太陽能區(qū)域供熱技術發(fā)展的國際經(jīng)驗

太陽能區(qū)域供熱技術發(fā)展的國際經(jīng)驗

1太陽能區(qū)域供熱發(fā)展現(xiàn)狀20世紀70年代末，能源行業(yè)的加熱（sdh）發(fā)展到了上世紀70年代末。由于中東石油危機對歐洲能源市場沖擊較大,中北歐地區(qū)為擺脫對傳統(tǒng)化石能源依賴,各國紛紛制定法規(guī)推動可再生能源發(fā)展,太陽能區(qū)域供熱在該能源背景下迅速發(fā)展起來。瑞典早在1979年和1980年就已經(jīng)建立兩個季節(jié)蓄熱太陽能區(qū)域供熱系統(tǒng);丹麥1979年建立太陽能泳池示范項目,基于其熱利用效率顯著,在原有集熱場基礎上發(fā)展太陽能區(qū)域供熱,目前丹麥已成為太陽能區(qū)域供熱發(fā)展最為成熟的國家;德國、奧地利等從上世紀90年代后也大力發(fā)展太陽能區(qū)域供熱,建設大量短期蓄熱和季節(jié)蓄熱太陽能區(qū)域供熱場。到2015年底,歐洲地區(qū)總共建立235個供熱負荷大于350KW(集熱器面積>500m隨著區(qū)域供熱由以煤和石油為主的第一代傳統(tǒng)技術,逐漸發(fā)展為石油、天然氣、太陽能、風能等多能互補第四代區(qū)域供熱技術,太陽能區(qū)域供熱技術也由最初的預熱區(qū)域熱網(wǎng)和夏季供熱水轉變?yōu)榧竟?jié)蓄熱太陽能供熱,這極大提升了太陽能保證率,解決太陽能季節(jié)分布不均和能流密度低的問題季節(jié)蓄熱將夏季太陽能蓄存起來用于冬季供熱,極大提升年太陽能供熱保證率。德國對4種常規(guī)顯熱蓄熱技術已經(jīng)積累豐富理論和實踐經(jīng)驗,季節(jié)蓄熱太陽能區(qū)域供熱場年太陽能供熱保證率由最初的20%提升到50%左右,實現(xiàn)最大化利用太陽能;顯熱蓄熱體較大,歐洲學者正在研究相變蓄熱、化學蓄熱、吸附蓄熱等新興蓄熱技術2太陽能區(qū)域供熱的年際變化從1979年世界上第一個太陽能區(qū)域供熱場建成至今,歐洲共建設規(guī)?；柲軈^(qū)域供熱場接近200個,并且集熱場規(guī)模也有逐年擴大的趨勢。中北歐1979年—2016年太陽能區(qū)域供熱發(fā)展趨勢見圖1,圖中給出當年建設最大規(guī)模太陽能區(qū)域供熱場集熱器鋪設面積和對應供熱負荷,從圖中可見歷年最大集熱場集熱器鋪設規(guī)模和供熱負荷基本呈現(xiàn)逐年增長的趨勢。以2016年為例,歐洲地區(qū)共建設1個15,6694m3太陽能集熱場規(guī)模效應通過對丹麥Braedstrup、Marstal、Dronninglund、Gram、Vojens等不同規(guī)模太陽能區(qū)域供熱場經(jīng)驗總結,筆者分析了不同集熱場規(guī)模下單位面積集熱器鋪設成本(包括集熱器材料成本、安裝成本、相關構件等成本),見圖2從圖2可知,集熱器鋪設規(guī)模為2,000m從圖3可知,集熱場規(guī)模為4,000m4蓄熱建設成本丹麥早期太陽能區(qū)域供熱場僅建有緩沖水箱,用于保證供熱溫度穩(wěn)定,但供暖季太陽輻照度較低,太陽能保證率較小,季節(jié)性供熱矛盾突出季節(jié)蓄熱體建設難度較大,必須盡可能減少熱損失,防止泄露、以及防止熱水溫度過高導致蒸氣效應等,因而建設成本較大,并制約集熱場的規(guī)模和供熱保證率。蓄熱建設成本主要包括土地平整、水池建設、工程垃圾處理、管網(wǎng)鋪設、隔水保溫材料鋪設安裝等費用。不同的儲熱方式適用于不同地域也對應不同儲熱成本,儲熱設施的建設首先需要選取適合當?shù)氐膬岱绞?并對儲熱建設投資進行優(yōu)化。圖4給出德國部分實際工程不同蓄熱技術成本從圖4可知,對水罐蓄熱,蓄熱體規(guī)模在300m坑式水池蓄熱(PTES)因其建設施工容易,蓄熱穩(wěn)定,歐洲地區(qū)絕大部分季節(jié)蓄熱均采用這種方式。其蓄熱成本也隨著蓄熱容積的增大而顯著降低,總結丹麥Marstal坑式水池工程及最近其他季節(jié)蓄熱工程建設經(jīng)驗5系統(tǒng)集熱成本分析基于前述分析,可以總結太陽能集熱場規(guī)模越大,單位面積集熱器成本越低;季節(jié)蓄熱體容積越大,單位體積蓄熱成本越低。單位面積集熱器成本降低和單位體積蓄熱成本降低將會直接影響最終的制熱成本?；趯W洲已建太陽能區(qū)域供熱站經(jīng)驗總結,分析不同集熱器成本和蓄熱成本對制熱成本的貢獻,制熱成本的貢獻計算如下:假設多能互補區(qū)域供熱系統(tǒng)供熱量為Q,熱源分別為A,B,C,D……,其中A為太陽能,單位熱成本為S;A,B,C,D……供熱成本分別為PS可見單位面積集熱器成本越低,單位熱成本就越低;集熱場鋪設規(guī)模為2,000m7太陽能供暖與供熱的比較基于上述分析可以得到以下幾點結論:(1)從歐洲太陽能區(qū)域供熱發(fā)展的趨勢來看,太陽能區(qū)域供熱場的規(guī)模越來越大,年太陽能保證率也相比初期提高很多;(2)集熱器鋪設規(guī)模越大,單位面積集熱器成本越低,有效降低系統(tǒng)初投資;(3)季節(jié)蓄熱體體積越大,單位體積蓄熱成本越低,有效降低蓄熱體建設成本;(4)集熱器和蓄熱體成本降低,促進了制熱成本的降低,從而有利于降低最終供熱熱價。當前,我國北方地區(qū)正推進清潔能源供熱,而太陽能供暖正是一種備受推崇的清潔供熱技術。歐洲地區(qū)豐富的工程經(jīng)驗數(shù)據(jù)及成熟的商業(yè)模式為我國太陽能供暖發(fā)展提供借鑒參考。發(fā)展