未來20年中國能源技術發展方向——分布式能源及相關技術
發布時間：2022-7-8
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未來20年中國能(neng)源技術發展方向——分布式能(neng)源及相關技術
所謂(wei)“分布(bu)式(shi)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)”是(shi)指分布(bu)在(zai)用(yong)(yong)(yong)戶端的(de)(de)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)綜合利(li)用(yong)(yong)(yong)系(xi)(xi)(xi)統。一(yi)(yi)次(ci)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)以(yi)氣體(ti)燃料為(wei)主(zhu)(zhu)，可再生能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)為(wei)輔(fu)，利(li)用(yong)(yong)(yong)一(yi)(yi)切(qie)可以(yi)利(li)用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)資源(yuan)(yuan)；二(er)次(ci)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)以(yi)分布(bu)在(zai)用(yong)(yong)(yong)戶端的(de)(de)熱電冷（植）聯產為(wei)主(zhu)(zhu)，其(qi)他能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)供(gong)應(ying)系(xi)(xi)(xi)統為(wei)輔(fu)，實(shi)現(xian)以(yi)直接滿足(zu)用(yong)(yong)(yong)戶多種(zhong)需求(qiu)的(de)(de)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)梯級利(li)用(yong)(yong)(yong)，并通(tong)過能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)供(gong)應(ying)系(xi)(xi)(xi)統提供(gong)支持(chi)和補充；在(zai)環境(jing)保護上，將部分污染分散(san)化(hua)、資源(yuan)(yuan)化(hua)，爭取實(shi)現(xian)適度排放(fang)的(de)(de)目標(biao)；在(zai)管理體(ti)系(xi)(xi)(xi)上，依(yi)托智能(neng)(neng)信息化(hua)技(ji)術(shu)(shu)實(shi)現(xian)現(xian)場無人職守，通(tong)過社會(hui)化(hua)服(fu)務體(ti)系(xi)(xi)(xi)提供(gong)設計、安裝、運(yun)行、維(wei)修一(yi)(yi)體(ti)化(hua)保障。 分布(bu)式(shi)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)技(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)基礎(chu)科學主(zhu)(zhu)要在(zai)以(yi)下(xia)幾個方面：
1、動力與(yu)能源轉換設備(bei)；
2、一(yi)次(ci)和二次(ci)能源相關技術；
3、智能(neng)控制與群控優(you)化技術；
4、綜(zong)合系(xi)統優(you)化技(ji)術；
5、資源深度利用技術。
動力與能(neng)源轉換設備：
主要是指一(yi)些(xie)基于傳統技術(shu)的完善和新(xin)技術(shu)的發展。
（1）小型燃(ran)氣輪機--在小型航空渦輪發(fa)動機技術(shu)的(de)基(ji)礎上(shang)，實(shi)現地面發(fa)電和(he)供熱(re)的(de)聯產(chan)(chan)技術(shu)。目前(qian)中國(guo)在這一技術(shu)上(shang)已經可以開發(fa)相(xiang)應產(chan)(chan)品，主要(yao)的(de)問題是需要(yao)設(she)備(bei)的(de)能源(yuan)轉(zhuan)換效(xiao)率，可靠性，延長設(she)備(bei)檢(jian)修周期，設(she)備(bei)的(de)自動智能控制水平；
（2）微型燃氣(qi)輪(lun)機(ji)--這(zhe)是基于汽車發動機(ji)增壓(ya)渦輪(lun)技術(shu)的延(yan)伸，關(guan)鍵(jian)技術(shu)在(zai)于精密(mi)鑄造和(he)燒結金(jin)屬陶瓷轉子，空(kong)氣(qi)或磁(ci)懸浮軸承，回熱利用(yong)技術(shu)，永(yong)磁(ci)發電技術(shu)，可控(kong)硅變頻控(kong)制技術(shu)等(deng)。由于技術(shu)層次并(bing)不高，其中許(xu)多項目已(yi)經有專家(jia)在(zai)研究，只要真正重(zhong)視。
（3）燃(ran)(ran)氣內(nei)燃(ran)(ran)機--內(nei)燃(ran)(ran)機技術對(dui)于中國(guo)已(yi)經成熟，但是(shi)燃(ran)(ran)氣內(nei)燃(ran)(ran)機的制(zhi)造水平與(yu)國(guo)際(ji)先進設備(bei)還存(cun)在(zai)比較大(da)的差距，主要是(shi)轉換效(xiao)率、排放控制(zhi)、電子控制(zhi)和設備(bei)大(da)修周期等，此外，國(guo)外正在(zai)發展的預燃(ran)(ran)、回熱、增(zeng)壓渦(wo)輪技術，以(yi)及電子變(bian)頻等技術，都是(shi)發展的重要方向；
（4）斯(si)特林發動(dong)機--外燃式斯(si)特林技(ji)術中(zhong)國已經有了比(bi)較(jiao)大(da)的突破，上海711所已經可以生產(chan)該技(ji)術的產(chan)品，目前主要是設備(bei)可靠(kao)性和(he)發電效率，以及自(zi)動(dong)化控(kong)制水平；
（5）燃料(liao)電(dian)池--該技(ji)(ji)術有(you)質子交換(huan)膜、固體氧(yang)化物、熔融硅酸(suan)鹽和氫氧(yang)重整(zheng)等(deng)多(duo)種技(ji)(ji)術方(fang)式(shi)，該技(ji)(ji)術應(ying)用極(ji)為(wei)廣泛，污染極(ji)小，而且可以同(tong)燃氣輪機技(ji)(ji)術整(zheng)合，發電(dian)效率(lv)將可能達到80%，是(shi)未來有(you)發展價值(zhi)的技(ji)(ji)術；
（6）微型(xing)蒸(zheng)汽(qi)輪(lun)機--蒸(zheng)汽(qi)輪(lun)機是傳統的(de)技術(shu)，但(dan)是利用(yong)一部(bu)噪音小、振動小、運(yun)行方便可(ke)靠的(de)小型(xing)蒸(zheng)汽(qi)輪(lun)機代替(ti)熱交(jiao)換(huan)器，將其(qi)中一部(bu)分能量(liang)轉換(huan)為(wei)(wei)價值較高的(de)電能，或者利用(yong)蒸(zheng)汽(qi)管(guan)網中較低(di)品位的(de)蒸(zheng)汽(qi)為(wei)(wei)制冰機組提供低(di)溫冷能，可(ke)以更好地(di)利用(yong)蒸(zheng)汽(qi)中的(de)能量(liang)；
（7）微(wei)型(xing)水(shui)輪機和微(wei)型(xing)抽(chou)水(shui)蓄(xu)(xu)能(neng)電站--小型(xing)、微(wei)型(xing)水(shui)輪機組(zu)不僅可以在有水(shui)位落(luo)差的(de)(de)(de)(de)地方使用(yong)(yong)，而且可以廣泛(fan)利(li)用(yong)(yong)在分布(bu)式(shi)能(neng)源項目上。利(li)用(yong)(yong)自來水(shui)管網的(de)(de)(de)(de)水(shui)能(neng)壓力，或者(zhe)建筑物可能(neng)產生的(de)(de)(de)(de)落(luo)差進(jin)行發電，并(bing)在用(yong)(yong)電低(di)谷進(jin)行抽(chou)水(shui)蓄(xu)(xu)能(neng)，新型(xing)的(de)(de)(de)(de)微(wei)型(xing)水(shui)輪發電機組(zu)將(jiang)何以采用(yong)(yong)電子變頻控制(zhi)技(ji)術，調整電能(neng)品(pin)質；
（8）太(tai)陽(yang)能發(fa)(fa)電(dian)和太(tai)陽(yang)熱發(fa)(fa)電(dian)--利(li)用(yong)太(tai)陽(yang)能量(liang)的發(fa)(fa)電(dian)技術，將(jiang)太(tai)陽(yang)熱發(fa)(fa)電(dian)與(yu)沼氣利(li)用(yong)整合，將(jiang)光伏電(dian)池與(yu)建筑材料整合，利(li)用(yong)光導纖維與(yu)照明技術整合等等；
（9）風(feng)能--風(feng)力(li)發(fa)(fa)(fa)電是能源發(fa)(fa)(fa)展的一個重要方向，在大(da)型風(feng)場大(da)量(liang)利用(yong)(yong)大(da)型風(feng)機發(fa)(fa)(fa)電將何(he)以代(dai)替現有的火力(li)發(fa)(fa)(fa)電系統，但是對(dui)于居(ju)住分散的用(yong)(yong)戶小型的風(feng)力(li)發(fa)(fa)(fa)電系統更加具有普(pu)及意(yi)義，小型風(feng)力(li)發(fa)(fa)(fa)電系統主要需要解決(jue)的是成本(ben)、可靠性和(he)蓄(xu)能問(wen)題；
（10）余(yu)熱(re)(re)制(zhi)冷(leng)系(xi)統--利用動力(li)機產(chan)生的(de)(de)余(yu)熱(re)(re)供熱(re)(re)制(zhi)冷(leng)是分(fen)布式(shi)熱(re)(re)電冷(leng)三聯(lian)供系(xi)統的(de)(de)重(zhong)要環節，尤其是制(zhi)冷(leng)，可以采用吸收式(shi)制(zhi)冷(leng)，也可以采用吸附(fu)式(shi)，以及余(yu)熱(re)(re)--動力(li)轉換--低溫(wen)制(zhi)冷(leng)等技術，這(zhe)些技術均比(bi)較成(cheng)熟，關鍵是系(xi)統的(de)(de)集成(cheng)率(lv)，以及造價等問題；
與分布式能源系(xi)統相關的一次(ci)和二次(ci)能源相關技術：
（1）天然氣系統的優化利用(yong)，以及管道輸送(song)技術；
（2）液化(hua)天(tian)然(ran)氣的(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan)和利用(yong)(yong)(yong)--分散化(hua)的(de)(de)液化(hua)天(tian)然(ran)氣生(sheng)(sheng)產(chan)技術可(ke)以(yi)利用(yong)(yong)(yong)石油開采中(zhong)的(de)(de)伴生(sheng)(sheng)氣資(zi)源，減少溫室(shi)氣體排放，資(zi)源的(de)(de)綜合利用(yong)(yong)(yong)率，液化(hua)天(tian)然(ran)氣利用(yong)(yong)(yong)中(zhong)對于(yu)冷(leng)能的(de)(de)有效利用(yong)(yong)(yong)可(ke)以(yi)有效節能等(deng)等(deng)，在(zai)液化(hua)天(tian)然(ran)氣利用(yong)(yong)(yong)中(zhong)，將產(chan)生(sheng)(sheng)大量(liang)的(de)(de)新課題；
（3）煤(mei)層(ceng)氣和礦井瓦(wa)斯(si)利(li)用，可能(neng)有60%以上(shang)的礦工是(shi)死(si)(si)在(zai)中國的礦井里(li)，而(er)瓦(wa)斯(si)爆(bao)炸(zha)是(shi)元兇(xiong)之一，減少(shao)礦工死(si)(si)亡(wang)和煤(mei)層(ceng)氣和礦井瓦(wa)斯(si)資源的利(li)用有著密(mi)切關聯，利(li)用煤(mei)層(ceng)氣和礦井瓦(wa)斯(si)發電(dian)等(deng)技術不僅可以挽救無數礦工的生命，還能(neng)有效減少(shao)溫室氣體排放，緩解(jie)全球變(bian)暖(nuan)問題；
（4）可燃冰(bing)--存在于(yu)海(hai)底(di)和(he)高寒地區的天然(ran)氣水化合物是人類未來的主要(yao)能源，它是為分布式(shi)能源系統提供(gong)燃料的重要(yao)途徑；
（5）煤(mei)地(di)下氣化--中(zhong)國(guo)(guo)目前有100億噸以(yi)上的煤(mei)炭資(zi)源在開(kai)發過(guo)程中(zhong)被遺棄(qi)在地(di)下，如何利(li)用可控(kong)地(di)下氣化技術將其變為氣體燃料回收利(li)用是(shi)中(zhong)國(guo)(guo)煤(mei)炭工業(ye)的重要課(ke)題；
（6）地熱(re)--利用(yong)和開發(fa)地熱(re)資源，將地下(xia)低(di)品(pin)位熱(re)能(neng)轉(zhuan)換為高(gao)品(pin)位的(de)電能(neng)或冷能(neng)是技術的(de)關鍵(jian)；
（7）深層海(hai)(hai)(hai)水(shui)(shui)冷能--利用沿(yan)海(hai)(hai)(hai)深層海(hai)(hai)(hai)水(shui)(shui)的低溫(wen)資源(yuan)，解(jie)決沿(yan)海(hai)(hai)(hai)城市的制(zhi)冷問題，；
（8）水(shui)能(neng)--利用(yong)水(shui)利資源，特別是小型水(shui)電設施解決農村以水(shui)代(dai)柴，保護植被；
（9）沼(zhao)氣--利(li)用城市垃(la)圾、農村(cun)廢棄(qi)物資源等進(jin)行發(fa)電或熱電聯產，減少溫室氣體排放，資源綜(zong)合利(li)用水(shui)平；
（10）甲醇--利用煤等礦物資源生產甲醇，以代替石油。甲醇可(ke)以滿足(zu)燃料電池(chi)對氫的需(xu)要；
（11）乙醇--利用植(zhi)物資源生產乙醇，以(yi)代替石油和其他礦物燃料，乙醇可(ke)以(yi)作為燃料直接使用，也可(ke)以(yi)作為燃料電池的氫分離的原料；
（12）氫(qing)--對(dui)于氫(qing)的利用(yong)將決定人類的未來，如(ru)何從(cong)水(shui)中低成本地重整氫(qing)氣(qi)將是技術的關(guan)鍵；
（13）壓(ya)縮(suo)空氣--利用(yong)低估(gu)電(dian)力或其(qi)他能(neng)(neng)源生產高(gao)壓(ya)空氣，作(zuo)為汽車和其(qi)他動(dong)力設(she)(she)備，以(yi)及分(fen)布(bu)式(shi)能(neng)(neng)源的動(dong)力源，主要(yao)解決高(gao)增壓(ya)比壓(ya)縮(suo)技術(shu)、設(she)(she)備小型化、材(cai)料和效率等問題。
智(zhi)能(neng)控制與群控優化技術：
（1）分布式能源(yuan)機組和系統自(zi)身的智能化(hua)控制(zhi)--解(jie)決設(she)備“無人職守(shou)”問題，能夠根據需求進行調節，自(zi)動跟蹤電、熱、冷(leng)負荷；
（2）分(fen)布(bu)式能源與(yu)載(zai)體的(de)信息互動--解(jie)決分(fen)布(bu)式能源系統(tong)成為智能化(hua)建筑的(de)一個組成部分(fen)，與(yu)建筑系統(tong)的(de)需求進行優化(hua)整合，建筑的(de)能源可靠性和節(jie)能性；
（3）分布(bu)(bu)式能(neng)源機組的(de)聯合(he)控(kong)制--分布(bu)(bu)式能(neng)源采用模塊(kuai)化(hua)(hua)組合(he)設計(ji)，需要對模塊(kuai)組合(he)聯合(he)控(kong)制，根據(ju)需求變化(hua)(hua)進行(xing)(xing)智能(neng)調(diao)節，決定(ding)每一模塊(kuai)的(de)運行(xing)(xing)狀態和(he)模塊(kuai)之間的(de)調(diao)節優化(hua)(hua)關(guan)系；
（4）遠程遙控--通過電話線、因(yin)特網、無線網絡和電源線對設備進(jin)行遠程監視控制；
（5）群控優(you)(you)化(hua)--根據一個區(qu)域(yu)內各(ge)種用戶(hu)對(dui)于(yu)電力、熱力、制(zhi)冷等需(xu)(xu)求的(de)變化(hua)，以(yi)及(ji)燃(ran)料、氣溫(wen)變化(hua)趨勢、蓄(xu)能(neng)量庫存等等因素(su)，優(you)(you)化(hua)控制(zhi)各(ge)個用戶(hu)的(de)分布式(shi)能(neng)源系(xi)統(tong)(tong)(tong)，以(yi)及(ji)公共能(neng)源系(xi)統(tong)(tong)(tong)，進行多系(xi)統(tong)(tong)(tong)容錯優(you)(you)化(hua)，減少冗(rong)余，各(ge)系(xi)統(tong)(tong)(tong)的(de)需(xu)(xu)求適應性(xing)；
（6）智能電(dian)網(wang)技術(shu)--必須建立電(dian)網(wang)信息化管理系統。
（7）信息(xi)化(hua)計量與結(jie)算(suan)系(xi)統--建立(li)網絡化(hua)能源(yuan)(yuan)系(xi)統的各種能源(yuan)(yuan)產(chan)品和各個用戶(hu)與分布式能源(yuan)(yuan)設(she)施擁有者(zhe)之間(jian)、各時(shi)段間(jian)根據預約定價進行計量和結(jie)算(suan)的智能系(xi)統；
（8）自動信(xin)(xin)息(xi)發布(bu)(bu)系(xi)(xi)(xi)統--對(dui)于用(yong)(yong)(yong)(yong)戶與臨近用(yong)(yong)(yong)(yong)戶能源(yuan)使用(yong)(yong)(yong)(yong)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)態、用(yong)(yong)(yong)(yong)戶與臨近用(yong)(yong)(yong)(yong)戶的(de)分布(bu)(bu)式(shi)能源(yuan)系(xi)(xi)(xi)統伺服狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)態、以(yi)及燃料系(xi)(xi)(xi)統和(he)公共能源(yuan)供應系(xi)(xi)(xi)統的(de)運(yun)行(xing)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)態信(xin)(xin)息(xi)進行(xing)發布(bu)(bu)，以(yi)便智能化建筑、用(yong)(yong)(yong)(yong)戶能源(yuan)管理系(xi)(xi)(xi)統、分布(bu)(bu)式(shi)能源(yuan)設(she)(she)施、儲能設(she)(she)施、設(she)(she)備運(yun)行(xing)服務機構、以(yi)及燃料供應者和(he)公共電網能夠根據每一信(xin)(xin)息(xi)源(yuan)所發布(bu)(bu)的(de)實時信(xin)(xin)息(xi)進行(xing)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)態優化調整，實現資(zi)源(yuan)共享。
綜合系統優化(hua)技術：
（1）多種能源系(xi)(xi)統(tong)整(zheng)合優(you)(you)(you)(you)化(hua)--將各(ge)種不同的能源系(xi)(xi)統(tong)進行(xing)聯(lian)合優(you)(you)(you)(you)化(hua)，例如：將分(fen)布式能源與(yu)傳統(tong)能源系(xi)(xi)統(tong)整(zheng)合后，進行(xing)聯(lian)合優(you)(you)(you)(you)化(hua)；或者，將分(fen)布式能源系(xi)(xi)統(tong)與(yu)冰蓄冷系(xi)(xi)統(tong)整(zheng)合并進行(xing)聯(lian)合再優(you)(you)(you)(you)化(hua)，將微型燃氣(qi)輪機與(yu)熱泵系(xi)(xi)統(tong)整(zheng)合優(you)(you)(you)(you)化(hua)，以及太陽能與(yu)分(fen)布式系(xi)(xi)統(tong)的優(you)(you)(you)(you)化(hua)整(zheng)合等等，達(da)到(dao)取長補短的目(mu)的，發揮各(ge)個系(xi)(xi)統(tong)的綜合優(you)(you)(you)(you)勢；
（2）將分布式(shi)能源與交通系統整合(he)(he)優(you)化--利(li)用(yong)低谷電(dian)(dian)(dian)力(li)為(wei)電(dian)(dian)(dian)動汽(qi)(qi)車(che)(che)蓄電(dian)(dian)(dian)或燃料電(dian)(dian)(dian)池汽(qi)(qi)車(che)(che)儲氫等，將燃料電(dian)(dian)(dian)池和(he)混(hun)合(he)(he)動力(li)汽(qi)(qi)車(che)(che)作為(wei)電(dian)(dian)(dian)源形成(cheng)隨著人流移動的電(dian)(dian)(dian)源和(he)供水(shui)系統。實現節約投資經費；
（3）分布(bu)式(shi)能(neng)源系統電(dian)網接入研(yan)究--解決分布(bu)式(shi)能(neng)源與現有電(dian)網設施的兼容、整合等問(wen)題(ti)；
（4）蓄(xu)能(neng)技(ji)術(shu)--通(tong)過蓄(xu)能(neng)技(ji)術(shu)的(de)開發應用，解決能(neng)源(yuan)(yuan)的(de)延(yan)時性(xing)調節問題，能(neng)源(yuan)(yuan)系統(tong)的(de)容錯能(neng)力，其(qi)中(zhong)包(bao)(bao)括蓄(xu)電、蓄(xu)熱(re)(re)、蓄(xu)冷和(he)蓄(xu)能(neng)四(si)個技(ji)術(shu)方向。蓄(xu)電包(bao)(bao)括化學蓄(xu)電：電池(chi)；物(wu)理(li)蓄(xu)電：飛輪和(he)水能(neng)、氣能(neng)。蓄(xu)熱(re)(re)包(bao)(bao)括項(xiang)變蓄(xu)熱(re)(re)、熱(re)(re)水、熱(re)(re)油和(he)蒸汽等(deng)多種形式(shi)。蓄(xu)冷：冰和(he)水。蓄(xu)能(neng)包(bao)(bao)括物(wu)理(li)蓄(xu)能(neng)：機械(xie)蓄(xu)能(neng)、水蓄(xu)能(neng)、以及記憶金屬蓄(xu)能(neng)等(deng)多種方式(shi)；
（5）地源蓄能技(ji)術(shu)--利用地下水和土壤(rang)將冬季的冷和夏季的熱(re)蓄能儲存，進(jin)行季節性調(diao)節使用，結合(he)熱(re)泵(beng)技(ji)術(shu)進(jin)行直接利用，減少城(cheng)市熱(re)島(dao)效應(ying)；
（6）網(wang)絡式(shi)能源系統--互聯(lian)網(wang)式(shi)的分布式(shi)能源梯級利用系統是(shi)未來能源工業的重要形態。 資(zi)源深度利用技(ji)術：
（1）天(tian)然(ran)氣凝結(jie)水技術--利用天(tian)然(ran)氣燃(ran)燒后的化學反應結(jie)果(guo)回收水，解(jie)決(jue)部分城市水資源緊缺問題；
（2）將(jiang)分布式(shi)能(neng)源(yuan)與(yu)大(da)棚(peng)結合的技(ji)術(shu)--將(jiang)分布式(shi)能(neng)源(yuan)系統發電設備排除的余熱(re)、二(er)氧化(hua)(hua)碳和(he)水蒸(zheng)汽注入大(da)棚(peng)，作為氣體肥料和(he)熱(re)源(yuan)，解決(jue)城市綠化(hua)(hua)和(he)蔬果(guo)供應，同時減少溫室氣體和(he)其他污染物排放問題(ti)；
（3）利(li)用發電制(zhi)冷的(de)冷卻水(shui)(shui)生(sheng)產(chan)生(sheng)活熱水(shui)(shui)的(de)技術--利(li)用熱泵的(de)技術，將低品位熱源轉換為較高(gao)品位的(de)生(sheng)活熱水(shui)(shui)，減(jian)少(shao)能源消耗；
（4）空調(diao)系(xi)統(tong)廢熱回收技術--發展全(quan)新風(feng)(feng)空調(diao)系(xi)統(tong)中有(you)效(xiao)利用(yong)回風(feng)(feng)中的余熱和余冷，減少能(neng)耗(hao)；
（5）污水(shui)水(shui)源熱泵系統--利用生活(huo)污水(shui)中的(de)熱量(liang)；
（6）小型生(sheng)物(wu)質(zhi)(zhi)沼(zhao)氣(qi)生(sheng)產技(ji)術--利用(yong)民(min)用(yong)設施污水、垃圾和大棚廢(fei)棄生(sheng)物(wu)質(zhi)(zhi)就地生(sheng)產沼(zhao)氣(qi)的技(ji)術。
未來20年中國能(neng)源(yuan)(yuan)技術發(fa)展(zhan)方向——分布式能(neng)源(yuan)(yuan)及相關技術
