太陽(yáng)能區(qū)域供熱技術(shù)的國(guó)際經(jīng)驗(yàn)與啟示

太陽(yáng)能區(qū)域供熱技術(shù)的國(guó)際經(jīng)驗(yàn)與啟示

1sdh太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)在能源行的區(qū)域加熱（sdh）基于區(qū)域熱網(wǎng)的用戶提供加熱服務(wù)。傳統(tǒng)區(qū)域供熱主要以化石能源、工業(yè)余熱為熱源,SDH則是在原有區(qū)域供熱系統(tǒng)不變的情況下,采用太陽(yáng)能集熱器吸收太陽(yáng)能,通過(guò)太陽(yáng)能集熱管網(wǎng)系統(tǒng)輸送到區(qū)域供熱熱廠或換熱站,向市政區(qū)域熱網(wǎng)供熱,最終為熱用戶提供供暖和生活熱水所需熱量,太陽(yáng)能是區(qū)域供熱系統(tǒng)熱源之一。根據(jù)集熱器鋪設(shè)規(guī)模SDH系統(tǒng)可分為集中式和分布式2種,為提高太陽(yáng)能保證率,常建有季節(jié)蓄熱設(shè)施SDH在中北歐地區(qū)得到較快發(fā)展,技術(shù)已十分成熟,并且實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。截至2015年,歐洲SDH總裝機(jī)容量達(dá)745MW2太陽(yáng)能供暖經(jīng)驗(yàn)及投資情況國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示,2015年我國(guó)城鎮(zhèn)區(qū)域供熱面積達(dá)67.22億m我國(guó)太陽(yáng)能供暖發(fā)展已有10余年歷史,前期主要為太陽(yáng)能戶式供暖,廣泛用于農(nóng)村地區(qū);近年來(lái)逐漸發(fā)展到利用太陽(yáng)能為學(xué)校、公共建筑、小區(qū)供暖,實(shí)現(xiàn)小規(guī)模應(yīng)用,主要用于無(wú)城市熱力覆蓋區(qū)域的供暖。筆者在2016年實(shí)地調(diào)研了多個(gè)太陽(yáng)能供暖工程,對(duì)企業(yè)、用戶、政府進(jìn)行走訪,總結(jié)當(dāng)前太陽(yáng)能供暖工程經(jīng)驗(yàn),探討SDH在中國(guó)發(fā)展的可行性。調(diào)研結(jié)果表明,采用太陽(yáng)能供暖具有較大的節(jié)能性,北京將軍關(guān)村一戶農(nóng)村太陽(yáng)能供暖用戶透露,200m國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能系統(tǒng)設(shè)備制造水平較低,太陽(yáng)能企業(yè)缺乏規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維規(guī)?；?yáng)能供暖系統(tǒng)能力;采用太陽(yáng)能供暖初投資較高,雖然政府對(duì)太陽(yáng)能熱水發(fā)展給予了政策支持和財(cái)政補(bǔ)貼,但太陽(yáng)能供暖沒(méi)有受到重視;太陽(yáng)能供暖示范項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)效果差,壽命短。從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、政策三方面都制約了中國(guó)太陽(yáng)能供暖的發(fā)展。2.1太陽(yáng)能供暖及熱水系統(tǒng)未充分利用因政府鼓勵(lì)采用清潔能源供熱,故太陽(yáng)能供暖及熱水系統(tǒng)多設(shè)計(jì)為生物質(zhì)鍋爐輔助太陽(yáng)能供暖,但缺乏對(duì)當(dāng)?shù)厣镔|(zhì)資源的充分論證,實(shí)際使用中多為燃煤鍋爐或電鍋爐輔助太陽(yáng)能供暖。農(nóng)村太陽(yáng)能供暖及熱水系統(tǒng)基于最大化利用太陽(yáng)能的原則設(shè)計(jì),盡可能在屋頂最大面積鋪設(shè)集熱器,并沒(méi)有對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,夏天容易過(guò)熱,必要時(shí)需遮蓋部分集熱器。太陽(yáng)能供暖及熱水系統(tǒng)中,沒(méi)有進(jìn)行管網(wǎng)系統(tǒng)水力計(jì)算,依靠經(jīng)驗(yàn)選取水泵,導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中集熱循環(huán)水泵故障較多。太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)管網(wǎng)布局較為混亂,系統(tǒng)調(diào)試、后期運(yùn)維難度較大。2.2緩沖儲(chǔ)熱水箱布局不合理集熱器安裝缺乏規(guī)范性,與屋頂結(jié)合不夠牢固,不僅影響屋頂結(jié)構(gòu)安全,而且對(duì)地面行人也構(gòu)成安全威脅。緩沖儲(chǔ)熱水箱布局不合理,多安裝在2層,出現(xiàn)滲水、漏水,嚴(yán)重影響居民的生活。建議布置在盥洗室。太陽(yáng)能集熱管網(wǎng)直接穿過(guò)建筑屋頂,造成屋頂漏水;管網(wǎng)鋪設(shè)混亂,缺乏必要的標(biāo)識(shí);水箱、集熱管網(wǎng)缺乏規(guī)范的保溫處理。2.3能供暖系統(tǒng)故障農(nóng)村太陽(yáng)能供暖的運(yùn)維主要由用戶個(gè)人進(jìn)行,由于缺乏專業(yè)知識(shí)和規(guī)范的運(yùn)維手冊(cè),存在很多用戶對(duì)太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)的故障束手無(wú)策、強(qiáng)制性改變管網(wǎng)設(shè)備、采用水代替防凍劑注入太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)、私自添加電鍋爐供暖、改變溫控裝置、自己更換水泵等問(wèn)題。對(duì)于農(nóng)村地區(qū)區(qū)域性太陽(yáng)能供暖項(xiàng)目,有必要建立區(qū)域運(yùn)維服務(wù)點(diǎn),撰寫系統(tǒng)運(yùn)維手冊(cè)供用戶學(xué)習(xí),便于后期運(yùn)維,保證太陽(yáng)能供暖效率,延長(zhǎng)太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)壽命。3中國(guó)sdh技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析3.1高效安裝成本大型平板集熱器(見(jiàn)圖2)便于地面安裝和屋頂安裝,能有效降低項(xiàng)目建設(shè)費(fèi)用,從而減小初投資;大型平板集熱器價(jià)格低、性能好,使用壽命高達(dá)25a以上太陽(yáng)輻照度G為800W/m式中η單位面積大型平板集熱器安裝成本(含集熱器產(chǎn)品成本、運(yùn)送、安裝等所有費(fèi)用)見(jiàn)圖4。其總體規(guī)律為:隨集熱場(chǎng)規(guī)模(集熱器面積)增大,單位面積集熱器安裝成本逐漸降低。太陽(yáng)輻照度為800W/m3.2儲(chǔ)熱設(shè)施建設(shè)太陽(yáng)能能流密度(單位輻射面積所接受的太陽(yáng)輻射能量)低,受天氣變化影響大,穩(wěn)定性差;冬夏供熱負(fù)荷不平衡,為提高太陽(yáng)能保證率,需建設(shè)儲(chǔ)熱設(shè)施。SDH儲(chǔ)熱技術(shù)分為短期儲(chǔ)熱和季節(jié)蓄熱。短期儲(chǔ)熱一般是儲(chǔ)存一天到一周的熱量,常用于預(yù)熱區(qū)域供熱管網(wǎng),儲(chǔ)熱設(shè)施為短期儲(chǔ)熱水罐和區(qū)域熱網(wǎng),短期儲(chǔ)熱指標(biāo)為單位面積集熱器220~250L。工程常用的4種季節(jié)蓄熱技術(shù)主要為蓄熱水箱、坑式蓄熱水池、地埋管鉆井蓄熱、含水土層蓄熱3.3發(fā)展可持續(xù)能源低溫區(qū)域供熱采用較低的供回水溫度,有利于減少管網(wǎng)熱損失,提高系統(tǒng)效率,促進(jìn)可再生能源、熱電聯(lián)產(chǎn)等多能互補(bǔ)系統(tǒng)利用,推行可持續(xù)能源發(fā)展。其供水溫度介于30~70℃之間,采用預(yù)制保溫雙管,為新建建筑(每個(gè)供暖季建筑供暖負(fù)荷<25kW·h/m3.4多能互補(bǔ)技術(shù)國(guó)家能源技術(shù)創(chuàng)新“十三五”規(guī)劃提出到2020年非化石能源占我國(guó)能源供給比例將達(dá)到15%3.5sdh系統(tǒng)熱價(jià)分析當(dāng)前我國(guó)京津冀地區(qū)大力推進(jìn)清潔能源供熱,本文選取北京地區(qū)氣象參數(shù)和歐洲地區(qū)技術(shù)成熟的5種SDH模式,建立虛擬模型,分析SDH在北京地區(qū)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性,并與傳統(tǒng)燃煤、燃?xì)鈪^(qū)域供熱進(jìn)行對(duì)比分析根據(jù)上述數(shù)據(jù),采用SUNSTORE4-Feasibility-Evaluation-Tool模擬軟件由圖7可以看出:SDH系統(tǒng)1的熱價(jià)為531元/(MW·h),高于燃煤區(qū)域供熱和常規(guī)區(qū)域供熱,但低于燃?xì)鈪^(qū)域供熱。SDH系統(tǒng)2~5的熱價(jià)均低于常規(guī)區(qū)域供熱,其中以SDH系統(tǒng)3,5的熱價(jià)最低,為364元/(MW·h),但SDH系統(tǒng)3建有季節(jié)蓄熱裝置,能連續(xù)、穩(wěn)定供熱。由此可見(jiàn)太陽(yáng)能區(qū)域供熱具有一定的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)。SDH系統(tǒng)雖然初投資較高,但由于其運(yùn)維成本較低,20a動(dòng)態(tài)投資回收期內(nèi)熱價(jià)較常規(guī)區(qū)域供熱要低。4中國(guó)sdh市場(chǎng)潛力和環(huán)境效益分析4.1供熱能力展望通過(guò)分析國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的中國(guó)城市區(qū)域供熱數(shù)據(jù)得出:2015年中國(guó)區(qū)域供熱負(fù)荷達(dá)339326MW,供熱面積達(dá)67.22億m從圖8可以看出:中國(guó)區(qū)域供熱能力呈現(xiàn)逐年增長(zhǎng)趨勢(shì),這與我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相適應(yīng),居民對(duì)改善冬季室內(nèi)熱舒適需求越來(lái)越高,不僅北方地區(qū)需要供熱,南方地區(qū)供暖呼聲也十分強(qiáng)烈,可以預(yù)見(jiàn)短期區(qū)域供熱能力將進(jìn)一步增長(zhǎng)。據(jù)此對(duì)未來(lái)5a區(qū)域供熱市場(chǎng)進(jìn)行預(yù)測(cè),到2020年中國(guó)區(qū)域供熱能力將達(dá)到407.973GW,相比2015年增長(zhǎng)68.647GW,見(jiàn)圖9。2030年中國(guó)區(qū)域供熱總能力將達(dá)到536.734GW。同時(shí)單位面積供熱負(fù)荷呈現(xiàn)逐年下降趨勢(shì),說(shuō)明我國(guó)建筑節(jié)能改造和區(qū)域供熱管網(wǎng)改造成果顯著,尤其是區(qū)域供熱管網(wǎng)改造將為低溫?zé)嵩吹牟⑷胩峁┢脚_(tái)。4.2既有區(qū)域供熱發(fā)展清潔能源供熱根據(jù)國(guó)家能源局發(fā)布的能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃,2020年區(qū)域供熱清潔能源占比將達(dá)到15%,2030年?duì)幦∵_(dá)到20%。以2015年的區(qū)域供熱能力為基準(zhǔn),在既有區(qū)域供熱改造中,假設(shè)清潔能源承擔(dān)供熱負(fù)荷份額分別為5%,10%,15%,20%,可得到清潔能源承擔(dān)的供熱負(fù)荷,見(jiàn)圖10。從圖10可以看出:按照國(guó)家能源規(guī)劃提出的2020年區(qū)域供熱清潔能源占15%的目標(biāo),我國(guó)既有區(qū)域供熱改造中清潔能源供熱負(fù)荷將達(dá)50.899GW;按2030年占20%的目標(biāo),清潔能源供熱負(fù)荷將達(dá)67.863GW?，F(xiàn)階段即使只完成5%,供熱負(fù)荷也達(dá)16.966GW,清潔能源供熱市場(chǎng)很大。4.3年增長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)和能源供熱假設(shè)未來(lái)新增區(qū)域供熱負(fù)荷中清潔能源供熱負(fù)荷份額均在20%以上,根據(jù)圖9計(jì)算可得到每年新增清潔能源供熱負(fù)荷,見(jiàn)表5。2017年預(yù)計(jì)新增清潔能源區(qū)域供熱將達(dá)3.324GW,2020年新增清潔能源區(qū)域供熱將達(dá)4.155GW,5a總計(jì)新增17.873GW。4.4sdh在綠色能源加熱中的潛在能力和環(huán)境效益分析假設(shè)年均太陽(yáng)輻照度為800W/m4.4.1設(shè)面積的確定既有區(qū)域供熱清潔能源改造發(fā)展SDH供熱負(fù)荷及集熱器鋪設(shè)面積見(jiàn)表6,7?？梢钥闯?清潔能源供熱占區(qū)域供熱的5%且SDH占清潔能源供熱的5%時(shí),SDH供熱負(fù)荷為0.848GW,SDH集熱器最大鋪設(shè)面積為673萬(wàn)m4.4.2積分積表1新增區(qū)域供熱SDH供熱負(fù)荷及集熱器鋪設(shè)面積見(jiàn)表8,9?？梢钥闯?2017年SDH占比5%的情況下,供熱負(fù)荷為166MW,SDH集熱器鋪設(shè)面積達(dá)132萬(wàn)m4.4.3環(huán)境效應(yīng)分析發(fā)展太陽(yáng)能區(qū)域供熱不僅具有較大的節(jié)能潛力,還有很好的環(huán)境效益。根據(jù)《太陽(yáng)能供熱采暖工程應(yīng)用技術(shù)手冊(cè)》,單位面積集熱器年CO5太陽(yáng)能區(qū)域供熱中國(guó)區(qū)域供熱市場(chǎng)巨大,未來(lái)一段時(shí)間區(qū)域供熱能力仍將保持增長(zhǎng);但我國(guó)區(qū)域供熱供回水溫度高,熱損失大,應(yīng)加大區(qū)域供熱管網(wǎng)改造,發(fā)展低溫區(qū)域供熱技術(shù),為以太陽(yáng)能為主的低溫?zé)嵩床⒕W(wǎng)區(qū)域供熱提供平