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年中國能源技術(shu)發(fa)展(zhan)方向——分布(bu)式能源及相關(guan)技術(shu)
所謂“分(fen)(fen)布式(shi)能(neng)源(yuan)”是指(zhi)分(fen)(fen)布在(zai)(zai)用戶(hu)(hu)端的(de)能(neng)源(yuan)綜合利(li)用系(xi)(xi)統。一次能(neng)源(yuan)以(yi)氣體燃料為(wei)主，可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)為(wei)輔，利(li)用一切可(ke)以(yi)利(li)用的(de)資源(yuan)；二次能(neng)源(yuan)以(yi)分(fen)(fen)布在(zai)(zai)用戶(hu)(hu)端的(de)熱電冷（植）聯產(chan)為(wei)主，其他(ta)能(neng)源(yuan)供(gong)應(ying)系(xi)(xi)統為(wei)輔，實現以(yi)直接滿足用戶(hu)(hu)多種需求的(de)能(neng)源(yuan)梯級利(li)用，并通過(guo)能(neng)源(yuan)供(gong)應(ying)系(xi)(xi)統提供(gong)支(zhi)持和(he)補充；在(zai)(zai)環境(jing)保護上，將部分(fen)(fen)污染分(fen)(fen)散化(hua)、資源(yuan)化(hua)，爭取實現適度排放的(de)目標；在(zai)(zai)管(guan)理體系(xi)(xi)上，依(yi)托智能(neng)信息化(hua)技(ji)術(shu)實現現場(chang)無(wu)人(ren)職守，通過(guo)社會(hui)化(hua)服務體系(xi)(xi)提供(gong)設計、安(an)裝(zhuang)、運行、維修一體化(hua)保障。 分(fen)(fen)布式(shi)能(neng)源(yuan)技(ji)術(shu)的(de)基礎科學主要在(zai)(zai)以(yi)下幾個方面(mian)：
1、動力與能源轉換設備(bei)；
2、一次(ci)和(he)二(er)次(ci)能源(yuan)相關技術(shu)；
3、智能控(kong)制與群(qun)控(kong)優化技術；
4、綜合系統(tong)優(you)化技術；
5、資源深度利用技術(shu)。
動力與能(neng)源轉換設備：
主(zhu)要是指一些基于傳統技術的(de)完善和新(xin)技術的(de)發展。
（1）小(xiao)型燃(ran)氣輪(lun)機(ji)--在小(xiao)型航空(kong)渦輪(lun)發動機(ji)技(ji)術(shu)的(de)(de)基(ji)礎上(shang)，實(shi)現地面發電和供熱(re)的(de)(de)聯產(chan)技(ji)術(shu)。目(mu)前中國在這一(yi)技(ji)術(shu)上(shang)已經(jing)可(ke)以開(kai)發相應產(chan)品，主要的(de)(de)問題是(shi)需要設(she)備(bei)(bei)的(de)(de)能源轉(zhuan)換(huan)效率(lv)，可(ke)靠性，延長設(she)備(bei)(bei)檢修周期，設(she)備(bei)(bei)的(de)(de)自(zi)動智能控制水平；
（2）微型(xing)燃(ran)氣(qi)輪(lun)(lun)機(ji)--這是基(ji)于(yu)汽車發動(dong)機(ji)增壓(ya)渦輪(lun)(lun)技(ji)術的延伸，關鍵技(ji)術在于(yu)精密鑄(zhu)造和燒結金屬陶(tao)瓷轉子(zi)，空氣(qi)或(huo)磁懸(xuan)浮軸承，回熱利用技(ji)術，永磁發電(dian)技(ji)術，可控(kong)硅變頻控(kong)制技(ji)術等。由(you)于(yu)技(ji)術層次(ci)并不高，其中許多(duo)項目已(yi)經有專家(jia)在研究，只(zhi)要真(zhen)正重視。
（3）燃(ran)氣內燃(ran)機--內燃(ran)機技(ji)(ji)術對于中(zhong)國已(yi)經成熟(shu)，但(dan)是燃(ran)氣內燃(ran)機的(de)制造水平(ping)與國際先進(jin)設備還存在(zai)比較大(da)的(de)差距，主(zhu)要是轉換效率、排放控制、電(dian)子(zi)控制和設備大(da)修周(zhou)期等，此外，國外正在(zai)發展(zhan)的(de)預燃(ran)、回(hui)熱、增壓渦輪技(ji)(ji)術，以及電(dian)子(zi)變頻等技(ji)(ji)術，都是發展(zhan)的(de)重要方向；
（4）斯(si)(si)特林發(fa)動機(ji)--外燃(ran)式斯(si)(si)特林技術中國已經有了比較(jiao)大的(de)突(tu)破，上海711所已經可以生產(chan)該(gai)技術的(de)產(chan)品，目前(qian)主要是設備可靠性和發(fa)電效率(lv)，以及自動化(hua)控制水(shui)平；
（5）燃料(liao)電池--該(gai)技(ji)(ji)術有質子交換膜、固體氧(yang)化物、熔融硅酸(suan)鹽和氫氧(yang)重(zhong)整等多種技(ji)(ji)術方式，該(gai)技(ji)(ji)術應用極為廣泛，污染(ran)極小，而(er)且可以同(tong)燃氣(qi)輪機技(ji)(ji)術整合，發(fa)電效率將(jiang)可能達(da)到80%，是未來(lai)有發(fa)展價值的技(ji)(ji)術；
（6）微型蒸(zheng)(zheng)汽輪(lun)機--蒸(zheng)(zheng)汽輪(lun)機是(shi)傳(chuan)統的技術，但是(shi)利用(yong)(yong)一部噪音小、振動小、運行方便(bian)可(ke)靠(kao)的小型蒸(zheng)(zheng)汽輪(lun)機代替熱(re)交換(huan)器，將其中(zhong)一部分(fen)能量轉換(huan)為價值較高的電能，或者利用(yong)(yong)蒸(zheng)(zheng)汽管網中(zhong)較低品位的蒸(zheng)(zheng)汽為制冰機組提供低溫(wen)冷能，可(ke)以(yi)更好地(di)利用(yong)(yong)蒸(zheng)(zheng)汽中(zhong)的能量；
（7）微(wei)型水(shui)(shui)輪(lun)機(ji)(ji)和微(wei)型抽水(shui)(shui)蓄(xu)能電(dian)站--小(xiao)型、微(wei)型水(shui)(shui)輪(lun)機(ji)(ji)組不(bu)僅可(ke)以(yi)在有(you)水(shui)(shui)位落(luo)差的地方使(shi)用(yong)(yong)，而且可(ke)以(yi)廣泛(fan)利用(yong)(yong)在分布式(shi)能源項(xiang)目(mu)上。利用(yong)(yong)自來水(shui)(shui)管網的水(shui)(shui)能壓力，或者建筑(zhu)物可(ke)能產生的落(luo)差進(jin)行發電(dian)，并(bing)在用(yong)(yong)電(dian)低谷進(jin)行抽水(shui)(shui)蓄(xu)能，新(xin)型的微(wei)型水(shui)(shui)輪(lun)發電(dian)機(ji)(ji)組將何以(yi)采(cai)用(yong)(yong)電(dian)子變(bian)頻(pin)控制(zhi)技術，調整(zheng)電(dian)能品質(zhi)；
（8）太陽(yang)能(neng)發(fa)電(dian)(dian)和太陽(yang)熱(re)發(fa)電(dian)(dian)--利(li)用(yong)太陽(yang)能(neng)量的發(fa)電(dian)(dian)技(ji)(ji)術(shu)，將太陽(yang)熱(re)發(fa)電(dian)(dian)與(yu)沼氣利(li)用(yong)整合，將光伏(fu)電(dian)(dian)池與(yu)建(jian)筑材(cai)料(liao)整合，利(li)用(yong)光導(dao)纖(xian)維與(yu)照(zhao)明技(ji)(ji)術(shu)整合等(deng)等(deng)；
（9）風(feng)(feng)(feng)能--風(feng)(feng)(feng)力(li)發電(dian)(dian)是能源發展的一個重要(yao)方向，在大(da)(da)型風(feng)(feng)(feng)場大(da)(da)量(liang)利用大(da)(da)型風(feng)(feng)(feng)機發電(dian)(dian)將何以代替現有的火力(li)發電(dian)(dian)系(xi)統(tong)，但(dan)是對于居住分散的用戶小型的風(feng)(feng)(feng)力(li)發電(dian)(dian)系(xi)統(tong)更加具有普(pu)及(ji)意義，小型風(feng)(feng)(feng)力(li)發電(dian)(dian)系(xi)統(tong)主要(yao)需要(yao)解決的是成本、可靠性(xing)和蓄(xu)能問(wen)題；
（10）余(yu)熱(re)制冷系統--利用動(dong)(dong)力(li)機產生的余(yu)熱(re)供熱(re)制冷是分(fen)布式(shi)熱(re)電冷三聯供系統的重要環節，尤(you)其是制冷，可(ke)(ke)以采用吸收(shou)式(shi)制冷，也(ye)可(ke)(ke)以采用吸附式(shi)，以及余(yu)熱(re)--動(dong)(dong)力(li)轉換--低溫制冷等技術，這些技術均比較成(cheng)熟，關鍵是系統的集成(cheng)率，以及造價等問題；
與(yu)分布(bu)式能源(yuan)系統相關的一次和二(er)次能源(yuan)相關技術：
（1）天(tian)然氣(qi)系統的(de)優化利(li)用，以(yi)及(ji)管道輸送(song)技(ji)術；
（2）液化(hua)天然(ran)氣(qi)的(de)生(sheng)(sheng)產和利用--分散化(hua)的(de)液化(hua)天然(ran)氣(qi)生(sheng)(sheng)產技術(shu)可以(yi)利用石油開采中的(de)伴生(sheng)(sheng)氣(qi)資(zi)源，減(jian)少溫室氣(qi)體排放，資(zi)源的(de)綜合(he)利用率，液化(hua)天然(ran)氣(qi)利用中對于冷(leng)能的(de)有(you)效(xiao)利用可以(yi)有(you)效(xiao)節能等等，在液化(hua)天然(ran)氣(qi)利用中，將產生(sheng)(sheng)大量的(de)新課題；
（3）煤層氣和礦(kuang)井瓦(wa)(wa)斯利(li)(li)用(yong)，可(ke)(ke)能有(you)(you)60%以(yi)上的(de)礦(kuang)工是死在中國的(de)礦(kuang)井里，而(er)瓦(wa)(wa)斯爆(bao)炸是元兇(xiong)之一，減(jian)少(shao)礦(kuang)工死亡和煤層氣和礦(kuang)井瓦(wa)(wa)斯資源(yuan)的(de)利(li)(li)用(yong)有(you)(you)著密切(qie)關聯，利(li)(li)用(yong)煤層氣和礦(kuang)井瓦(wa)(wa)斯發電等(deng)技(ji)術不(bu)僅(jin)可(ke)(ke)以(yi)挽救無數礦(kuang)工的(de)生命，還能有(you)(you)效減(jian)少(shao)溫(wen)室氣體(ti)排放，緩解全球(qiu)變(bian)暖問題(ti)；
（4）可燃(ran)冰--存在于海底和高寒地區(qu)的天然氣水化合(he)物是人類(lei)未來的主要(yao)能源，它是為分布式能源系(xi)統提供(gong)燃(ran)料(liao)的重要(yao)途(tu)徑；
（5）煤地下氣化--中國(guo)(guo)目前有(you)100億噸以上的煤炭(tan)資源在開(kai)發過程中被遺棄在地下，如何利用(yong)可(ke)控地下氣化技術將其變為氣體燃料回(hui)收利用(yong)是中國(guo)(guo)煤炭(tan)工業的重要課(ke)題；
（6）地(di)(di)熱(re)(re)--利用和開發地(di)(di)熱(re)(re)資源(yuan)，將地(di)(di)下低品位熱(re)(re)能(neng)(neng)轉換為高品位的電(dian)能(neng)(neng)或(huo)冷能(neng)(neng)是技術的關鍵；
（7）深層海(hai)水(shui)冷能--利(li)用沿海(hai)深層海(hai)水(shui)的低溫資源，解決沿海(hai)城市的制冷問題，；
（8）水能(neng)--利用水利資源(yuan)，特(te)別是小型水電設施解決農(nong)村以水代柴，保(bao)護植被；
（9）沼氣--利用(yong)城市(shi)垃圾、農村廢棄物資(zi)源等進行發(fa)電或熱電聯產(chan)，減少溫室氣體排放，資(zi)源綜(zong)合(he)利用(yong)水平；
（10）甲醇(chun)(chun)--利用煤等礦物資源生產甲醇(chun)(chun)，以代替石(shi)油。甲醇(chun)(chun)可以滿(man)足(zu)燃(ran)料(liao)電(dian)池對氫的需要(yao)；
（11）乙(yi)醇(chun)--利用植物資(zi)源生產乙(yi)醇(chun)，以代(dai)替石油和其他礦(kuang)物燃(ran)料(liao)，乙(yi)醇(chun)可以作為燃(ran)料(liao)直接使用，也可以作為燃(ran)料(liao)電池的(de)氫分(fen)離的(de)原料(liao)；
（12）氫--對于氫的利用(yong)將決定人類(lei)的未來(lai)，如何從水中低(di)成本地重整(zheng)氫氣將是(shi)技術的關鍵；
（13）壓縮空氣--利(li)用低估電力或(huo)其(qi)他能源生產(chan)高壓空氣，作為汽車和其(qi)他動力設備(bei)(bei)，以及分(fen)布式(shi)能源的動力源，主要解決高增壓比壓縮技術、設備(bei)(bei)小(xiao)型化、材料和效率(lv)等問題。
智(zhi)能控制與群(qun)控優化技術：
（1）分布式能(neng)源機組(zu)和系統自(zi)身(shen)的(de)智能(neng)化控制--解決設備(bei)“無人職(zhi)守”問題，能(neng)夠根(gen)據需求進行(xing)調節，自(zi)動跟(gen)蹤電、熱、冷負荷；
（2）分(fen)布(bu)式能(neng)源與(yu)載體的信息互動--解決分(fen)布(bu)式能(neng)源系統成為智能(neng)化(hua)建(jian)筑(zhu)的一個(ge)組成部(bu)分(fen)，與(yu)建(jian)筑(zhu)系統的需求進(jin)行優化(hua)整合，建(jian)筑(zhu)的能(neng)源可靠性和節能(neng)性；
（3）分(fen)布式(shi)能源(yuan)機組(zu)的聯合控制--分(fen)布式(shi)能源(yuan)采用模塊(kuai)(kuai)化(hua)組(zu)合設計(ji)，需要對模塊(kuai)(kuai)組(zu)合聯合控制，根據需求變化(hua)進行智(zhi)能調節(jie)(jie)，決定每一模塊(kuai)(kuai)的運(yun)行狀(zhuang)態(tai)和(he)模塊(kuai)(kuai)之間(jian)的調節(jie)(jie)優(you)化(hua)關系(xi)；
（4）遠(yuan)程遙(yao)控(kong)--通(tong)過電(dian)話線(xian)、因特網(wang)、無線(xian)網(wang)絡(luo)和(he)電(dian)源線(xian)對(dui)設備進行遠(yuan)程監視控(kong)制；
（5）群(qun)控優(you)化(hua)--根據(ju)一個區域內各種用戶對(dui)于電力、熱力、制冷等(deng)需求(qiu)的變化(hua)，以(yi)及燃(ran)料、氣(qi)溫(wen)變化(hua)趨勢(shi)、蓄(xu)能量(liang)庫存等(deng)等(deng)因(yin)素(su)，優(you)化(hua)控制各個用戶的分(fen)布式能源(yuan)(yuan)系統，以(yi)及公共能源(yuan)(yuan)系統，進行多系統容(rong)錯優(you)化(hua)，減(jian)少(shao)冗余，各系統的需求(qiu)適(shi)應性；
（6）智(zhi)能電網(wang)技術--必須建立電網(wang)信息(xi)化管理系統。
（7）信息化計(ji)量(liang)與(yu)結算系(xi)統--建立網絡化能源系(xi)統的(de)各種能源產品和各個(ge)用戶與(yu)分布式能源設施(shi)擁有者(zhe)之間、各時段間根據預約定(ding)價(jia)進(jin)行計(ji)量(liang)和結算的(de)智能系(xi)統；
（8）自(zi)動信(xin)息(xi)(xi)發(fa)(fa)布(bu)系(xi)統(tong)--對(dui)于用(yong)(yong)戶與臨(lin)近用(yong)(yong)戶能(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)使用(yong)(yong)狀態(tai)(tai)、用(yong)(yong)戶與臨(lin)近用(yong)(yong)戶的分布(bu)式(shi)能(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)系(xi)統(tong)伺服狀態(tai)(tai)、以(yi)(yi)及燃料(liao)(liao)系(xi)統(tong)和(he)公(gong)共能(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)供應(ying)系(xi)統(tong)的運行狀態(tai)(tai)信(xin)息(xi)(xi)進行發(fa)(fa)布(bu)，以(yi)(yi)便智能(neng)(neng)(neng)(neng)化建筑(zhu)、用(yong)(yong)戶能(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)管理系(xi)統(tong)、分布(bu)式(shi)能(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)設施(shi)、儲能(neng)(neng)(neng)(neng)設施(shi)、設備(bei)運行服務機(ji)構、以(yi)(yi)及燃料(liao)(liao)供應(ying)者和(he)公(gong)共電網能(neng)(neng)(neng)(neng)夠根(gen)據每一信(xin)息(xi)(xi)源(yuan)所發(fa)(fa)布(bu)的實(shi)時(shi)信(xin)息(xi)(xi)進行狀態(tai)(tai)優化調整，實(shi)現(xian)資源(yuan)共享。
綜合(he)系統優化(hua)技術：
（1）多(duo)種能源(yuan)系(xi)(xi)統(tong)整合優(you)化(hua)--將(jiang)各種不(bu)同的能源(yuan)系(xi)(xi)統(tong)進(jin)(jin)行(xing)聯合優(you)化(hua)，例如：將(jiang)分(fen)布式(shi)能源(yuan)與傳統(tong)能源(yuan)系(xi)(xi)統(tong)整合后，進(jin)(jin)行(xing)聯合優(you)化(hua)；或者，將(jiang)分(fen)布式(shi)能源(yuan)系(xi)(xi)統(tong)與冰蓄冷系(xi)(xi)統(tong)整合并進(jin)(jin)行(xing)聯合再(zai)優(you)化(hua)，將(jiang)微型燃氣輪機與熱泵系(xi)(xi)統(tong)整合優(you)化(hua)，以及太陽能與分(fen)布式(shi)系(xi)(xi)統(tong)的優(you)化(hua)整合等等，達到取長補短的目的，發揮各個(ge)系(xi)(xi)統(tong)的綜合優(you)勢；
（2）將(jiang)分(fen)布式(shi)能源與(yu)交通系統(tong)整合(he)優化--利用(yong)低(di)谷電(dian)(dian)(dian)力(li)為電(dian)(dian)(dian)動汽(qi)(qi)車蓄電(dian)(dian)(dian)或(huo)燃(ran)(ran)料(liao)電(dian)(dian)(dian)池(chi)汽(qi)(qi)車儲(chu)氫(qing)等，將(jiang)燃(ran)(ran)料(liao)電(dian)(dian)(dian)池(chi)和(he)混合(he)動力(li)汽(qi)(qi)車作為電(dian)(dian)(dian)源形成隨著(zhu)人(ren)流移動的電(dian)(dian)(dian)源和(he)供水系統(tong)。實現節(jie)約投資經(jing)費；
（3）分布式能源系統電網接入研究--解(jie)決分布式能源與現有電網設施的兼容、整合等問題；
（4）蓄(xu)(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)技術--通過蓄(xu)(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)技術的(de)開發應用，解決能(neng)(neng)(neng)源(yuan)的(de)延時(shi)性(xing)調節問題(ti)，能(neng)(neng)(neng)源(yuan)系(xi)統(tong)的(de)容錯能(neng)(neng)(neng)力，其中(zhong)包(bao)括蓄(xu)(xu)(xu)(xu)(xu)電(dian)、蓄(xu)(xu)(xu)(xu)(xu)熱(re)(re)(re)(re)、蓄(xu)(xu)(xu)(xu)(xu)冷(leng)和(he)蓄(xu)(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)四(si)個技術方向。蓄(xu)(xu)(xu)(xu)(xu)電(dian)包(bao)括化學蓄(xu)(xu)(xu)(xu)(xu)電(dian)：電(dian)池；物(wu)(wu)理蓄(xu)(xu)(xu)(xu)(xu)電(dian)：飛輪和(he)水(shui)能(neng)(neng)(neng)、氣能(neng)(neng)(neng)。蓄(xu)(xu)(xu)(xu)(xu)熱(re)(re)(re)(re)包(bao)括項(xiang)變蓄(xu)(xu)(xu)(xu)(xu)熱(re)(re)(re)(re)、熱(re)(re)(re)(re)水(shui)、熱(re)(re)(re)(re)油和(he)蒸汽(qi)等(deng)多種形式。蓄(xu)(xu)(xu)(xu)(xu)冷(leng)：冰和(he)水(shui)。蓄(xu)(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)包(bao)括物(wu)(wu)理蓄(xu)(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)：機械蓄(xu)(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)、水(shui)蓄(xu)(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)、以及記憶金(jin)屬蓄(xu)(xu)(xu)(xu)(xu)能(neng)(neng)(neng)等(deng)多種方式；
（5）地(di)源蓄(xu)(xu)能(neng)技術--利(li)用地(di)下水和(he)(he)土壤將冬季(ji)的冷(leng)和(he)(he)夏季(ji)的熱(re)蓄(xu)(xu)能(neng)儲(chu)存，進(jin)行季(ji)節(jie)(jie)性調節(jie)(jie)使用，結合熱(re)泵技術進(jin)行直(zhi)接利(li)用，減少城市熱(re)島(dao)效應；
（6）網絡式(shi)(shi)能源系(xi)統--互聯(lian)網式(shi)(shi)的分布式(shi)(shi)能源梯級(ji)利用系(xi)統是未來能源工業的重要形態。 資(zi)源深度利用技術：
（1）天(tian)然(ran)氣凝(ning)結(jie)水技術--利(li)用(yong)天(tian)然(ran)氣燃燒后的化學反(fan)應結(jie)果回收水，解決部(bu)分(fen)城市水資(zi)源緊缺(que)問題；
（2）將分(fen)布(bu)式能源與大(da)棚結合的技(ji)術--將分(fen)布(bu)式能源系統發電設備排(pai)除(chu)的余熱(re)、二氧化碳和(he)水蒸汽注入大(da)棚，作為氣體肥料和(he)熱(re)源，解決(jue)城市(shi)綠化和(he)蔬果(guo)供應，同時減(jian)少(shao)溫室氣體和(he)其他(ta)污染物排(pai)放(fang)問題；
（3）利(li)用(yong)發電制(zhi)冷(leng)的冷(leng)卻水生(sheng)產生(sheng)活熱(re)(re)水的技術(shu)--利(li)用(yong)熱(re)(re)泵的技術(shu)，將(jiang)低品(pin)位熱(re)(re)源轉換為較高品(pin)位的生(sheng)活熱(re)(re)水，減少(shao)能(neng)源消耗；
（4）空調系統(tong)廢熱回收技術--發展全(quan)新風空調系統(tong)中(zhong)有效(xiao)利用回風中(zhong)的余熱和(he)余冷，減少能耗(hao)；
（5）污(wu)水水源(yuan)熱泵系統--利用生(sheng)活(huo)污(wu)水中的熱量；
（6）小型生物質沼(zhao)氣生產(chan)(chan)技(ji)術--利用民用設施污(wu)水、垃圾和大(da)棚廢(fei)棄生物質就地生產(chan)(chan)沼(zhao)氣的技(ji)術。
未來(lai)20年(nian)中國能源(yuan)技(ji)術發展(zhan)方向(xiang)——分布式(shi)能源(yuan)及相(xiang)關技(ji)術
