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分布式供能是滿足我國當前“碳達峰”、“碳中和”及可再生能源利用重大需求的有效手段之一。針對當前分布式供能系統中，不可逆性大、可再生能源比例低、主動調控性差的難題，中國科學院工程熱物理研究所分布式供能與可再生能源實驗室于近期開展了理論、方法和系統三個層面的研究工作。研究小組發展了化石燃料熱化學轉換與源頭蓄能理論，突破了中溫太陽能與甲烷熱化學互補的源頭蓄能方法和關鍵技術，建立了“能量互補-品位耦合-主動調控”為一體的多能源互補分布式供能系統。

課題組首次提出了燃料與聚光太陽能互補源頭蓄能理論框架，完整闡釋了化石燃料熱化學轉換與源頭蓄能理論，闡明了能源互補中，能源源頭能勢與轉化過程品位的耦合機理，以及源頭蓄能能量互補、品位耦合的內在規律，指出中低溫太陽能與燃料的熱化學互補在減小不可逆損失、實現源頭蓄能上的潛力最佳，突破了傳統熱力循環對太陽能熱發電的限制。

基于上述蓄能理論，研發了新型中低溫鈣鈦礦氧載體，進而提出了甲烷重整與化學鏈燃燒/化學鏈制氫疊加的中低溫熱化學源頭蓄能方法，并探索了源頭蓄能的新機理，在450°C獲得甲烷近完全轉化并實現源頭CO2近零能耗捕集，天然氣轉化溫度降幅達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轉化與源頭蓄能原理樣機。

本研究在國際上首次成體系提出了在中溫太陽能驅動下，同時實現天然氣的熱化學轉化、蓄能與二氧化碳捕集的理論、方法與系統，實現了脫碳利用，并為能源系統納入高比例太陽能，從而突破了第三代分布式能源系統關鍵瓶頸，對化石能源的節省率從20%提高到30%以上。預計大范圍推廣可實現每年1億噸以上二氧化碳減排，為推動國家節能減排和“雙碳”目標的實現做出實質性貢獻。

本研究工作得到了科技部國家重點研發計劃項目（NO.2016YFB0901401）的支持，經過專家組的問詢，已通過課題績效評價。