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分布式供能是滿足我國當(dāng)前“碳達(dá)峰”、“碳中和”及可再生能源利用重大需求的有效手段之一。針對當(dāng)前分布式供能系統(tǒng)中，不可逆性大、可再生能源比例低、主動調(diào)控性差的難題，中國科學(xué)院工程熱物理研究所分布式供能與可再生能源實(shí)驗(yàn)室于近期開展了理論、方法和系統(tǒng)三個層面的研究工作。研究小組發(fā)展了化石燃料熱化學(xué)轉(zhuǎn)換與源頭蓄能理論，突破了中溫太陽能與甲烷熱化學(xué)互補(bǔ)的源頭蓄能方法和關(guān)鍵技術(shù)，建立了“能量互補(bǔ)-品位耦合-主動調(diào)控”為一體的多能源互補(bǔ)分布式供能系統(tǒng)。

課題組首次提出了燃料與聚光太陽能互補(bǔ)源頭蓄能理論框架，完整闡釋了化石燃料熱化學(xué)轉(zhuǎn)換與源頭蓄能理論，闡明了能源互補(bǔ)中，能源源頭能勢與轉(zhuǎn)化過程品位的耦合機(jī)理，以及源頭蓄能能量互補(bǔ)、品位耦合的內(nèi)在規(guī)律，指出中低溫太陽能與燃料的熱化學(xué)互補(bǔ)在減小不可逆損失、實(shí)現(xiàn)源頭蓄能上的潛力最佳，突破了傳統(tǒng)熱力循環(huán)對太陽能熱發(fā)電的限制。

基于上述蓄能理論，研發(fā)了新型中低溫鈣鈦礦氧載體，進(jìn)而提出了甲烷重整與化學(xué)鏈燃燒/化學(xué)鏈制氫疊加的中低溫?zé)峄瘜W(xué)源頭蓄能方法，并探索了源頭蓄能的新機(jī)理，在450°C獲得甲烷近完全轉(zhuǎn)化并實(shí)現(xiàn)源頭CO2近零能耗捕集，天然氣轉(zhuǎn)化溫度降幅達(dá)400-600°C，成功研制了基于新型方法的10kW熱功率中溫太陽能甲烷熱化學(xué)轉(zhuǎn)化與源頭蓄能原理樣機(jī)。

本研究在國際上首次成體系提出了在中溫太陽能驅(qū)動下，同時實(shí)現(xiàn)天然氣的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化、蓄能與二氧化碳捕集的理論、方法與系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了脫碳利用，并為能源系統(tǒng)納入高比例太陽能，從而突破了第三代分布式能源系統(tǒng)關(guān)鍵瓶頸，對化石能源的節(jié)省率從20%提高到30%以上。預(yù)計(jì)大范圍推廣可實(shí)現(xiàn)每年1億噸以上二氧化碳減排，為推動國家節(jié)能減排和“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)做出實(shí)質(zhì)性貢獻(xiàn)。

本研究工作得到了科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（NO.2016YFB0901401）的支持，經(jīng)過專家組的問詢，已通過課題績效評價。