原創(chuàng)洞察！“太陽能光熱+”清潔供暖技術大有可為
文章來源:未知時間:2022-02-14
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原標題：洞察！“太陽能光熱+”清潔供暖技術大有可為
“將可再生能源供暖作為區(qū)域能源規(guī)劃的一項重要內容，根據(jù)當?shù)刭Y源稟賦和用能需求推廣可再生能源供暖技術，合理布局可再生能源供暖項目，支持建設可再生能源與其他供暖方式相結合的互補供暖體系?！苯衲瓿酰瑖夷茉淳职l(fā)布《關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{整能源結構、實現(xiàn)節(jié)能減排、合理控制能源消費總量的迫切需要，是完成非化石能源利用目標、建設清潔低碳社會、實現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。在關于繼續(xù)推進太陽能供暖方面，《通知》鼓勵大中型城市有供暖需求的民用建筑優(yōu)先使用太陽能供暖系統(tǒng)；鼓勵在小城鎮(zhèn)和農(nóng)村地區(qū)使用戶用太陽能供暖系統(tǒng)；在農(nóng)業(yè)大棚、養(yǎng)殖等用熱需求大且與太陽能特性相匹配的行業(yè)充分利用太陽能供暖；在集中供暖網(wǎng)未覆蓋、有冷熱雙供需求的地區(qū)試點使用太陽能熱水、供暖和制冷三聯(lián)供系統(tǒng)；鼓勵采用太陽能供暖與其他供暖方式相結合的互補供暖系統(tǒng)。此外，支持對太陽能季節(jié)性儲熱供暖等關鍵技術和設備的研發(fā)。
近日，國家能源局印發(fā)的《2021年能源工作指導意見》中也提到，將加大清潔取暖工作力度，因地制宜實施清潔取暖改造，實現(xiàn)北方地區(qū)清潔取暖率達到70%。
太陽能熱利用技術
可再生能源清潔供暖有助于落實碳達峰、碳中和目標，實現(xiàn)綠色低碳轉型發(fā)展，同時還與我們的生活也息息相關，既是當前的迫切要務，也是一項長期艱巨的任務。作為可再生能源利用的重要領域，太陽能供暖具有使用壽命長、應用場景廣泛等特點，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)，太陽能適合與其他能源結合，實現(xiàn)熱水、供暖復合系統(tǒng)的應用，近年來取得不錯的業(yè)績和口碑。
通俗地說，太陽能供暖是將太陽能輻射能量直接轉化成熱能供人類利用。太陽能熱利用系統(tǒng)，就是用太陽能集熱器收集太陽輻射并轉化成熱能，并通過傳熱介質，經(jīng)由換熱器進行轉換為應用場景需要的溫度。太陽能熱利用技術一般由太陽能集熱器、傳熱系統(tǒng)、儲熱系統(tǒng)、連接管路、輔助熱源、換熱系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等組成。在我國北方地區(qū)太陽能光熱資源豐富，可重點應用于太陽光熱發(fā)電、供熱采暖、工業(yè)加熱等領域。
太陽能采暖簡述
太陽能采暖根據(jù)使用溫度的范圍，太陽能熱利用一般可分為：
太陽能中低溫熱利用：工作溫度40～100℃，生活熱水、建筑用能；
太陽能中溫熱利用：工作溫度 100～400℃，工業(yè)（食品、醫(yī)藥、紡織等）蒸汽及供熱、農(nóng)業(yè)用熱、有機朗肯循環(huán)(Organic Rankine Cycle，簡稱ORC)發(fā)電等用熱；
高溫太陽能熱利用：工作溫度 400～1000℃太陽能光熱發(fā)電、制氫等。由于太陽能能流密度低，為了實現(xiàn)太陽能中高溫利用，需采用太陽能聚焦集熱技術，即利用大量的反射鏡面將太陽能直射光線聚焦到相對較小的吸熱表面，將吸熱介質加熱到中高溫水平。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)國家太陽能光熱產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟發(fā)布的《2020中國太陽能熱發(fā)電及采暖行業(yè)藍皮書》，太陽能供暖主要分為被動式采暖和主動式采暖；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)、太陽能集熱系統(tǒng)。其中，我國2020年生產(chǎn)太陽能集熱器類型中，真空管型占74.3%，平板型占25.7%。
太陽能儲熱的重要性
作為一種可再生的新能源，太陽能熱利用有著巨大的市場潛力，但當前我國太陽能光熱+清潔供暖戶用供暖中，依然要解決夏季過熱、冬季和雨雪天氣不能用的“短板”，其中儲熱便是其一個至關重要的因素。
丹麥是全球最早推動太陽能區(qū)域供熱的國家，也是當今世界上最大的太陽能區(qū)域供熱市場。據(jù)丹麥能源署發(fā)布的官方報告《太陽能供熱發(fā)展策略》，到2030年，太陽能供熱將承擔丹麥15%的供熱負荷?？梢?，在丹麥太陽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)《歐洲太陽能區(qū)域供熱典型案例分析》報告顯示，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、蓄熱技術系統(tǒng)設計技術及多能源混合應用技術方面不斷進行研究。運用水蓄熱、地埋管蓄熱技術收集太陽能熱量，將太陽能供熱系統(tǒng)與熱泵、生物質能結合進行供熱。目前，丹麥大型區(qū)域供熱技術發(fā)展較為成熟，其供熱系統(tǒng)后期維護工作量小，可實現(xiàn)24小時無人值守，維護成本低而且系統(tǒng)生產(chǎn)成本也較低，其投資經(jīng)濟性好。
此外，儲熱技術是提高能源利用效率和保護環(huán)境的重要技術，可用于解決熱能供給 與需求失配的矛盾，在太陽能利用、電力“移峰填谷”、廢熱和余熱的回收利用以及工業(yè)與民用建筑和空調的節(jié)能等領域具有廣闊的應用前景，目前已經(jīng)成為世界范圍內的研究重點。 太陽能儲熱技術可以克服太陽能輻射能量不穩(wěn)定、不連續(xù)的缺點，可大大提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
跨季節(jié)太陽能儲熱供熱采暖系統(tǒng)
跨季節(jié) 太陽能 儲熱集中供熱系統(tǒng)，是與短期蓄熱或晝夜型太陽能集中供熱系統(tǒng)相對 而言的。 跨季節(jié)儲熱技術可以有效解決能源供需在時間、空間上的不匹配，特別是搭配太陽能系統(tǒng)，可以有效避免太陽能的間歇性缺點，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路線。
根據(jù)儲熱介質，常見的跨季節(jié)儲熱技術可分為潛熱儲熱、顯熱儲熱和熱化學儲熱，自上世紀七十年代末，歐洲和北美各國便開始嘗試推廣各類太陽能跨季節(jié)儲熱技術，目前國內也已有實際項目實踐。
專家介紹，跨季節(jié)儲熱適合于采暖季相對較短，非采暖季較長的區(qū)域。目前一般采用土壤或者水體，對地質有一定要求，必須勘察地質，并且需要較大的土建工程。
采用跨季節(jié)儲熱太陽能供熱采暖系統(tǒng)更有利于能源全年綜合利用，提升太陽能保證率，系統(tǒng)維護成本及運行成本降低，提高系統(tǒng)經(jīng)濟性。針對日趨發(fā)展的大型太陽能供暖系統(tǒng)，跨季節(jié)儲熱溫度主要以生活熱水、供暖為主要市場領域，目前采用的儲熱主要以熱水箱（水池）為主，太陽能集熱器一般選用真空管、平板集熱器?？紤]到冬天太陽能的輻射強度較弱，避免集熱器熱損較大的問題，一般針對光資源較好，溫度不要太低的區(qū)域，場地不受限制的區(qū)域才能具備經(jīng)濟性。
1、太陽能空氣集熱器采暖系統(tǒng)
太陽能空氣集熱器采暖系統(tǒng)，就是用太陽能集熱器收集太陽能輻射能并轉換成熱能，以空氣作為集熱器回路中循環(huán)的傳熱介質，以巖石堆積床作為儲熱介質，熱空氣經(jīng)由風道送至室內進行采暖。
太陽能空氣集熱采暖系統(tǒng)一般由太陽能空氣集熱器、巖石堆積床、輔助加熱器、管道、風機等幾部分組成。
2、被動式太陽能采暖技術
被動式太陽能采暖技術，主要是利用被動式太陽能房，不采用機械動力而在建筑物本身采取一定措施后利用太陽能進行采暖的房屋或者建筑，以區(qū)別于需要其他設備和動力的主動式太陽能房或者建筑。
被動式太陽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輻射，散逸室內熱量，使之達到降溫的目的。
太陽能集熱系統(tǒng)典型案例概覽
內蒙古旭宸能源有限公司宏慶德村槽式集熱供暖項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，建設槽式聚光集熱鏡場7.1萬㎡。利用5萬㎡公司廠房屋頂，在不影響原有廠房的情況下，對屋面進行改造，安裝了太陽能槽式鏡場2.2萬㎡。鏡場總集熱面積9.3萬㎡，為奧特萊斯商業(yè)、住宅區(qū)、裝備制造產(chǎn)業(yè)園區(qū)內供暖50萬㎡建筑面積，以及向市內移動輸送熱水需求。
成都博昱新能源有限公司西藏阿里扎達槽式太陽能供暖項目，位于西藏阿里地區(qū)札達縣，項目地海拔超過4000米，太陽輻照量2771kWh/㎡.a。采用槽式太陽能集熱器為某水電站1萬余㎡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℃。太陽能供熱系統(tǒng)設計壽命20年。
2018年10月5日，中國科學院電工研究所太陽能熱利用技術研究部研制的小型集中型太陽能供熱示范系統(tǒng)，在沒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)達華建國酒店共計3000-5000㎡的建筑供暖，成功將多年研發(fā)的集中型太陽能供熱技術推向示范應用。供熱系統(tǒng)主要由太陽能塔式聚光吸熱系統(tǒng)、跨季節(jié)水體儲熱系統(tǒng)、自控系統(tǒng)等組成，可實現(xiàn)太陽能全年收集、存儲，有效解決建筑冬季清潔供熱問題。定日鏡采光面積760㎡，跨季節(jié)水體儲熱容量3000m3，滿足園區(qū)內3000㎡建筑冬季供熱要求。
2017年，蘭州大成采用自主知識產(chǎn)權的線性菲涅耳式聚光器+儲熱系統(tǒng)，建成太陽能熱電聯(lián)供能源站，可以用于發(fā)電或供熱使用。項目建成后非供暖季用于發(fā)電，供暖季承擔2萬㎡廠房和7500㎡辦公/生活設施供暖需求。項目采用屋頂線性菲涅耳聚光太陽能作為主要供熱能源，可以提供整個供暖季近70%的熱量；低谷電及儲熱系統(tǒng)作為輔助能源，不需要使用任何燃料，真正實現(xiàn)“零碳”排放。該項目在整個供暖季中供暖電費低于60萬元，相較于之前采用的燃煤鍋爐供暖形式，企業(yè)供暖運行費用下降近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“碟式太陽能光熱+燃煤鍋爐”清潔能源改造項目,設計安裝12臺碟式太陽能聚光跟蹤集熱系統(tǒng)設備。一期項目共計安裝6臺碟式太陽能聚光跟蹤集熱系統(tǒng)設備+1臺600kW電鍋爐設備，于2018年11月開始建設，12月底集熱并入管網(wǎng)進行供暖；項目能夠滿足全鎮(zhèn)白天時段供暖，夜間使用電鍋爐低谷電加熱進行供暖，供暖面積約7000㎡。
太陽能光熱采暖成為行業(yè)最具活力的增長點
隨著技術創(chuàng)新和北方煤改清潔能源利好政策的驅動，我國太陽能采暖項目得以大面積實施與落地。目前，太陽能采暖和工業(yè)用熱過程中的太陽能替代是未來提升行業(yè)產(chǎn)能、促進建筑供能體系低碳化的途徑，同時也是未來太陽能熱利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向?！?020中國太陽能熱發(fā)電及采暖行業(yè)藍皮書》表明，2020年，我國新增太陽能供暖面積突破1000萬㎡，成為行業(yè)最有活力的增長點之一。2020年新增用于供暖的太陽能集熱器面積為245萬㎡，新增建筑供暖面積1225萬㎡。累計用于供暖的太陽能集熱器面積為330萬㎡，累計建筑供暖面積1650萬㎡。
2021年既是“十四五”的開局之年，也是實質性落實碳達峰碳中和目標的元年。太陽能光熱采暖也在市場需求，政策、技術等因素的加持下，正在由央企到民企，由太陽能光熱企業(yè)領銜，凝聚全民共識形成合力，促進創(chuàng)新發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展。（文/董清風)
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