太陽能區(qū)域供熱技術(shù)發(fā)展的國際經(jīng)驗(yàn)

太陽能區(qū)域供熱技術(shù)發(fā)展的國際經(jīng)驗(yàn)

1太陽能區(qū)域供熱發(fā)展現(xiàn)狀20世紀(jì)70年代末，能源行業(yè)的加熱（sdh）發(fā)展到了上世紀(jì)70年代末。由于中東石油危機(jī)對(duì)歐洲能源市場沖擊較大,中北歐地區(qū)為擺脫對(duì)傳統(tǒng)化石能源依賴,各國紛紛制定法規(guī)推動(dòng)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(gè)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(xiàng)目,基于其熱利用效率顯著,在原有集熱場基礎(chǔ)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(jì)90年代后也大力發(fā)展太陽能區(qū)域供熱,建設(shè)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(gè)供熱負(fù)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(shù),逐漸發(fā)展為石油、天然氣、太陽能、風(fēng)能等多能互補(bǔ)第四代區(qū)域供熱技術(shù),太陽能區(qū)域供熱技術(shù)也由最初的預(yù)熱區(qū)域熱網(wǎng)和夏季供熱水轉(zhuǎn)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(duì)4種常規(guī)顯熱蓄熱技術(shù)已經(jīng)積累豐富理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),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(shí)現(xiàn)最大化利用太陽能;顯熱蓄熱體較大,歐洲學(xué)者正在研究相變蓄熱、化學(xué)蓄熱、吸附蓄熱等新興蓄熱技術(shù)2太陽能區(qū)域供熱的年際變化從1979年世界上第一個(gè)太陽能區(qū)域供熱場建成至今,歐洲共建設(shè)規(guī)模化太陽能區(qū)域供熱場接近200個(gè),并且集熱場規(guī)模也有逐年擴(kuò)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(dāng)年建設(shè)最大規(guī)模太陽能區(qū)域供熱場集熱器鋪設(shè)面積和對(duì)應(yīng)供熱負(fù)荷,從圖中可見歷年最大集熱場集熱器鋪設(shè)規(guī)模和供熱負(fù)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(shè)1個(gè)15,6694m3太陽能集熱場規(guī)模效應(yīng)通過對(duì)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(yàn)總結(jié),筆者分析了不同集熱場規(guī)模下單位面積集熱器鋪設(shè)成本(包括集熱器材料成本、安裝成本、相關(guān)構(gòu)件等成本),見圖2從圖2可知,集熱器鋪設(shè)規(guī)模為2,000m從圖3可知,集熱場規(guī)模為4,000m4蓄熱建設(shè)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(shè)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(dǎo)致蒸氣效應(yīng)等,因而建設(shè)成本較大,并制約集熱場的規(guī)模和供熱保證率。蓄熱建設(shè)成本主要包括土地平整、水池建設(shè)、工程垃圾處理、管網(wǎng)鋪設(shè)、隔水保溫材料鋪設(shè)安裝等費(fèi)用。不同的儲(chǔ)熱方式適用于不同地域也對(duì)應(yīng)不同儲(chǔ)熱成本,儲(chǔ)熱設(shè)施的建設(shè)首先需要選取適合當(dāng)?shù)氐膬?chǔ)熱方式,并對(duì)儲(chǔ)熱建設(shè)投資進(jìn)行優(yōu)化。圖4給出德國部分實(shí)際工程不同蓄熱技術(shù)成本從圖4可知,對(duì)水罐蓄熱,蓄熱體規(guī)模在300m坑式水池蓄熱(PTES)因其建設(shè)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(jié)丹麥Marstal坑式水池工程及最近其他季節(jié)蓄熱工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)5系統(tǒng)集熱成本分析基于前述分析,可以總結(jié)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(huì)直接影響最終的制熱成本。基于對(duì)歐洲已建太陽能區(qū)域供熱站經(jīng)驗(yàn)總結(jié),分析不同集熱器成本和蓄熱成本對(duì)制熱成本的貢獻(xiàn),制熱成本的貢獻(xiàn)計(jì)算如下:假設(shè)多能互補(bǔ)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(shè)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(diǎn)結(jié)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(shè)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(shè)成本;(4)集熱器和蓄熱體成本降低,促進(jìn)了制熱成本的降低,從而有利于降低最終供熱熱價(jià)。當(dāng)前,我國北方地區(qū)正推進(jìn)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(shù)。歐洲地區(qū)豐富的工程經(jīng)驗(yàn)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