多能互補(bǔ)供熱采暖發(fā)展方向探討

1、多能互補(bǔ)供熱采暖發(fā)展方向探討前言伴隨著國家對可再生能源應(yīng)用的重視，各種能源應(yīng)用形式頻出，其中一個(gè)非常重要的趨勢就是“從單一能源到多能源互補(bǔ)”。多能源組合既可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的，又可以互相彌補(bǔ)不同能源間的缺點(diǎn)，通過能源合理配置，提高居民綠色、舒適的生活品質(zhì)。近幾年，我國出現(xiàn)供暖需求和供暖現(xiàn)狀的矛盾、環(huán)境保護(hù)與大氣污染、化石能源枯竭與可再生能源穩(wěn)定性之間的矛盾，為了化解這些矛盾，多種能源協(xié)同供熱互補(bǔ)采暖必將成為國人關(guān)注的重點(diǎn)發(fā)展方向，本著節(jié)能環(huán)保，廣泛應(yīng)用綠色新能源的原則，今后多種能源協(xié)同供熱互補(bǔ)采暖系統(tǒng)工程中，必將以太陽能為主，其他能源為輔助能源的工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用趨勢。太陽能是一種取之不盡用之不

2、竭的可再生綠色能源，從而得到各國的親睞及重點(diǎn)扶植。能源的使用必須是穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟(jì)適用的，但是太陽能的利用存在強(qiáng)度低、不穩(wěn)定、不連續(xù)等問題，單純的太陽能利用在供熱采暖領(lǐng)域具有很大局限性，常規(guī)的太陽嫩供熱系統(tǒng)很難滿足“全天候”的供熱需求，為滿足“全天候”的要求，常規(guī)方法是采用電加熱為輔助熱源，但是電加熱容易引發(fā)安全問題，而且消耗大量高品質(zhì)能源，這就促使人們考慮其他低品質(zhì)能源或新能源作為太陽能的輔助能源協(xié)同利用。近年來，太陽能與熱泵、燃?xì)?、電、生物質(zhì)能等能源互補(bǔ)使用在逐步推廣，“能源集成”，“大光熱系統(tǒng)”成為當(dāng)下太陽能熱利用行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵詞。發(fā)展以太陽能為主，以其他穩(wěn)定的能源為輔助能源供熱工程是今

3、后新的發(fā)展方向，有廣闊的發(fā)展空間和巨大的市場前景，以下就以太陽能為主，其他能源為輔的多種能源協(xié)同供熱采暖的幾個(gè)發(fā)展方向以及各發(fā)展方向需要注意的問題加以探討。1、 太陽能熱泵太陽能集熱技術(shù)是利用太陽能集熱器，收集太陽輻射能把水或其他工質(zhì)加熱的新能源利用技術(shù)，是目前太陽能熱能應(yīng)用發(fā)展中最具經(jīng)濟(jì)價(jià)值、最成熟且已商業(yè)化的一項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)。而熱泵技術(shù)是一種節(jié)能制冷供熱技術(shù)，熱泵循環(huán)與制冷循環(huán)本質(zhì)上都是逆向循環(huán)，實(shí)際上就是一個(gè)反方向使用的制冷機(jī)，其熱能大部分來自周圍低溫的環(huán)境介質(zhì)，只有一部分由機(jī)械能轉(zhuǎn)變而成，以花費(fèi)少量機(jī)械功作為代價(jià)，將低溫環(huán)境的熱能轉(zhuǎn)移到較高的環(huán)境中。熱泵的構(gòu)造和制冷機(jī)是完全相同的，只是增加

4、了一個(gè)四通電磁換向閥改變制冷機(jī)的流向而已。太陽能熱泵是指把太陽能集熱技術(shù)和熱泵技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，利用太陽能作為蒸發(fā)器的主要熱源，把經(jīng)過熱泵技術(shù)提升品質(zhì)之后的輔助能源（如地?zé)嵩?、水源、空氣源）做為輔助能源，多種能源協(xié)同作用的供熱系統(tǒng)，太陽能熱泵可同時(shí)提高太陽能集熱器效率和熱泵系統(tǒng)性能。這種多能源協(xié)同作用的供熱系統(tǒng)既可以有效改善太陽能集熱的穩(wěn)定性、不可靠性和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性適用性，又可以在一定程度上避免空氣源熱泵、水源熱泵、地?zé)嵩礋岜玫仍谠袩嵩礈囟冗^低時(shí)引起的供熱能力和性能系數(shù)降低的問題，有效提高熱泵對使用環(huán)境的適應(yīng)性，具體到實(shí)際供熱采暖工程中，是采用空氣源熱泵、地源熱泵還是水源熱泵作為太陽能集熱的輔

5、助能源，要結(jié)合當(dāng)?shù)氐木唧w條件進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)。太陽能熱泵供熱采暖系統(tǒng)雖熱是多能互補(bǔ)供熱采暖的重要方向之一，但目前這種采暖系統(tǒng)還有若干需要重視的問題。1.1性能可靠性各種類型的太陽能熱泵性能都有待提高，要合理確定各部件之間的匹配關(guān)系以達(dá)到投資運(yùn)行最佳效益；要將系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建筑設(shè)計(jì)結(jié)合起來，充分考慮錯(cuò)能采暖系統(tǒng)的可靠性和安全性。山東光普太陽能工程公司辦公樓太陽能與空氣源熱泵聯(lián)合采暖工程1.2投資經(jīng)濟(jì)性能源結(jié)構(gòu)和燃料價(jià)格直接影響太陽能熱泵的經(jīng)濟(jì)性，例如，我國西部地區(qū)以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)以及較低的燃料價(jià)格必將影響太陽能熱泵的市場競爭力。同時(shí)，太陽能熱泵系統(tǒng)初投資偏高也是影響其經(jīng)濟(jì)性的重要因素之一，但是后期的

6、運(yùn)行費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用要比常規(guī)采暖方式低得多。1.3性能可行性系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用要充分考慮運(yùn)行的可行性，既要考慮系統(tǒng)性能又要考慮建筑美觀，要實(shí)行智能化控制，這需要各個(gè)專業(yè)、各個(gè)領(lǐng)域的人共同努力、相互配合。目前，在我國制約太陽能熱泵應(yīng)用的主要障礙是系統(tǒng)初投資較高以及政府、建筑設(shè)計(jì)人員和公眾對這一技術(shù)缺乏足夠的了解和認(rèn)識。通過政府部門、科研機(jī)構(gòu)和工程技術(shù)人員的共同努力，借鑒國內(nèi)外的成功經(jīng)驗(yàn)，我國太陽能熱泵將在供熱采暖領(lǐng)域得到較快的推廣和發(fā)展。2、太陽能與生物質(zhì)能互補(bǔ)全球權(quán)威能源機(jī)構(gòu)預(yù)測，到本世紀(jì)中期太陽能將成為人類能源構(gòu)成中的重要組成部分。我國陸地表面每年接受太陽輻射能相當(dāng)于約4.9萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，全國三

7、分之二的國土面積年日照在2200小時(shí)以上，年太陽輻射量超過5000兆焦耳每平方（相當(dāng)于170千克標(biāo)準(zhǔn)煤每平方米），豐富的太陽能資源，是中華民族賴以生存、永續(xù)繁衍的最寶貴的資源。生物質(zhì)是指通過光合作用而形成的各種有機(jī)體，包括所有的動植物和微生物。而所謂生物質(zhì)能，就是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式，即以生物質(zhì)為載體的能量。它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，可轉(zhuǎn)化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)、和氣態(tài)燃料，取之不盡、用之不竭，是一種可再生能源。地球上的生物質(zhì)能資源較為豐富，而且是一中無害的能源。地球每年經(jīng)光合作用產(chǎn)生的物質(zhì)有1730億噸，其中蘊(yùn)含的能量相當(dāng)于全世界能源消耗總量的1020倍，但目

8、前的利用率不到3%。我國是農(nóng)業(yè)大國，生物質(zhì)能資源非常豐富，年產(chǎn)量達(dá)8108多噸石油當(dāng)量，但是長期以來我國的生物質(zhì)能的利用率并不高。太陽能與生物質(zhì)能的結(jié)合有多種形式，如將太陽能集熱技術(shù)與生物質(zhì)厭氧發(fā)酵技術(shù)的結(jié)合，利用太陽能集熱能量實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)高溫發(fā)酵，降低品質(zhì)、不穩(wěn)定的太陽能和生物質(zhì)能向高品位沼氣化學(xué)能的轉(zhuǎn)換。此外，還可以利用太陽能集熱器和生物質(zhì)顆粒燃燒器聯(lián)合組成一個(gè)供暖系統(tǒng)，為建筑物提供冬季采暖和全年生活熱水所需的熱量。太陽能與生物質(zhì)能互補(bǔ)供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求滿足以下幾點(diǎn)要求：可在采暖季安全穩(wěn)定高效的運(yùn)行，穩(wěn)定地為建筑物提供采暖所需熱負(fù)荷；保證基本生活熱水的用量和水質(zhì)；提高太陽能的熱利用效率；降低

9、除投資和運(yùn)行成本；使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單緊湊。3、 太陽能與燃?xì)鈪f(xié)同利用太陽能是清潔的、可再生的能源，而且太陽能資源比較豐富，永不枯竭。但是太陽能的能流密度低，每平方米集熱器面積實(shí)際采集到的年平均太陽能輻射照度不到100w。能流密度隨地區(qū)、時(shí)間、日照角的不同而不同；太陽能受天氣因素影響較大，具有間歇性和不可靠性；太陽能自身不易儲存，必須轉(zhuǎn)化為其他形式才能儲存利用。若燃?xì)獗趻鞝t與太陽能熱水技術(shù)聯(lián)合使用，可緩解天然氣能源短缺的問題。單一的燃?xì)獗趻鞝t的出現(xiàn)代替了傳統(tǒng)的集中供暖的形式，但隨之而來也帶來了相應(yīng)弊端。部分城市要求燃?xì)夤静扇〈胧?，適當(dāng)控制民用采暖用氣，以緩解冬季用氣高峰期間天然氣供需矛盾，保證居

10、民炊事及洗浴用氣需求。家庭供暖可采用太陽能熱水為主并聯(lián)或串聯(lián)燃?xì)獗趻鞝t為輔的供暖形式。因太陽能是一種情結(jié)可再生的免費(fèi)資源，在經(jīng)濟(jì)及空間允許的條件下盡可能增大太陽能的利用即盡可能增大太陽能集熱器的面積。并且讓太陽能熱水多方面應(yīng)用（冬季采暖和提供生活熱水、其他季節(jié)提供生活熱水）。聯(lián)合運(yùn)行方式分燃?xì)獗趻鞝t前置式與后置式。所謂前置是是指燃?xì)獗趻鞝t安裝在水箱與換熱器之間；而后置式是指燃?xì)獗趻鞝t安裝在采暖系統(tǒng)側(cè)。大多數(shù)家庭用燃?xì)獗趻鞝t都兼生活熱水與采暖兩用，后置式安裝采暖系統(tǒng)系統(tǒng)水與生活熱水混用，給生活熱水水質(zhì)帶來了一定影響，所以相對而言前置式安裝是比較合理的方式。太陽能熱水系統(tǒng)與燃?xì)獗趻鞝t聯(lián)合運(yùn)行的形式

11、，解決了城市燃?xì)夤┝坎蛔愕那闆r。但是這套系統(tǒng)控制較為復(fù)雜還需要專業(yè)人員根據(jù)氣候具體情況有針對性的設(shè)計(jì)。以及施工安裝后，運(yùn)行調(diào)試都需要專業(yè)人員操作。4、 太陽能光熱與光電相結(jié)合利用太陽能光熱與光電相結(jié)合（pvt）利用是用光伏/光熱二合一收集器為核心的太陽能利用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)將光伏/光熱應(yīng)用合二為一，進(jìn)一步提高太陽能源的利用效率和擴(kuò)展太陽能利用的適用性。研發(fā)和利用熱傳導(dǎo)介質(zhì)可以保障太陽能電池板溫度和發(fā)電效率的基本穩(wěn)定，大幅度提高電池效率和低溫?zé)崃康睦寐剩瑢?shí)現(xiàn)較高的綜合效率，可保障系統(tǒng)在不需要外部供電條件下的自行運(yùn)行。利用傳熱優(yōu)化新技術(shù)，增大換熱面積、流體強(qiáng)制性流動、強(qiáng)化輻射、對流和熱傳導(dǎo)，多種換熱方

12、式協(xié)調(diào)作用，既能降低電池板的溫度，強(qiáng)化光伏電池板的散熱效果，提高發(fā)電效率，又能實(shí)現(xiàn)太陽能熱利用，為用戶提供熱水。同時(shí)系統(tǒng)在輸出相同能量的情況下比獨(dú)立的光伏、光熱系統(tǒng)占地面積更少，是一種具有廣闊前景的新型太陽能綜合利用技術(shù)，特別適用于電力和常規(guī)能源缺乏的偏僻地區(qū)。采用光熱光熱相結(jié)合技術(shù)的太陽能收集器是一種具有廣闊前景的太陽能綜合利用技術(shù)。具有以下優(yōu)點(diǎn)：集熱器具有較高的綜合效率；增強(qiáng)電池與吸熱版之間的傳熱效果，降低電池板溫度，延緩電池板老化，提高收集器的使用壽命；克服了光熱與光電收集器不見獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，光熱與光電各占各的集熱面積，綜合占地面積少；實(shí)現(xiàn)了同一套采集系統(tǒng)中熱電聯(lián)產(chǎn)，自發(fā)的部分電量通過蓄電

13、池蓄電可直接用于驅(qū)動光熱系統(tǒng)溫差自動循環(huán)的直流泵，減少常規(guī)能源的消耗。但是光熱光電相結(jié)合在工程應(yīng)用上要注意傳熱工質(zhì)的絕緣性涉及，保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。5、 總結(jié)隨著城鄉(xiāng)一體化的推進(jìn)和環(huán)保要求的日益提高，能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)的逐漸變化，加之建筑節(jié)能和計(jì)量收費(fèi)改革的推進(jìn)，供熱采暖方式日益多樣化。目前存在的各種供熱采暖方式都有其存在的合理性和適用條件，在選擇供熱采暖方式時(shí)，應(yīng)綜合考慮當(dāng)?shù)貧夂驐l件、環(huán)保要求、燃料結(jié)構(gòu)、能源效益和經(jīng)濟(jì)承受能力等因素，目前，政府部門、建筑設(shè)計(jì)部門、房地產(chǎn)、終端客戶等一致認(rèn)識到，太陽能系統(tǒng)只有和其他系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多能源互補(bǔ)，才能真正實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可持續(xù)性、舒適性和綜合節(jié)能。太陽能與其他能源互補(bǔ)使用已成為一種必然趨勢。尤其是隨著應(yīng)