分布式供能是實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和與可再生能源利用的有效手段之一。當(dāng)前，分布式供能系統(tǒng)存在不可逆性大、可再生能源比例低、主動調(diào)控性差等問題。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驗室開展了理論、方法和系統(tǒng)三個層面的研究。科研小組發(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)互補的源頭蓄能方法和關(guān)鍵技術(shù)，建立了“能量互補-品位耦合-主動調(diào)控”為一體的多能源互補分布式供能系統(tǒng)。
課題組提出了燃料與聚光太陽能互補源頭蓄能理論框架，闡釋了化石燃料熱化學(xué)轉(zhuǎn)換與源頭蓄能理論，剖析了能源互補中能源源頭能勢與轉(zhuǎn)化過程品位的耦合機理以及源頭蓄能能量互補、品位耦合的內(nèi)在規(guī)律，提出了中低溫太陽能與燃料的熱化學(xué)互補在減小不可逆損失、實現(xiàn)源頭蓄能上的優(yōu)異潛力，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，科研團隊研發(fā)出新型中低溫鈣鈦礦氧載體，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，探索了源頭蓄能的新機理，獲得了450°C下甲烷的近完全轉(zhuǎn)化，達(dá)成了溫度降幅400-600°C，實現(xiàn)了源頭CO2近零能耗捕集。在此基礎(chǔ)上，課題組研制出基于該方法的10kW熱功率中溫太陽能甲烷熱化學(xué)轉(zhuǎn)化與源頭蓄能的原理樣機。
該研究在國際上首次成體系提出了一套理論、方法與系統(tǒng)，可以在中溫太陽能驅(qū)動下，同時實現(xiàn)天然氣的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化、蓄能與二氧化碳捕集;從而實現(xiàn)了脫碳利用，提高了能源系統(tǒng)中太陽能的占比，突破了第三代分布式能源系統(tǒng)的瓶頸;相對于常規(guī)的分布式能源系統(tǒng)，化石能源的節(jié)省率從20%提高到30%以上。
研究工作得到國家重點研發(fā)計劃的支持。該工作經(jīng)過專家組問詢，已通過課題績效評價。
