàn)闊o(wú)先例可循。除了能源技術(shù)的進(jìn)步外，信息技術(shù)(Information Technology，IT)的深度介入必不可少，因?yàn)槟茉聪到y(tǒng)是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程。ET和IT的融合是必然趨勢(shì)。

建立各種能源分層次協(xié)同的可持續(xù)能源系統(tǒng)、實(shí)施IDDD+N原則是一個(gè)漸變過(guò)程，但目標(biāo)要明確、政策要清晰、措施要果斷。應(yīng)將IDDD+N的原則和要求，分解成各行業(yè)、各地區(qū)的實(shí)施細(xì)則，建立大小不同的可操作的模板和示范工程。弄清現(xiàn)有系統(tǒng)分階段、分層次向I D D D+N靠攏的路線圖。國(guó)家應(yīng)有專門的機(jī)構(gòu)，多方面加以牽引，向這些模板靠攏，如規(guī)章制度、鼓勵(lì)政策、價(jià)格政策、各種國(guó)家資助(立項(xiàng)與資金投入)、科研和工程中心建立、人才培養(yǎng)、民間投資引導(dǎo)等。