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(bu)時間：2022-7-8
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未來20年中(zhong)國能源(yuan)技術發(fa)展(zhan)方向——分布(bu)式(shi)能源(yuan)及(ji)相關技術
所謂(wei)“分(fen)布式能(neng)(neng)源(yuan)”是指分(fen)布在(zai)用(yong)戶端(duan)的(de)能(neng)(neng)源(yuan)綜合利用(yong)系統(tong)。一次能(neng)(neng)源(yuan)以(yi)氣體燃料為主(zhu)，可(ke)再生能(neng)(neng)源(yuan)為輔，利用(yong)一切可(ke)以(yi)利用(yong)的(de)資源(yuan)；二(er)次能(neng)(neng)源(yuan)以(yi)分(fen)布在(zai)用(yong)戶端(duan)的(de)熱電冷(leng)（植(zhi)）聯(lian)產為主(zhu)，其(qi)他能(neng)(neng)源(yuan)供(gong)應(ying)系統(tong)為輔，實(shi)現(xian)以(yi)直接滿(man)足用(yong)戶多種需求的(de)能(neng)(neng)源(yuan)梯級利用(yong)，并通過能(neng)(neng)源(yuan)供(gong)應(ying)系統(tong)提供(gong)支持和補充(chong)；在(zai)環境保護上，將部分(fen)污染分(fen)散化(hua)(hua)、資源(yuan)化(hua)(hua)，爭(zheng)取(qu)實(shi)現(xian)適度排放(fang)的(de)目標；在(zai)管(guan)理體系上，依托智能(neng)(neng)信(xin)息(xi)化(hua)(hua)技(ji)術實(shi)現(xian)現(xian)場無人(ren)職守(shou)，通過社會化(hua)(hua)服務體系提供(gong)設(she)計、安(an)裝、運行(xing)、維修一體化(hua)(hua)保障。 分(fen)布式能(neng)(neng)源(yuan)技(ji)術的(de)基礎(chu)科(ke)學主(zhu)要在(zai)以(yi)下(xia)幾個方面：
1、動(dong)力與能源(yuan)轉換(huan)設備；
2、一(yi)次(ci)和二次(ci)能源相關技術；
3、智(zhi)能控制與群控優化技術；
4、綜合系統(tong)優化技術；
5、資源深(shen)度利用技術。
動力與能源(yuan)轉(zhuan)換設備：
主要是指一些基于傳統技術的完(wan)善(shan)和新(xin)技術的發展。
（1）小(xiao)(xiao)型(xing)燃(ran)氣輪(lun)機--在小(xiao)(xiao)型(xing)航空渦輪(lun)發動(dong)機技(ji)術(shu)的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)(shang)，實現地面發電(dian)和供熱的(de)聯(lian)產技(ji)術(shu)。目前(qian)中國在這一技(ji)術(shu)上(shang)(shang)已經(jing)可以開(kai)發相應(ying)產品(pin)，主要(yao)的(de)問題是需(xu)要(yao)設備(bei)的(de)能源轉(zhuan)換效率，可靠(kao)性，延長設備(bei)檢修(xiu)周期，設備(bei)的(de)自動(dong)智能控(kong)制水平；
（2）微型燃(ran)氣(qi)輪機(ji)--這是基于(yu)汽車發動(dong)機(ji)增壓渦輪技(ji)(ji)(ji)術(shu)的延伸，關鍵技(ji)(ji)(ji)術(shu)在于(yu)精密鑄造(zao)和燒(shao)結金屬陶(tao)瓷轉子，空氣(qi)或磁懸浮軸承，回(hui)熱利用技(ji)(ji)(ji)術(shu)，永磁發電(dian)技(ji)(ji)(ji)術(shu)，可(ke)控硅變頻控制技(ji)(ji)(ji)術(shu)等(deng)。由于(yu)技(ji)(ji)(ji)術(shu)層次(ci)并不高，其中許多項目已經有專家在研(yan)究，只(zhi)要真(zhen)正重視。
（3）燃氣內(nei)燃機(ji)--內(nei)燃機(ji)技術(shu)(shu)對于中國已經成熟，但是燃氣內(nei)燃機(ji)的(de)(de)制造水平與國際先進設(she)備還存在比較大(da)的(de)(de)差(cha)距(ju)，主要是轉(zhuan)換效率、排放(fang)控制、電(dian)子控制和設(she)備大(da)修周期(qi)等，此外，國外正在發展的(de)(de)預燃、回熱、增壓渦輪技術(shu)(shu)，以及(ji)電(dian)子變頻等技術(shu)(shu)，都是發展的(de)(de)重要方向；
（4）斯特林發動(dong)機--外燃式(shi)斯特林技術(shu)中國(guo)已(yi)經(jing)有了比較(jiao)大(da)的突破，上海711所(suo)已(yi)經(jing)可(ke)以(yi)生產(chan)該技術(shu)的產(chan)品(pin)，目前主要(yao)是設備(bei)可(ke)靠性和發電效率，以(yi)及(ji)自動(dong)化控(kong)制水(shui)平；
（5）燃(ran)料電池--該(gai)技(ji)術(shu)(shu)有質子交換(huan)膜、固體氧化物、熔融硅酸鹽和(he)氫氧重整等多種技(ji)術(shu)(shu)方式，該(gai)技(ji)術(shu)(shu)應用(yong)極為廣泛，污染極小，而且可以同燃(ran)氣輪機(ji)技(ji)術(shu)(shu)整合(he)，發電效率(lv)將可能(neng)達到80%，是(shi)未來有發展(zhan)價值的技(ji)術(shu)(shu)；
（6）微型蒸汽輪(lun)(lun)機(ji)--蒸汽輪(lun)(lun)機(ji)是傳統(tong)的(de)(de)技術(shu)，但是利(li)用一(yi)部噪(zao)音小(xiao)、振(zhen)動(dong)小(xiao)、運(yun)行(xing)方便可靠的(de)(de)小(xiao)型蒸汽輪(lun)(lun)機(ji)代替熱交(jiao)換器，將(jiang)其中(zhong)一(yi)部分能(neng)量(liang)轉換為價值(zhi)較高(gao)的(de)(de)電(dian)能(neng)，或者利(li)用蒸汽管(guan)網中(zhong)較低品位(wei)的(de)(de)蒸汽為制冰機(ji)組提供低溫冷能(neng)，可以更好地利(li)用蒸汽中(zhong)的(de)(de)能(neng)量(liang)；
（7）微(wei)型水(shui)(shui)(shui)(shui)輪(lun)機(ji)和微(wei)型抽(chou)水(shui)(shui)(shui)(shui)蓄(xu)能電(dian)站(zhan)--小型、微(wei)型水(shui)(shui)(shui)(shui)輪(lun)機(ji)組(zu)不(bu)僅可以在(zai)(zai)有水(shui)(shui)(shui)(shui)位落差的(de)地(di)方使用(yong)，而且(qie)可以廣泛利(li)用(yong)在(zai)(zai)分布(bu)式(shi)能源項(xiang)目上(shang)。利(li)用(yong)自來水(shui)(shui)(shui)(shui)管網的(de)水(shui)(shui)(shui)(shui)能壓力，或者建筑物可能產(chan)生的(de)落差進行發(fa)電(dian)，并在(zai)(zai)用(yong)電(dian)低(di)谷進行抽(chou)水(shui)(shui)(shui)(shui)蓄(xu)能，新型的(de)微(wei)型水(shui)(shui)(shui)(shui)輪(lun)發(fa)電(dian)機(ji)組(zu)將何以采用(yong)電(dian)子變(bian)頻控(kong)制技術(shu)，調整電(dian)能品質(zhi)；
（8）太(tai)陽(yang)(yang)能發(fa)(fa)電和太(tai)陽(yang)(yang)熱發(fa)(fa)電--利用(yong)太(tai)陽(yang)(yang)能量的發(fa)(fa)電技術(shu)，將太(tai)陽(yang)(yang)熱發(fa)(fa)電與(yu)(yu)沼(zhao)氣利用(yong)整合，將光伏電池(chi)與(yu)(yu)建(jian)筑材料整合，利用(yong)光導纖維與(yu)(yu)照明技術(shu)整合等(deng)等(deng)；
（9）風(feng)能(neng)--風(feng)力發(fa)(fa)電(dian)是能(neng)源發(fa)(fa)展的(de)一(yi)個重要方(fang)向，在大(da)型風(feng)場大(da)量利用(yong)大(da)型風(feng)機(ji)發(fa)(fa)電(dian)將(jiang)何以代替現有的(de)火力發(fa)(fa)電(dian)系(xi)統(tong)，但是對于(yu)居(ju)住分散的(de)用(yong)戶小(xiao)型的(de)風(feng)力發(fa)(fa)電(dian)系(xi)統(tong)更加具(ju)有普(pu)及意義，小(xiao)型風(feng)力發(fa)(fa)電(dian)系(xi)統(tong)主要需(xu)要解決的(de)是成(cheng)本、可(ke)靠性和(he)蓄能(neng)問題；
（10）余熱制(zhi)冷系統--利用(yong)動力(li)機(ji)產(chan)生的余熱供熱制(zhi)冷是分(fen)布式(shi)熱電冷三聯供系統的重要環節，尤其是制(zhi)冷，可以采用(yong)吸(xi)收式(shi)制(zhi)冷，也可以采用(yong)吸(xi)附式(shi)，以及余熱--動力(li)轉換--低溫制(zhi)冷等技(ji)術，這(zhe)些技(ji)術均(jun)比較成(cheng)熟，關鍵是系統的集(ji)成(cheng)率，以及造價等問題；
與分布(bu)式能源系統(tong)相(xiang)關的(de)一次和二次能源相(xiang)關技術(shu)：
（1）天然氣系統的優化利用，以及管道(dao)輸送技術；
（2）液(ye)化天(tian)(tian)然(ran)氣(qi)(qi)(qi)的(de)(de)生產和利(li)(li)用(yong)--分散化的(de)(de)液(ye)化天(tian)(tian)然(ran)氣(qi)(qi)(qi)生產技術(shu)可以利(li)(li)用(yong)石油開采(cai)中的(de)(de)伴生氣(qi)(qi)(qi)資源，減少溫(wen)室氣(qi)(qi)(qi)體排放，資源的(de)(de)綜合利(li)(li)用(yong)率，液(ye)化天(tian)(tian)然(ran)氣(qi)(qi)(qi)利(li)(li)用(yong)中對于冷能(neng)的(de)(de)有(you)效(xiao)利(li)(li)用(yong)可以有(you)效(xiao)節能(neng)等(deng)等(deng)，在液(ye)化天(tian)(tian)然(ran)氣(qi)(qi)(qi)利(li)(li)用(yong)中，將(jiang)產生大量的(de)(de)新課題(ti)；
（3）煤(mei)(mei)層氣和(he)礦(kuang)井瓦斯(si)(si)利(li)(li)用，可(ke)能(neng)有60%以上(shang)的(de)礦(kuang)工是死在中(zhong)國的(de)礦(kuang)井里，而瓦斯(si)(si)爆炸是元(yuan)兇之一，減(jian)少(shao)礦(kuang)工死亡和(he)煤(mei)(mei)層氣和(he)礦(kuang)井瓦斯(si)(si)資源的(de)利(li)(li)用有著(zhu)密切關聯，利(li)(li)用煤(mei)(mei)層氣和(he)礦(kuang)井瓦斯(si)(si)發電等(deng)技術不僅(jin)可(ke)以挽救無數礦(kuang)工的(de)生命，還能(neng)有效(xiao)減(jian)少(shao)溫室氣體(ti)排放，緩解全球變暖(nuan)問題；
（4）可燃冰(bing)--存(cun)在于(yu)海(hai)底和高(gao)寒地區的天然氣(qi)水化(hua)合物是(shi)人類(lei)未來(lai)的主(zhu)要(yao)(yao)能源，它(ta)是(shi)為(wei)分布式能源系統提供燃料的重要(yao)(yao)途徑；
（5）煤(mei)地(di)下(xia)氣化--中(zhong)國目前有(you)100億噸(dun)以上的煤(mei)炭(tan)資源在開發過程中(zhong)被(bei)遺棄在地(di)下(xia)，如何(he)利用(yong)可控(kong)地(di)下(xia)氣化技(ji)術(shu)將其變為氣體燃料(liao)回收利用(yong)是中(zhong)國煤(mei)炭(tan)工業(ye)的重(zhong)要課題；
（6）地(di)(di)熱--利用和(he)開發地(di)(di)熱資(zi)源，將(jiang)地(di)(di)下低(di)品位熱能轉換為高(gao)品位的(de)電能或冷能是技術的(de)關鍵；
（7）深層(ceng)海(hai)水冷(leng)能--利用沿(yan)海(hai)深層(ceng)海(hai)水的低溫資(zi)源，解決沿(yan)海(hai)城市的制冷(leng)問(wen)題，；
（8）水能--利用水利資(zi)源，特別是小型水電設施(shi)解決農(nong)村以水代柴(chai)，保護植被；
（9）沼(zhao)氣--利(li)用城市(shi)垃圾、農村廢棄物資源等進(jin)行發電或熱電聯產(chan)，減少溫(wen)室(shi)氣體排放，資源綜(zong)合利(li)用水平(ping)；
（10）甲醇--利用煤等礦物資源(yuan)生(sheng)產甲醇，以代替石油。甲醇可以滿足燃料電池對(dui)氫(qing)的需要；
（11）乙(yi)醇(chun)(chun)--利用(yong)植物資源生(sheng)產乙(yi)醇(chun)(chun)，以代(dai)替(ti)石油和其他礦物燃(ran)料(liao)，乙(yi)醇(chun)(chun)可(ke)以作為燃(ran)料(liao)直接使(shi)用(yong)，也可(ke)以作為燃(ran)料(liao)電池的(de)氫分(fen)離的(de)原(yuan)料(liao)；
（12）氫--對于氫的(de)利(li)用將(jiang)決定人類的(de)未來(lai)，如何從(cong)水(shui)中低成本(ben)地重整(zheng)氫氣將(jiang)是技術的(de)關鍵；
（13）壓(ya)縮空氣--利用低估電力(li)或其他(ta)能(neng)源(yuan)生產高(gao)壓(ya)空氣，作為(wei)汽車(che)和其他(ta)動力(li)設(she)備(bei)，以及分布式能(neng)源(yuan)的(de)動力(li)源(yuan)，主要解決高(gao)增壓(ya)比壓(ya)縮技術、設(she)備(bei)小型化、材料和效率等問題。
智(zhi)能控制與(yu)群控優化技(ji)術(shu)：
（1）分(fen)布(bu)式能(neng)(neng)源機組和(he)系(xi)統(tong)自(zi)身的智(zhi)能(neng)(neng)化控制--解決設備(bei)“無人職守”問題，能(neng)(neng)夠根(gen)據需求進行調節(jie)，自(zi)動跟蹤電、熱(re)、冷(leng)負荷；
（2）分(fen)布(bu)式(shi)能源(yuan)與載體的(de)信息互動--解決分(fen)布(bu)式(shi)能源(yuan)系(xi)統成為智能化建筑的(de)一個(ge)組成部分(fen)，與建筑系(xi)統的(de)需求進行(xing)優化整合(he)，建筑的(de)能源(yuan)可靠性(xing)和節能性(xing)；
（3）分(fen)布式能(neng)源機組(zu)的聯(lian)合控(kong)(kong)制(zhi)--分(fen)布式能(neng)源采用模塊化組(zu)合設計，需(xu)(xu)要對模塊組(zu)合聯(lian)合控(kong)(kong)制(zhi)，根據需(xu)(xu)求變化進行智(zhi)能(neng)調節(jie)，決定每(mei)一(yi)模塊的運行狀態和模塊之間的調節(jie)優化關系；
（4）遠(yuan)程(cheng)遙控--通過電話線、因特網、無(wu)線網絡和電源線對(dui)設(she)備進行遠(yuan)程(cheng)監(jian)視控制；
（5）群控(kong)優化(hua)(hua)(hua)--根據一個(ge)區域內各(ge)種用(yong)戶對于電(dian)力(li)、熱力(li)、制(zhi)(zhi)冷等需(xu)求(qiu)的(de)變化(hua)(hua)(hua)，以及(ji)燃料、氣溫變化(hua)(hua)(hua)趨勢、蓄(xu)能量庫存等等因(yin)素，優化(hua)(hua)(hua)控(kong)制(zhi)(zhi)各(ge)個(ge)用(yong)戶的(de)分布(bu)式能源系(xi)統(tong)(tong)，以及(ji)公共能源系(xi)統(tong)(tong)，進行多(duo)系(xi)統(tong)(tong)容(rong)錯優化(hua)(hua)(hua)，減少冗余(yu)，各(ge)系(xi)統(tong)(tong)的(de)需(xu)求(qiu)適應性；
（6）智能電網技術(shu)--必須建立電網信息化管理系統。
（7）信息化(hua)計(ji)量(liang)與(yu)結算系統--建(jian)立網絡化(hua)能(neng)源系統的各種(zhong)能(neng)源產品和各個(ge)用戶與(yu)分布式能(neng)源設施擁有者之間(jian)、各時段(duan)間(jian)根據預(yu)約定價進行計(ji)量(liang)和結算的智能(neng)系統；
（8）自動信(xin)息發布(bu)系(xi)統(tong)--對(dui)于用(yong)(yong)(yong)戶與(yu)臨近用(yong)(yong)(yong)戶能源使用(yong)(yong)(yong)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)、用(yong)(yong)(yong)戶與(yu)臨近用(yong)(yong)(yong)戶的分布(bu)式能源系(xi)統(tong)伺服狀(zhuang)(zhuang)態(tai)、以(yi)及(ji)燃料(liao)系(xi)統(tong)和公共(gong)能源供應系(xi)統(tong)的運行(xing)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)信(xin)息進行(xing)發布(bu)，以(yi)便智能化建筑、用(yong)(yong)(yong)戶能源管(guan)理(li)系(xi)統(tong)、分布(bu)式能源設施(shi)、儲能設施(shi)、設備(bei)運行(xing)服務機(ji)構(gou)、以(yi)及(ji)燃料(liao)供應者(zhe)和公共(gong)電網(wang)能夠根(gen)據每一信(xin)息源所發布(bu)的實時信(xin)息進行(xing)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)優(you)化調整，實現資源共(gong)享。
綜合系統優化技術(shu)：
（1）多種能源系統(tong)(tong)(tong)(tong)整合(he)優(you)化(hua)--將(jiang)各種不同的(de)能源系統(tong)(tong)(tong)(tong)進(jin)行(xing)聯合(he)優(you)化(hua)，例如(ru)：將(jiang)分(fen)布(bu)式(shi)能源與(yu)(yu)傳統(tong)(tong)(tong)(tong)能源系統(tong)(tong)(tong)(tong)整合(he)后(hou)，進(jin)行(xing)聯合(he)優(you)化(hua)；或(huo)者，將(jiang)分(fen)布(bu)式(shi)能源系統(tong)(tong)(tong)(tong)與(yu)(yu)冰蓄冷系統(tong)(tong)(tong)(tong)整合(he)并進(jin)行(xing)聯合(he)再優(you)化(hua)，將(jiang)微(wei)型燃(ran)氣輪(lun)機與(yu)(yu)熱泵系統(tong)(tong)(tong)(tong)整合(he)優(you)化(hua)，以及太陽(yang)能與(yu)(yu)分(fen)布(bu)式(shi)系統(tong)(tong)(tong)(tong)的(de)優(you)化(hua)整合(he)等等，達(da)到取長補短的(de)目(mu)的(de)，發揮各個系統(tong)(tong)(tong)(tong)的(de)綜合(he)優(you)勢；
（2）將分布式能源(yuan)與交通系統整合(he)優化--利用低(di)谷電力為(wei)電動(dong)(dong)汽(qi)(qi)車蓄電或燃(ran)料(liao)電池汽(qi)(qi)車儲氫等，將燃(ran)料(liao)電池和混合(he)動(dong)(dong)力汽(qi)(qi)車作為(wei)電源(yuan)形成(cheng)隨著人流(liu)移動(dong)(dong)的(de)電源(yuan)和供水系統。實(shi)現節約投資(zi)經費；
（3）分(fen)布式(shi)能源(yuan)系(xi)統電網(wang)接入研究--解決(jue)分(fen)布式(shi)能源(yuan)與(yu)現(xian)有(you)電網(wang)設施的兼容、整合等問題；
（4）蓄(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)(neng)技(ji)(ji)術(shu)--通過蓄(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)(neng)技(ji)(ji)術(shu)的(de)開發應用，解決(jue)能(neng)(neng)(neng)(neng)源的(de)延(yan)時性調節問題(ti)，能(neng)(neng)(neng)(neng)源系(xi)統的(de)容(rong)錯能(neng)(neng)(neng)(neng)力，其中包(bao)括(kuo)蓄(xu)(xu)(xu)電(dian)、蓄(xu)(xu)(xu)熱、蓄(xu)(xu)(xu)冷和蓄(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)(neng)四個技(ji)(ji)術(shu)方向。蓄(xu)(xu)(xu)電(dian)包(bao)括(kuo)化學蓄(xu)(xu)(xu)電(dian)：電(dian)池(chi)；物理蓄(xu)(xu)(xu)電(dian)：飛輪(lun)和水(shui)(shui)能(neng)(neng)(neng)(neng)、氣能(neng)(neng)(neng)(neng)。蓄(xu)(xu)(xu)熱包(bao)括(kuo)項(xiang)變(bian)蓄(xu)(xu)(xu)熱、熱水(shui)(shui)、熱油和蒸(zheng)汽(qi)等多種形式(shi)。蓄(xu)(xu)(xu)冷：冰和水(shui)(shui)。蓄(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)(neng)包(bao)括(kuo)物理蓄(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)(neng)：機械蓄(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)(neng)、水(shui)(shui)蓄(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)(neng)、以及記憶金屬(shu)蓄(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)(neng)等多種方式(shi)；
（5）地(di)源蓄(xu)能(neng)技(ji)術(shu)--利用地(di)下水(shui)和土壤(rang)將冬季的冷和夏(xia)季的熱(re)蓄(xu)能(neng)儲存，進行季節性調節使用，結合熱(re)泵技(ji)術(shu)進行直接利用，減少城市熱(re)島效應；
（6）網(wang)絡式(shi)能源(yuan)系統--互聯網(wang)式(shi)的(de)分布式(shi)能源(yuan)梯(ti)級利用系統是未來能源(yuan)工業的(de)重要形態。 資源(yuan)深度利用技術(shu)：
（1）天然(ran)氣(qi)凝結(jie)水(shui)(shui)技術--利用天然(ran)氣(qi)燃燒后的化學(xue)反應結(jie)果回(hui)收水(shui)(shui)，解決部分(fen)城市水(shui)(shui)資源緊缺問題；
（2）將分(fen)布式能源與大(da)棚(peng)結(jie)合的技術(shu)--將分(fen)布式能源系統發電設備(bei)排(pai)除的余熱(re)、二氧(yang)化碳和(he)(he)水蒸汽(qi)注入大(da)棚(peng)，作(zuo)為氣(qi)(qi)體肥(fei)料(liao)和(he)(he)熱(re)源，解決城市(shi)綠化和(he)(he)蔬果(guo)供(gong)應，同時(shi)減(jian)少溫(wen)室氣(qi)(qi)體和(he)(he)其他污染物排(pai)放(fang)問題(ti)；
（3）利用發電(dian)制冷的(de)冷卻(que)水生產生活熱(re)水的(de)技(ji)術(shu)--利用熱(re)泵的(de)技(ji)術(shu)，將低品(pin)位熱(re)源轉換為較高品(pin)位的(de)生活熱(re)水，減少(shao)能源消耗(hao)；
（4）空調(diao)系統廢熱回收技術--發(fa)展全新風空調(diao)系統中有效利用回風中的余熱和余冷，減少能耗；
（5）污水水源熱泵系統--利用生活污水中(zhong)的熱量；
（6）小型生物質沼氣生產技術--利用民用設施污水、垃(la)圾和大棚(peng)廢棄(qi)生物質就地(di)生產沼氣的技術。
未來20年中(zhong)國能源技(ji)術發(fa)展方向——分布式能源及相關技(ji)術
