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觀察 | 從典型案例看我國太陽能采暖的技術進步

來源: 點擊次數:  更新時間:2019/6/18 9:10:06  

一、概述

1.太陽能+

太陽能采暖也稱“太陽能+采暖”,是指利用太陽輻射直接轉換的熱能,輔助配合的能源,共同完成采暖的方式(以下簡稱“太陽能+”)。

 

太陽能是可再生能源,發展“太陽能+”采暖,符合實現化石能源體系向低碳能源體系的轉變,最終進入以可再生能源為主的全球能源轉型趨勢.因此,太陽能利用被列入我國《可再生能源發展“十三五”規劃》,和其他領域太陽能熱利用一起,承擔著到2020年實現年替代億噸標煤的重任,是國家實施能源變革依賴的高比例可再生能源之一。除去低碳環保以外,“太陽能+”采暖還具有來自太陽的能源使用免費的特點。

2.資源稟賦

 

 

圖片來源:百度經驗

地球上太陽能資源的分布與各地的緯度、海拔、地理狀況和氣候條件有關。我國屬太陽能資源豐富的國家之一,全國總面積2/3以上地區年日照時數大于2000小時。青藏高原是高值中心,四川盆地是低值中心;太陽年輻射總量,西部地區高于東部地區,而且除西藏和新疆兩個自治區外,基本上是南部低于北部。全國大致可分為五類地區,普遍具有開發利用價值。國際上太陽能供熱發展較好的丹麥平均太陽能資源與我國四類地區相當。

“太陽能+”采暖需要的輔助能源可以因地制宜選用氣、電、生物質、地熱、潔凈煤等,各地具備什么條件,就選擇什么輔助能源,靈活性大。因此在我國,“太陽能+”資源具有較好的普遍性。

3.產業基礎

我國連續十多年裝機量保持全球第一,具備大規模推廣應用“太陽能+”采暖的產業基礎。

我國采暖核心器件之一的全玻璃真空集熱管產業成熟度全球第一。采暖專用的平板集熱器近年來也取得較大進步。

行業通過轉型升級,采暖技術已取得質的進步,較多的企業掌握了太陽能短期蓄熱采暖技術,一批企業開始跨季節蓄熱技術工程實踐。

雄厚的產業基礎使我國太陽能+”采暖的經濟性,特別是短期蓄熱采暖經濟性,與國際同行比較具有明顯的優勢。

 

圖片(左1)來源:德州新聞網

4.技術分類

短期蓄熱。充分利用采暖季太陽輻射能的蓄熱技術。具有建設周期短、占地面積少、適用于分散供暖等的特點;

季節蓄熱。將非采暖季的太陽輻射能儲存起來與采暖季太陽輻射能共同用于采暖季供熱的技術。具有更高的太陽能貢獻率、更好的長期經濟性、適合分布式區域供熱等特點。國際上已有項目綜合供熱太陽能貢獻率超過區域供熱量的50%,單一供暖甚至達到100%,利用的蓄熱體有水池、土壤等。

聯供系統。具有全年綜合利用率高的特點。

各類工程建設可相互結合、分步實施。

 

二、成功案例

1.戶用短期蓄熱

①河北省保定市阜平縣龍王廟村31戶太陽能+熱泵采暖案例

 

河北省阜平縣位于太行深山區、革命老區,是十八大后,習近平總書記考察扶貧開發工作的第一站。老一輩革命家聶榮臻曾留下“阜平不富,死不瞑目”的遺訓。2017年農村居民人均可支配收入達7405元。

2017年進行5戶“太陽能+熱泵”采暖示范,取得了較單一熱泵采暖費用下降70%以上的效果后,縣委縣政府決定2018年將“太陽能+”采暖示范,擴大到龍王廟整村。該村62戶,每戶100m2,是當地政府出資新建的住宅,建筑節能達到當地65%的要求。改造前用空氣源熱泵采暖。

系統由太陽能集熱器、空氣源熱泵(原有)、儲熱水箱、控制器、生活用水、地暖末端(原有)等組成。太陽能集熱器由定制的300支全玻璃真空管組成,儲熱水箱容積1t,材料食品級不銹鋼,內置有銅制換熱盤管,能夠滿足四季生活熱水,5P空氣源熱泵一臺(前期安裝)等。具有滿足100m2采暖、常年生活熱水、夜間排空、數據遠程監控等功能。太陽能貢獻率進一步提升。

 

設備總造價:29880元/戶(不含空氣源熱泵),全部政府出資。2018年10月17日完工投入運行,供暖溫度18~20℃。全采暖季(4個月)電費9.7元/㎡。雖然改造費讓設備成本提高(不得已),但太陽能貢獻率的提高,讓運行電費大幅度降低,舒適度高,百姓幸福感強,助力了脫貧。

運行維護模式:村中代表戶納入商業化物聯網監控系統,用戶通過培訓和指導能進行基本維護。政府示范項目企業按要求派專業人員進行,商業推廣項目依據合同,必要時可設立辦事處。

②河北省邢臺市臨城縣北孟村、邢臺市清河縣西野莊村、滄州市獻縣伊莊村太陽能+采暖項目

 

 

邢臺市清河縣西野莊村166戶

 

滄州市獻縣伊莊村100戶

按補貼政策導向,降低設備初投資。采用太陽能熱風+電暖風機采暖方案,且僅控制70m2常用房間(臥室和客廳)。全套設備造價:11000元/戶,采用政府出資每戶7400元(參照電采暖補貼)+1200元(電代煤當年運行補貼),用戶自籌2400元。

三個示范村,供計509戶。系統標準配置:每戶WTF-C-40型與WTF-C-60型太陽能熱風供暖系統兩套,2KWPTC熱風機兩臺,系統運行滿負荷4kW。每個村安裝一套數據采集監測系統。

使用情況:項目2018年11月15日投入運行。正常使用用戶室溫平均在12~16℃。12月中旬前和2月中旬后,電輔助基本不使用,12月中旬至2月中旬之間,使用電輔助。據企業走訪用戶的調查,用戶使用效果滿意度達到80%左右,對采暖費支出水平能夠接受。核算采暖季運行費10.5元/m2,與當地采用燃煤采暖的費用水平相當。

目前,省級驗收尚未完成。該方案技術特點是初裝費低,利于政府推廣;利于施工;利于防凍,可靠性提升;但蓄熱能力和舒適度略顯不足。

③北京延慶區唐家堡農戶采暖和生活熱水項目(2018北京山區清潔能源采暖試點項目)

 

唐家堡村位于北京東北部延慶區。北京是最早開展農村清潔供暖的地區,具有風向標的意義,平原地區的工作2016年基本完成,山區繼2017年試點后,2018年進一步深入開展。本案例是其中的一個項目。

延慶地區冬冷夏涼,年平均氣溫8℃。太陽能資源相對豐富。

示范建筑為東西聯排的兩戶農戶自建1層磚混結構,面積均為90㎡,無外墻保溫,東戶單層鋁合金,西戶木制窗戶;末端為鑄鐵暖氣片。建筑采暖熱指標為110W/㎡。

系統采用高效抗凍太陽能集熱系統+儲能系統+電,除為建筑提供冬季采暖外,其余季節還提供生活熱水,太陽能熱量不足以滿足建筑采暖時,由儲能系統和電輔聯合提供熱量。

 

項目戶均投資3.5萬元,計算單位面積投資389元/㎡(此價格為單戶示范項目價格,批量施工價格可下降)。

截止3月12日,監控系統顯示,室內溫度控制在18~22℃,東戶總耗電量為1283kWh,西戶總耗電量為1705.8kWh。推算整個采暖季(4個月)戶均電費240元(享受谷電優惠),每月電費成本0.665元/㎡,全采暖季2.66元/㎡。與電鍋爐相比節能率達92%,投資回收期2.1年。用戶十分滿意。納入了企業物聯網監控系統,培訓和指導用戶進行基本維護。運維費示范項目按政府要求進行,商業推廣項目依據合同。

 

2.公共建筑采暖

①內蒙古前旗黑柳鎮黑柳茶葉庫太陽能采暖項目

內蒙古前旗黑柳鎮黑柳茶葉庫太陽能采暖項目位于包頭市西60公里前旗黑柳鎮。建筑面積為580㎡,層高4米,37磚結構,無墻體保溫,屋頂有10公分泡沫彩鋼板;采暖末端為鑄鐵暖氣片。原來沒有采暖設施,為加快茶葉熟化,降低成本,保護大氣環境,新建太陽能+采暖。系統為庫房提供春、秋、冬季采暖,日采暖時間24小時。共計300天。2018年建成并投入運行。

 

系統包括太陽能集熱系統、儲能系統、控制系統、管道、保溫等。設計當無光照,太陽能集熱量不足以滿足需求時,由儲能系統提供需求。

 

實際監控系統顯示,采暖期(10個月)室內溫度可保持在20~25℃之間。

系統改造總投資費用23.2萬元,單位面積投資400元/㎡。580㎡建筑整個采暖期電費用3480元,單位面積采暖電費6元/㎡。與電鍋爐相比節電達93%,靜態投資回收期1.8年。

②秦皇島市撫寧區下新莊小學新建教學樓太陽能供暖項目

秦皇島市撫寧區下新莊小學教學樓是采暖項目2018年10月建成投入供暖運營。教學樓為二層磚混結構,面積610m2,建筑節能達到當地65%的標準要求。在此類建筑上實現太陽能+供暖,利于保證效果,實現設計、施工同步,節省改造費。當地供暖期為6個月。初投資330(元)/㎡。

采暖系統為太陽能集熱+電鍋爐輔助。集熱單元采用該企業自主研發的模塊化產品,36組集熱器分三排,每排12組,放置在屋頂。系統配備1噸水箱,采暖末端是地暖。

 

2018年采暖季實測室內平均溫度18℃,整個采暖期一次也未啟動電鍋爐,全由太陽能供暖。項目供暖季運行費包括電費和運行維護費。電費根據實際發生收取。2018年測算為1.69元/m2,沒有運行維護費。第二年起將增加1元/㎡的運行維護費,假設2019年用電量相同,則年運行費為2.69/㎡。610m2建筑運行費1640元。

運行維護模式:質保期內免費,質保期后收取1元/㎡的運行維護費,直至壽命期止(企業承諾15年)。

3.聯供系統(含采暖)

利用太陽能集熱、短期蓄熱、溴化鋰制冷等技術,在適宜地區實施采暖、制冷、熱水聯供,是國內外提高太陽能全年綜合利用的常用方法。多年來,我國做了較多示范項目,如北京太陽能研究所辦公樓、皇明太陽能集團公司、力諾瑞特太陽能集團、大連希奧特太陽能有限公司綜合樓、內蒙古包頭市稀土高新區濱河新區企業辦公樓、中國建筑科學研究院零碳辦公樓、廊坊市智慧環境生態產業研究院、敦煌市首航節能光熱發電站廠前區綜合樓、宿舍等,技術不斷進步,日漸成熟,成功案例推動聯供系統進入商業化階段。

敦煌市首航節能光熱發電站廠前區綜合樓太陽能供熱/采暖/制冷三聯供項目

基本情況:項目位于敦煌市七里鎮,屬敦煌戈壁區域無集中供熱系統。2017年11月竣工,模式為太陽能+谷電。設計冬季供暖室溫20℃,夏季制冷室溫度25~26℃,全年年均日供(45℃熱水)24噸。2017、2018年分別對采暖、制冷性能進行了項目驗收,達到設計要求。

 

建筑概況:綜合辦公樓、宿舍建筑面積7480m2。

系統配置:太陽能集熱模塊:187組(785.4㎡),13度安裝;分層蓄熱水箱:105m3;500kW電磁輔助加熱系統;500kW低溫熱源溴冷機組。(上述部件涵蓋了建設單位多項專利技術,基于上述技術的前期公司綜合樓聯供示范于2013年獲得建設部科技成果獎。)

 

圖片來源:中裝希奧特

 

驗收實測:溴化鋰吸收式冷(溫)機組,運行溫度9~12℃,室溫設置25~26℃,實測室溫達24.4℃。供暖溫度也達到20℃設計要求。系統運行安全平穩、操控可靠、便捷。

經濟指標:初裝費388元/m2。

計算谷區輔助加熱系統電能消耗量289,610kWh(年總量)。谷區電價為0.24元/kWh,系統年運行費用為:69506元(約7萬元),折全年運行費9.3元/m2。

計算非太陽能系統(如空調+熱泵)年運行費用為:781589元(約78萬元)(該廠峰谷綜合電價為0.8元/kWh),折全年運行費104元/m2。

項目建設方負責人說:目前雖然各項數據指標與經濟節能性極佳,甲方也給予高度評價,但采暖期實際熱負荷未達設計負荷,節能量數據還需要進一步積累。

 

4.季節蓄熱采暖

地球上季節的變化是太陽輻射能量變化的結果,解決人類冬季采暖也要依靠陽光。采暖期陽光能量密度是一年中較低的。將非采暖期太陽輻射轉換的熱能儲存下來用于采暖期采暖稱為太陽能季節蓄熱技術,該技術的應用有利于進一步提升太陽能的貢獻率,提升太陽能+采暖的經濟性。丹麥人工湖季節蓄熱技術已進入大規模應用階段。加拿大土壤季節蓄熱技術也相對成熟,著名的(DLSC)社區2016年全系統供暖COP值達到17,獲得太陽能貢獻100%的世界紀錄。我國近兩年,清華大學承擔的科技支撐項目“基于太陽能長周期蓄熱的區域性建筑集中供暖系統集成與示范”階段性項目結題。四季沐歌、北京天普、維克萊恩、河北聚日等多家民營企業也開始不同類型的項目示范研究。

西藏浪卡子縣城太陽能集中供暖項目

項目為西藏浪卡子縣城15.6萬㎡建筑提供冬季供暖,設計一期解決縣城住宅、學校、醫院、賓館、部分辦公建筑等8.26萬㎡建筑,二期解決全部15.6萬㎡,同時還具有為縣城學校賓館等單位提供洗浴熱水的能力。項目建設方為北京市熱力工程設計公司、(中丹合資)日出東方阿康桑馬克大型太陽能系統工程技術公司、太陽雨集團公司聯合體。

項目可研原批復總投資1.7344億元,一期投資1.2044億元。按總投資每平米初投資1118元/㎡(含熱源廠、10km供暖管網、建筑節能改造等全部內容)。設計采用太陽能系統+水體蓄熱+電鍋爐(其中太陽能提供92%的采暖能源,不足部分由電鍋爐補充)。太陽能集熱器總面積2.43萬m2。全城達到當地建筑節能設計要求的采暖建筑,室內溫度在18~22℃;未做節能改造的采暖建筑,室內溫度在11~14℃,(建筑節能改造屬于二期工程)。

 

依據截至到2019年元月22日的數據,測算8個月采暖耗電平均成本3.63元/㎡。預測二期工程完成后,8個月采暖期平均耗電成本可控制在3元/㎡以下。

根據系統供暖運行前50多天數據,每天可以得到90~100MWh有效熱能;多云天每天可以得到50~70MWh有效熱能。供熱管網每天需要60~80MWh的熱能(該平板集熱器瞬時效率截距0.85,總熱損系數3.5W/m2·℃,國標/行標分別為0.72/0.74和6.0/5.5)。雖然項目完工時已到采暖季節,前期水池蓄熱量不能供暖,截至2019年1月22日,供暖能量仍然全部來自太陽能。昨天我看到實施監控數據,蓄熱水池水溫已經達到設計溫度。

該項目是全球海拔最高的太陽能集中供暖項目。是中國第一個商業化太陽能集中供暖項目。(資料:十三五規劃重點任務:到2020年,在適宜區域建設大型區域供熱站數量達到200座以上,集熱面積總量達到400萬平方米以上。《2016年全球可再生能源現狀報告》統計,全球2017年新增太陽能區域供暖15個,集熱器面積75萬m2,平均每個系統集熱器面積5萬m2。世界在運區域供熱系統總量達到296個。)

 

三、技術進步要點

1.四個認識

從發展過程看近幾年我國太陽能行業采暖技術伴隨至少四個方面的討論。

①太陽能貢獻率認識。是不是越高越好?國際同行經驗是否適宜中國?如何衡量經濟性?

②建筑保溫的認識。要不要考慮建筑保溫?建筑保溫與采暖系統是什么關系?怎么實施?(從不與考慮到一分采暖、九分保溫再到是產品的一部分)

③戶用和分布式集中的認識。農村一定要用戶用方式嗎?如何確定宜戶用還是分布集中式?

④太陽能資源差異的認識。太陽能+采暖是否具有普便適用性?國際同行給我們什么啟示?

2.七項技術

①設計。有企業已掌握需要多少熱量,能夠提供多少熱量,使設計達到預期。

②集熱。需求引導器件創新。多數企業使用的是專用的集熱器(真空管、平板、空氣)。

③儲熱與供熱。多家企業的保溫、防凍、分層等技術研究成果已經開始應用。

④全年綜合利用。在確保采暖效果基礎上,熱水、制冷、其他供熱應用在一些案例中體現。

⑤輔助能源利用。因地制宜、靈活多樣,有的有多種+,有的已把輔助能源變為保障能源。

⑥系統集成。由硬件設備的簡單集成向協同、優化、高效、便利、軟硬件結合發展。

⑦基于物聯網的運行維護。應用物聯網技術運維(甚至調試)的企業數量增加(平臺有企業專用和公共)。

伴隨技術進步,標準體系也在不斷完善。國標《太陽能供熱采暖工程技術規范》,行標《北方農村戶用太陽能采暖系統技術條件》、《北方農村戶用太陽能采暖系統性能測試及評價方法》、《太陽能供熱系統實時監測技術規范》2018年相繼形成了報批稿,吸收了企業多項技術成果,做好采暖必須認真學習。

學習相關術語、概念、熱工知識、掌握總體要求、安全要求、性能數據、衡量指標;學習設計思想,掌握熱負荷、氣象參數利用、集熱和蓄熱器計算方法、定量把握設計指標;學習性能測試方法、掌握評價方法和判定分級指標;需要更多企業掌握和不斷提高太陽能采暖技術水平,有更多的示范工程達到設計預期。

 

四、不利的影響因素

我國太陽能采暖技術發展也存在著不容忽視的不利因素。

1.惡性競爭。不是所有太陽能熱利用企業(包括工程商)都掌握了太陽能采暖技術。有產業環節不同,有技術差異,更有市場上的虛假宣傳,虛假業績,低價標,關系標等干擾技術發展,干擾技術進步,影響行業形象。

2.政策歧視。不應把可再生能源補貼政策限制在傳統能源補貼政策水平內。

清潔供暖要算:設備費和運行費整體賬;短期投入和長期補貼綜合賬;基礎、配套設施投資的國家賬;后期環境治理費用的長遠賬;國家能源體系的安全賬;百姓生活改善的幸福賬。

3.支撐滯后。國家科技支撐相對滯后,存在短視和輕視傾向,如季節蓄熱。廣大企業要積極開展產學研合作。

小結

近年來我國“太陽能+”采暖技術進步呈加快趨勢,理論指導、數據支撐、工程驗證、技術細化明顯。

短期蓄熱、季節蓄熱、聯供、系統集成等技術進步尤為突出,有人說,我國部分短期蓄熱的太陽能采暖項目已經達到國際水平,但包括許多骨干企業技術進步還不夠快。

“太陽能+”普遍適用于北方住宅和公共建筑清潔供暖。在相同建筑保溫條件下,取暖效果優于燃煤,經濟性優于常規能源,環保效益突出,還具有延長采暖期的靈活性,部分項目還有提供生活熱水功能。

高保證率的“太陽能+”運行費已遠低于當地電、氣單一能源費用,是居民可承受、具有幸福感的采暖模式,不依賴長期補貼,不會“停補反煤”,已催生出對單一電、氣清潔取暖項目再次改造的市場需求。

“太陽能+”的初投資隨著技術進步和規模擴大在逐步降低。各地政策應正確引導。

因地制宜的供熱站和戶用分布式相結合的布局或許是未來趨勢。

大量示范工程證實,“太陽能+”能夠達到15~30年壽命,配合市場化的供暖服務,具備大面積推廣的必要條件,市場前景不可限量。

國家和行業需要更多的企業掌握和提高技術水平。

觀察 | 從典型案例看我國太陽能采暖的技術進步因其質量好,價格低受到了廣大用戶好評,還負責上門安裝調試,可以先下單生產后再發貨、安裝,被廣泛使用在:學校宿舍集中供熱水工程、學校游泳池、賓館熱水工程、農家樂太陽能熱水工程等場所。,我公司的觀察 | 從典型案例看我國太陽能采暖的技術進步型號不一,規格齊全,河南新興暖通設備有限公司是鄭州最早從事太陽能熱水工程、空氣工程 的生產銷售安裝廠家之一,同時也是河南重要的熱水工程/空氣能工程和太陽能工程生產供應基地,能滿足您的各種需求,歡迎合作.安裝熱水工程電話:13653834335
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