原創(chuàng)洞察！“太陽(yáng)能光熱+”清潔供暖技術(shù)大有可為
文章來(lái)源:未知時(shí)間:2022-02-14
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原標(biāo)題：洞察！“太陽(yáng)能光熱+”清潔供暖技術(shù)大有可為
“將可再生能源供暖作為區(qū)域能源規(guī)劃的一項(xiàng)重要內(nèi)容，根據(jù)當(dāng)?shù)刭Y源稟賦和用能需求推廣可再生能源供暖技術(shù)，合理布局可再生能源供暖項(xiàng)目，支持建設(shè)可再生能源與其他供暖方式相結(jié)合的互補(bǔ)供暖體系。”今年初，國(guó)家能源局發(fā)布《關(guān)于因地制宜做好可再生能源供暖工作的通知》，為可再生能源清潔供暖指明了方向?！锻ㄖ繁硎荆每稍偕茉垂┡俏覈?guó)調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、合理控制能源消費(fèi)總量的迫切需要，是完成非化石能源利用目標(biāo)、建設(shè)清潔低碳社會(huì)、實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。在關(guān)于繼續(xù)推進(jìn)太陽(yáng)能供暖方面，《通知》鼓勵(lì)大中型城市有供暖需求的民用建筑優(yōu)先使用太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)；鼓勵(lì)在小城鎮(zhèn)和農(nóng)村地區(qū)使用戶用太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)；在農(nóng)業(yè)大棚、養(yǎng)殖等用熱需求大且與太陽(yáng)能特性相匹配的行業(yè)充分利用太陽(yáng)能供暖；在集中供暖網(wǎng)未覆蓋、有冷熱雙供需求的地區(qū)試點(diǎn)使用太陽(yáng)能熱水、供暖和制冷三聯(lián)供系統(tǒng)；鼓勵(lì)采用太陽(yáng)能供暖與其他供暖方式相結(jié)合的互補(bǔ)供暖系統(tǒng)。此外，支持對(duì)太陽(yáng)能季節(jié)性儲(chǔ)熱供暖等關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備的研發(fā)。
近日，國(guó)家能源局印發(fā)的《2021年能源工作指導(dǎo)意見》中也提到，將加大清潔取暖工作力度，因地制宜實(shí)施清潔取暖改造，實(shí)現(xiàn)北方地區(qū)清潔取暖率達(dá)到70%。
太陽(yáng)能熱利用技術(shù)
可再生能源清潔供暖有助于落實(shí)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展，同時(shí)還與我們的生活也息息相關(guān)，既是當(dāng)前的迫切要?jiǎng)?wù)，也是一項(xiàng)長(zhǎng)期艱巨的任務(wù)。作為可再生能源利用的重要領(lǐng)域，太陽(yáng)能供暖具有使用壽命長(zhǎng)、應(yīng)用場(chǎng)景廣泛等特點(diǎn)，在同等供熱情況下，可節(jié)約40%—60%的能源成本；在資源豐富地區(qū)，太陽(yáng)能適合與其他能源結(jié)合，實(shí)現(xiàn)熱水、供暖復(fù)合系統(tǒng)的應(yīng)用，近年來(lái)取得不錯(cuò)的業(yè)績(jī)和口碑。
通俗地說(shuō)，太陽(yáng)能供暖是將太陽(yáng)能輻射能量直接轉(zhuǎn)化成熱能供人類利用。太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)，就是用太陽(yáng)能集熱器收集太陽(yáng)輻射并轉(zhuǎn)化成熱能，并通過(guò)傳熱介質(zhì)，經(jīng)由換熱器進(jìn)行轉(zhuǎn)換為應(yīng)用場(chǎng)景需要的溫度。太陽(yáng)能熱利用技術(shù)一般由太陽(yáng)能集熱器、傳熱系統(tǒng)、儲(chǔ)熱系統(tǒng)、連接管路、輔助熱源、換熱系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等組成。在我國(guó)北方地區(qū)太陽(yáng)能光熱資源豐富，可重點(diǎn)應(yīng)用于太陽(yáng)光熱發(fā)電、供熱采暖、工業(yè)加熱等領(lǐng)域。
太陽(yáng)能采暖簡(jiǎn)述
太陽(yáng)能采暖根據(jù)使用溫度的范圍，太陽(yáng)能熱利用一般可分為：
太陽(yáng)能中低溫?zé)崂茫汗ぷ鳒囟?0～100℃，生活熱水、建筑用能；
太陽(yáng)能中溫?zé)崂茫汗ぷ鳒囟?100～400℃，工業(yè)（食品、醫(yī)藥、紡織等）蒸汽及供熱、農(nóng)業(yè)用熱、有機(jī)朗肯循環(huán)(Organic Rankine Cycle，簡(jiǎn)稱ORC)發(fā)電等用熱；
高溫太陽(yáng)能熱利用：工作溫度 400～1000℃太陽(yáng)能光熱發(fā)電、制氫等。由于太陽(yáng)能能流密度低，為了實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能中高溫利用，需采用太陽(yáng)能聚焦集熱技術(shù)，即利用大量的反射鏡面將太陽(yáng)能直射光線聚焦到相對(duì)較小的吸熱表面，將吸熱介質(zhì)加熱到中高溫水平。按照聚光方式可分為槽式、塔式、碟式、菲涅耳式等多種類型。
根據(jù)國(guó)家太陽(yáng)能光熱產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟發(fā)布的《2020中國(guó)太陽(yáng)能熱發(fā)電及采暖行業(yè)藍(lán)皮書》，太陽(yáng)能供暖主要分為被動(dòng)式采暖和主動(dòng)式采暖；其集熱系統(tǒng)主要有真空管型集熱系統(tǒng)、平板型集熱系統(tǒng)、太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)。其中，我國(guó)2020年生產(chǎn)太陽(yáng)能集熱器類型中，真空管型占74.3%，平板型占25.7%。
太陽(yáng)能儲(chǔ)熱的重要性
作為一種可再生的新能源，太陽(yáng)能熱利用有著巨大的市場(chǎng)潛力，但當(dāng)前我國(guó)太陽(yáng)能光熱+清潔供暖戶用供暖中，依然要解決夏季過(guò)熱、冬季和雨雪天氣不能用的“短板”，其中儲(chǔ)熱便是其一個(gè)至關(guān)重要的因素。
丹麥?zhǔn)侨蜃钤缤苿?dòng)太陽(yáng)能區(qū)域供熱的國(guó)家，也是當(dāng)今世界上最大的太陽(yáng)能區(qū)域供熱市場(chǎng)。據(jù)丹麥能源署發(fā)布的官方報(bào)告《太陽(yáng)能供熱發(fā)展策略》，到2030年，太陽(yáng)能供熱將承擔(dān)丹麥15%的供熱負(fù)荷?？梢姡诘溙?yáng)能供熱與其他供熱方式相比已經(jīng)具有不可忽視的作用。據(jù)《歐洲太陽(yáng)能區(qū)域供熱典型案例分析》報(bào)告顯示，除卻政府大量的資金支持以外，丹麥在平板集熱器生產(chǎn)技術(shù)、蓄熱技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)及多能源混合應(yīng)用技術(shù)方面不斷進(jìn)行研究。運(yùn)用水蓄熱、地埋管蓄熱技術(shù)收集太陽(yáng)能熱量，將太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)與熱泵、生物質(zhì)能結(jié)合進(jìn)行供熱。目前，丹麥大型區(qū)域供熱技術(shù)發(fā)展較為成熟，其供熱系統(tǒng)后期維護(hù)工作量小，可實(shí)現(xiàn)24小時(shí)無(wú)人值守，維護(hù)成本低而且系統(tǒng)生產(chǎn)成本也較低，其投資經(jīng)濟(jì)性好。
此外，儲(chǔ)熱技術(shù)是提高能源利用效率和保護(hù)環(huán)境的重要技術(shù)，可用于解決熱能供給 與需求失配的矛盾，在太陽(yáng)能利用、電力“移峰填谷”、廢熱和余熱的回收利用以及工業(yè)與民用建筑和空調(diào)的節(jié)能等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，目前已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)的研究重點(diǎn)。 太陽(yáng)能儲(chǔ)熱技術(shù)可以克服太陽(yáng)能輻射能量不穩(wěn)定、不連續(xù)的缺點(diǎn)，可大大提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
跨季節(jié)太陽(yáng)能儲(chǔ)熱供熱采暖系統(tǒng)
跨季節(jié) 太陽(yáng)能 儲(chǔ)熱集中供熱系統(tǒng)，是與短期蓄熱或晝夜型太陽(yáng)能集中供熱系統(tǒng)相對(duì) 而言的。 跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)可以有效解決能源供需在時(shí)間、空間上的不匹配，特別是搭配太陽(yáng)能系統(tǒng)，可以有效避免太陽(yáng)能的間歇性缺點(diǎn)，為農(nóng)村采暖、煤改清潔能源、區(qū)域能源供給提供新的技術(shù)路線。
根據(jù)儲(chǔ)熱介質(zhì)，常見的跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)可分為潛熱儲(chǔ)熱、顯熱儲(chǔ)熱和熱化學(xué)儲(chǔ)熱，自上世紀(jì)七十年代末，歐洲和北美各國(guó)便開始嘗試推廣各類太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)也已有實(shí)際項(xiàng)目實(shí)踐。
專家介紹，跨季節(jié)儲(chǔ)熱適合于采暖季相對(duì)較短，非采暖季較長(zhǎng)的區(qū)域。目前一般采用土壤或者水體，對(duì)地質(zhì)有一定要求，必須勘察地質(zhì)，并且需要較大的土建工程。
采用跨季節(jié)儲(chǔ)熱太陽(yáng)能供熱采暖系統(tǒng)更有利于能源全年綜合利用，提升太陽(yáng)能保證率，系統(tǒng)維護(hù)成本及運(yùn)行成本降低，提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。針對(duì)日趨發(fā)展的大型太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)，跨季節(jié)儲(chǔ)熱溫度主要以生活熱水、供暖為主要市場(chǎng)領(lǐng)域，目前采用的儲(chǔ)熱主要以熱水箱（水池）為主，太陽(yáng)能集熱器一般選用真空管、平板集熱器?？紤]到冬天太陽(yáng)能的輻射強(qiáng)度較弱，避免集熱器熱損較大的問(wèn)題，一般針對(duì)光資源較好，溫度不要太低的區(qū)域，場(chǎng)地不受限制的區(qū)域才能具備經(jīng)濟(jì)性。
1、太陽(yáng)能空氣集熱器采暖系統(tǒng)
太陽(yáng)能空氣集熱器采暖系統(tǒng)，就是用太陽(yáng)能集熱器收集太陽(yáng)能輻射能并轉(zhuǎn)換成熱能，以空氣作為集熱器回路中循環(huán)的傳熱介質(zhì)，以巖石堆積床作為儲(chǔ)熱介質(zhì)，熱空氣經(jīng)由風(fēng)道送至室內(nèi)進(jìn)行采暖。
太陽(yáng)能空氣集熱采暖系統(tǒng)一般由太陽(yáng)能空氣集熱器、巖石堆積床、輔助加熱器、管道、風(fēng)機(jī)等幾部分組成。
2、被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖技術(shù)
被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖技術(shù)，主要是利用被動(dòng)式太陽(yáng)能房，不采用機(jī)械動(dòng)力而在建筑物本身采取一定措施后利用太陽(yáng)能進(jìn)行采暖的房屋或者建筑，以區(qū)別于需要其他設(shè)備和動(dòng)力的主動(dòng)式太陽(yáng)能房或者建筑。
被動(dòng)式太陽(yáng)能不僅能在不同程度上滿足建筑物在冬季的采暖要求，而且也能在夏季遮蔽太陽(yáng)輻射，散逸室內(nèi)熱量，使之達(dá)到降溫的目的。
太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)典型案例概覽
內(nèi)蒙古旭宸能源有限公司宏慶德村槽式集熱供暖項(xiàng)目位于包頭青山裝備制造產(chǎn)業(yè)園區(qū)宏慶德村，占地248.1畝，建設(shè)槽式聚光集熱鏡場(chǎng)7.1萬(wàn)㎡。利用5萬(wàn)㎡公司廠房屋頂，在不影響原有廠房的情況下，對(duì)屋面進(jìn)行改造，安裝了太陽(yáng)能槽式鏡場(chǎng)2.2萬(wàn)㎡。鏡場(chǎng)總集熱面積9.3萬(wàn)㎡，為奧特萊斯商業(yè)、住宅區(qū)、裝備制造產(chǎn)業(yè)園區(qū)內(nèi)供暖50萬(wàn)㎡建筑面積，以及向市內(nèi)移動(dòng)輸送熱水需求。
成都博昱新能源有限公司西藏阿里扎達(dá)槽式太陽(yáng)能供暖項(xiàng)目，位于西藏阿里地區(qū)札達(dá)縣，項(xiàng)目地海拔超過(guò)4000米，太陽(yáng)輻照量2771kWh/㎡.a。采用槽式太陽(yáng)能集熱器為某水電站1萬(wàn)余㎡辦公樓供暖，日均供能量12800kWh。共安裝槽式集熱器168套，集熱面積3400㎡，出口溫度90℃。太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)壽命20年。
2018年10月5日，中國(guó)科學(xué)院電工研究所太陽(yáng)能熱利用技術(shù)研究部研制的小型集中型太陽(yáng)能供熱示范系統(tǒng)，在沒(méi)有任何輔助能源的條件下，為張家口市涿鹿縣礬山鎮(zhèn)黃帝城小鎮(zhèn)達(dá)華建國(guó)酒店共計(jì)3000-5000㎡的建筑供暖，成功將多年研發(fā)的集中型太陽(yáng)能供熱技術(shù)推向示范應(yīng)用。供熱系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能塔式聚光吸熱系統(tǒng)、跨季節(jié)水體儲(chǔ)熱系統(tǒng)、自控系統(tǒng)等組成，可實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能全年收集、存儲(chǔ)，有效解決建筑冬季清潔供熱問(wèn)題。定日鏡采光面積760㎡，跨季節(jié)水體儲(chǔ)熱容量3000m3，滿足園區(qū)內(nèi)3000㎡建筑冬季供熱要求。
2017年，蘭州大成采用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的線性菲涅耳式聚光器+儲(chǔ)熱系統(tǒng)，建成太陽(yáng)能熱電聯(lián)供能源站，可以用于發(fā)電或供熱使用。項(xiàng)目建成后非供暖季用于發(fā)電，供暖季承擔(dān)2萬(wàn)㎡廠房和7500㎡辦公/生活設(shè)施供暖需求。項(xiàng)目采用屋頂線性菲涅耳聚光太陽(yáng)能作為主要供熱能源，可以提供整個(gè)供暖季近70%的熱量；低谷電及儲(chǔ)熱系統(tǒng)作為輔助能源，不需要使用任何燃料，真正實(shí)現(xiàn)“零碳”排放。該項(xiàng)目在整個(gè)供暖季中供暖電費(fèi)低于60萬(wàn)元，相較于之前采用的燃煤鍋爐供暖形式，企業(yè)供暖運(yùn)行費(fèi)用下降近70%，環(huán)境效益極大提升。
東方宏海新能源科技發(fā)展有限公司甘肅瓜州“碟式太陽(yáng)能光熱+燃煤鍋爐”清潔能源改造項(xiàng)目,設(shè)計(jì)安裝12臺(tái)碟式太陽(yáng)能聚光跟蹤集熱系統(tǒng)設(shè)備。一期項(xiàng)目共計(jì)安裝6臺(tái)碟式太陽(yáng)能聚光跟蹤集熱系統(tǒng)設(shè)備+1臺(tái)600kW電鍋爐設(shè)備，于2018年11月開始建設(shè)，12月底集熱并入管網(wǎng)進(jìn)行供暖；項(xiàng)目能夠滿足全鎮(zhèn)白天時(shí)段供暖，夜間使用電鍋爐低谷電加熱進(jìn)行供暖，供暖面積約7000㎡。
太陽(yáng)能光熱采暖成為行業(yè)最具活力的增長(zhǎng)點(diǎn)
隨著技術(shù)創(chuàng)新和北方煤改清潔能源利好政策的驅(qū)動(dòng)，我國(guó)太陽(yáng)能采暖項(xiàng)目得以大面積實(shí)施與落地。目前，太陽(yáng)能采暖和工業(yè)用熱過(guò)程中的太陽(yáng)能替代是未來(lái)提升行業(yè)產(chǎn)能、促進(jìn)建筑供能體系低碳化的途徑，同時(shí)也是未來(lái)太陽(yáng)能熱利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向。《2020中國(guó)太陽(yáng)能熱發(fā)電及采暖行業(yè)藍(lán)皮書》表明，2020年，我國(guó)新增太陽(yáng)能供暖面積突破1000萬(wàn)㎡，成為行業(yè)最有活力的增長(zhǎng)點(diǎn)之一。2020年新增用于供暖的太陽(yáng)能集熱器面積為245萬(wàn)㎡，新增建筑供暖面積1225萬(wàn)㎡。累計(jì)用于供暖的太陽(yáng)能集熱器面積為330萬(wàn)㎡，累計(jì)建筑供暖面積1650萬(wàn)㎡。
2021年既是“十四五”的開局之年，也是實(shí)質(zhì)性落實(shí)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的元年。太陽(yáng)能光熱采暖也在市場(chǎng)需求，政策、技術(shù)等因素的加持下，正在由央企到民企，由太陽(yáng)能光熱企業(yè)領(lǐng)銜，凝聚全民共識(shí)形成合力，促進(jìn)創(chuàng)新發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展。（文/董清風(fēng))
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