日前印發(fā)的《河北省2018年冬季清潔取暖工作方案》稱，在全省試“光伏+”、“光熱+”0.85萬戶，預(yù)計(jì)投資3.4億元。

 

去年十部委印發(fā)的《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃（2017-2021）》要求，配合其他清潔供暖方式，到2021年，實(shí)現(xiàn)太陽能供暖面積目標(biāo)5000萬平方米。

 

常見太陽能供暖系統(tǒng)主要由熱量提供部分（集熱器和輔助熱源）、儲(chǔ)熱蓄熱部分、熱量使用部分（采暖末端設(shè)備）與控制部分這四個(gè)部分組成。為提高集熱效率，降低系統(tǒng)成本，更加高效可靠的太陽能采暖系統(tǒng)往往重視集熱器和輔助熱源的選擇，并輔以蓄熱系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

 

 

目前對(duì)太陽能供暖系統(tǒng)中集熱器的研究主要集中在集熱器的面積優(yōu)化、在不同地區(qū)的最佳傾角和最佳安裝角度、供暖溫度對(duì)集熱器效率的影響等。

 

根據(jù)實(shí)際情況，不同項(xiàng)目對(duì)集熱器選擇不同。集熱器按照是否聚光分為兩大類，即非聚光集熱器與聚光集熱器。

 

圖：阿壩州人民醫(yī)院太陽能采暖項(xiàng)目（真空管集熱器）

 

平板集熱器與真空管集熱器常見于太陽能熱水+采暖系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，但容易結(jié)垢，嚴(yán)寒環(huán)境下易結(jié)冰。北方地區(qū)眾多辦公與住宅太陽能采暖項(xiàng)目均使用這兩種集熱器，例如北京就有諸多案例。

 

北京市太陽能辦公采暖應(yīng)用——辦公項(xiàng)目

（來源：中國太陽能采暖現(xiàn)狀與趨勢(shì)分析報(bào)告）

 

北京市太陽能采暖項(xiàng)目——住宅應(yīng)用

（來源：中國太陽能采暖現(xiàn)狀與趨勢(shì)分析報(bào)告）

 

聚光集熱器能將陽光會(huì)聚在面積較小的吸熱面上，可獲得較高溫度，但只能利用直射輻射，且需要跟蹤太陽。

 

目前在中溫?zé)崂妙I(lǐng)域，已有不少采用槽式聚光集熱器的太陽能采暖項(xiàng)目建成。

 

一個(gè)典型案例是，內(nèi)蒙古旭宸新能源有限公司在包頭建成了10萬平方米的太陽能槽式光熱鏡場(chǎng)，可以滿足50萬平方米的供熱面積。該項(xiàng)目采用太陽能槽式聚光，通過導(dǎo)熱油輸送到地下的熱交換系統(tǒng)，經(jīng)過油水換熱設(shè)備，把太陽能儲(chǔ)存在保溫水箱，加熱后的熱水直接輸送到用戶家中，實(shí)現(xiàn)全程零排放、零污染，經(jīng)濟(jì)成本只有燃煤的四分之一，而且后期維護(hù)費(fèi)用很少。

 

圖：內(nèi)蒙古旭宸光熱供暖項(xiàng)目供熱的溫室

 

今年8月1日，成都博昱新能源有限公司（簡(jiǎn)稱“博昱新能”）3400余平米高原型槽式集熱器開始裝車發(fā)往西藏，計(jì)劃在西藏阿里地區(qū)建設(shè)當(dāng)?shù)刈畲笠?guī)模的槽式太陽能中溫?zé)崂庙?xiàng)目，于今年十月投運(yùn)。而在此前，博昱新能已在寧夏、陜西、西藏等多地建成槽式太陽能供暖項(xiàng)目。其產(chǎn)品可提供60攝氏度以上熱水到250攝氏度蒸汽的熱源，尤其適合太陽能資源好，電和燃?xì)夤┬璨黄胶饣蛘邆鹘y(tǒng)供熱成本過高的用戶。

 

圖：博昱西藏日喀則太陽能槽式中溫項(xiàng)目

 

在線性菲涅爾式集熱器利用方面，蘭州大成科技股份有限公司新區(qū)廠房提供了一個(gè)案例。經(jīng)測(cè)算，其屋頂菲涅爾式系統(tǒng)在2017年共承擔(dān)2萬平米廠房供暖和7000㎡辦公、生活設(shè)施供暖需求，采用太陽能作為主要供熱能源，低谷電作為輔助能源，在一個(gè)供暖季整體運(yùn)營費(fèi)用低于60萬元，運(yùn)營費(fèi)用比燃煤供暖降低75%，較天然氣供暖降低80%以上，極大節(jié)省了公司供暖成本。

 

圖：蘭州大成屋頂菲涅耳太陽能供暖系統(tǒng)

 

太陽能是一種不穩(wěn)定的能源，一個(gè)穩(wěn)定的太陽能采暖系統(tǒng)通常有經(jīng)濟(jì)可靠的輔助熱源。目前常用的輔助熱源有電加熱器、燃油鍋爐、燃?xì)忮仩t、燃煤鍋爐、生物質(zhì)鍋爐、熱泵等。

 

今年初，河北省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳下發(fā)了《河北省農(nóng)村地區(qū)太陽能取暖試點(diǎn)實(shí)施方案》。目前，“光伏+”“光熱+”的取暖模式正在河北地區(qū)推廣。

 

“光伏+空氣源熱泵”取暖系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)光伏電站、空氣能熱泵、能源管理平臺(tái)三者的適配組合，使用光伏電站作為空氣能熱泵的電能補(bǔ)充，空氣能熱泵通過空氣能、電能進(jìn)行供暖，光伏電站將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，補(bǔ)充空氣能熱泵所需的電力，能源管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)智能控制，提高能源利用效率，真正實(shí)現(xiàn)清潔取暖與能源投資的雙重目標(biāo)。

 

從河北保定市阜平城南莊、雄安新區(qū)安新縣馬村兩個(gè)示范項(xiàng)目的試運(yùn)行情況看，效果理想。以阜平縣城南莊的“光伏+空氣源熱泵”示范項(xiàng)目為例，面積為123.5平方米的農(nóng)戶家中，安裝了功率為5.4千瓦的屋頂光伏電站，以及功率5千瓦的空氣源熱泵及地暖系統(tǒng)。合計(jì)每個(gè)采暖季每平方米的采暖成本為23.2元。在采暖期外，光伏電站生產(chǎn)的電能，還能賣給國家電網(wǎng)，享受國家政策補(bǔ)貼。年可發(fā)電14萬度，相當(dāng)于節(jié)省標(biāo)煤48噸，減排二氧化碳約125噸、氮氧化物0.7噸、二氧化硫1.1噸。

 

光熱+電輔供暖系統(tǒng)晴天時(shí)，主要采用室外太陽能集熱器模塊提供熱源采暖，夜間或白天溫度達(dá)不到供暖要求的溫度時(shí)，電輔系統(tǒng)自動(dòng)加熱送暖，冬季室內(nèi)溫度設(shè)計(jì)溫度時(shí)，電輔系統(tǒng)自動(dòng)停止。

 

作為中關(guān)村產(chǎn)業(yè)園首批落戶雄安的12家高新技術(shù)企業(yè)之一，北京首航艾啟威節(jié)能技術(shù)股份有限公司在安新縣“太陽能光熱+電輔+儲(chǔ)熱”采暖案被評(píng)選為優(yōu)秀典型案例。

 

該項(xiàng)目供熱側(cè)為單戶100㎡采暖，2018年3月建成，用熱側(cè)為單戶建筑面積100平方米，非節(jié)能建筑（房齡20年），末端為暖氣片。該項(xiàng)目將收集的熱水儲(chǔ)存在專利分層式結(jié)構(gòu)儲(chǔ)水箱中，有效的將不同溫度的水分層儲(chǔ)存，降低熱損失。在太陽能儲(chǔ)熱量不足的前提下，以谷區(qū)低電價(jià)進(jìn)行電輔助加熱蓄能，從而戶溫不低于18度的采暖需求，系統(tǒng)設(shè)置為全區(qū)和谷區(qū)兩種模式，滿足不同用電補(bǔ)貼政策。

 

該系統(tǒng)太陽能供暖比例約40%，自動(dòng)調(diào)節(jié)保證室內(nèi)溫度在18度以上。進(jìn)水溫度不低于55度，回水溫度不低于45度。建設(shè)費(fèi)用單位采暖面積260元/㎡（單戶），一個(gè)采暖季(120天)理論用電量約4000度，折合標(biāo)準(zhǔn)煤12.81kg/㎡。一個(gè)采暖季的運(yùn)行費(fèi)用不高于1500元。

 

利用太陽能進(jìn)行供熱，需要克服太陽能周期性和不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，研究解決太陽能蓄熱技術(shù)，努力提高太陽能貢獻(xiàn)率，才能降低運(yùn)行費(fèi)用。

 

太陽能采暖蓄熱方式主要分為短期蓄熱和長(zhǎng)期蓄熱。對(duì)應(yīng)同一蓄熱系統(tǒng)形式，有兩種以上可選擇的蓄熱方式時(shí)，需要根據(jù)工程投資規(guī)模，當(dāng)?shù)氐臍庀?、水文、土壤條件進(jìn)行選擇。

 

短期蓄熱以天或周為蓄熱周期，其目的是為了維持一天（或一周）的熱能供需平衡。短期蓄熱主要有蓄熱水箱和相變蓄熱兩種。目前常用蓄熱方式為儲(chǔ)熱水箱和卵石蓄熱。儲(chǔ)熱水箱蓄熱時(shí)儲(chǔ)熱水箱的材質(zhì)和構(gòu)造強(qiáng)度應(yīng)滿足要求，能夠滿足所貯存水的容積，并且與系統(tǒng)最高工作壓力相匹配，確保不滲，不漏；水箱應(yīng)選擇耐腐蝕材料制作，并做內(nèi)表面防腐處理；還要做好水箱的保溫。空氣蓄熱系統(tǒng)的蓄熱裝置通常采用卵石蓄熱堆，卵石蓄熱堆可水平或垂直放在箱內(nèi)，卵石堆得熱分層可提高蓄熱性能，宜優(yōu)先選用垂直方式。

 

長(zhǎng)期蓄熱以季節(jié)或年為儲(chǔ)存周期，其目的是為了調(diào)節(jié)季節(jié)（或年）的熱量供需關(guān)系。長(zhǎng)期蓄熱以季節(jié)蓄熱為主。跨季節(jié)太陽能蓄熱系統(tǒng)根據(jù)蓄熱系統(tǒng)分為：水箱蓄熱、埋管蓄熱、蓄水層蓄熱和礫石-水蓄熱。

 

河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)太陽能季節(jié)性蓄熱綜合利用項(xiàng)目是國內(nèi)最大的商業(yè)化跨季節(jié)儲(chǔ)熱采暖及熱水綜合利用項(xiàng)目。該學(xué)項(xiàng)目與國外太陽能采暖的儲(chǔ)熱方式，如土壤儲(chǔ)熱、水池儲(chǔ)熱(地表之下)和一個(gè)整體大水罐儲(chǔ)熱、相變材料儲(chǔ)熱相比均不相同，采用228個(gè)大水箱進(jìn)行跨季節(jié)儲(chǔ)熱。

 

圖：河北經(jīng)貿(mào)河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)太陽能季節(jié)性蓄熱采暖及熱水應(yīng)用綜合項(xiàng)目

 

該項(xiàng)目由四季沐歌太陽能總體設(shè)計(jì)，總投資7000余萬元，采用橫雙排全玻璃真空管集熱器1380組，鋪設(shè)在14個(gè)樓面(宿舍樓樓面)，共使用真空管6.9萬支，總計(jì)集熱面積1.16萬㎡，總儲(chǔ)熱容量2萬余噸，末端采用翅片式散熱器采暖，采暖面積為48萬㎡。在節(jié)能減排方面，以系統(tǒng)運(yùn)行壽命15年計(jì)算，扣除非采暖季的熱能消耗，該項(xiàng)目可節(jié)電7006萬余度，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤近1萬噸。