（电气工程专业论文）太阳能替代电能的冷暖供应系统方案研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 论文首先对可再生清洁能源太阳能产生的背景和意义以及国内外对太阳能利 用的概况和发展趋势进行了概述，指出2 0 0 6 年作为“十一五”开局的首年，全国没 有实现年初确定的单位国内生产总值能耗降低4 左右、主要污染物排放总量减少2 的目标。中国实现了国内生产总值翻一番，但煤炭在一次能源消费的比重仍然维 持在七成左右。巨大的煤炭产能和燃煤消费方式已经成为中国经济有别于同等水平 国家的经济特色，这是中国难以实现节能、降耗双减目标的体系性原因。由此反映 论文研究的价值和意义。 然后将生命周期理论的发展概况、内涵、知识框架及基于生命周期的经济、能 源、环境( e e e ) 分析模型做了阐述，指出生命周期评价理论，它的规则，指导原则 和系统定义可以被经济技术分析借鉴，形成经济技术的生命周期评价方法，即生命 周期的e e e 分析。它贯穿产品生命周期全过程，从获取原材料、生产、使用直至最 终处置。 同时还介绍了太阳能冷暖供应系统出现的背景、应用的基础和意义，工作原理 和实现技术等相关内容，指出太阳能冷暖供应系统技术是成熟的和在国外已应用多 年，适合中国国情和重庆地区气候特点。另外还强调考察太阳能系统的投资必须从 金寿命周期的角度来考察，从经济性、环境能源的角度来考察，不论是太阳能还是 常规能源，其经济性均要从内部效果和外部效果两方面来分析内部效果是指直接 因能源系统的工程原理而提供的能量，外部效果包括间接因系统工作原理而额外获 得的能量、节省的能量以及其它方面的好处。有时外部效果的经济贡献往往又非常 明显，甚至要超出内部效果的贡献，如不考虑外部效果因素，得到的结论将可能有 失偏颇，甚至是错误的。就会走入太阳能的利用技术和方案的经济性不如常规能源 的误区 最后通过对太阳能冷暖供应装置替代电力空调的可行性进行分析，并利用生命 周期的综合评价模型和重庆地区太阳能冷暖供应系统生命周期e e e 分析的方法，进 行综合分析和评价，最终褥出结论。利用太阳能冷暖供应系统替代电能空调的方案 具有较好的经济性和可行性，对重庆经济的可持续发展具有重要战略意义。 关键词：太阳能替代电能冷暖供应系统方案研究 重庆大学硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t t h i sp a p e rf i r s ti n t r o d u c e st h eb a c k g r o u n da n dt h es i g n i f i c a n c eo fs o l a rp o w e r t h e r m a ls u p p l ys y s t e mi n s t e a do f p o w e r a n dt h ec u r r e n ts i t u a t i o na n dd e v e l o p m e n tt r e n d o fs o l a rp o w e ru t i l i z a d o na th o m ea n da b r o a di si n t r o d u c e dt o o a n dp o i n t e do u tt h a tt h e y e a ro f2 0 0 6i s 勰t h eb e g i n n i n gy e a ro f t h ee l e v e n t hf i v ey e a r s ”t h en a t i o nh a sn o t r e a l i z e dt h ee v e r yu n i tg d pe n e r g yc o r l s u m p l j o nt or e d u c ea b o u t4 t h em a i nt o t a l q u a n t i t yp o l l u t a n td i s c h a r g e st or e d u c e2 c h i n ah a sa c h i e v e dt h a tg d pg e tt od o u b l e , b u tt h ep r o p o r t i o no fc o a le n e r g yi so fa b o u ts e v e nt e n t h s t h eh u g ec o a lp r o d u c t i o na n d c o n s u m p t i o ni so n eo f c h i n e s ee c o n o m yc h a r a c t e r i s t i ct h a ti s n ta ss o o na st h es a m el e v e l h o r i z o n t a ln a t i o n a le c o n o m i c a lc o u n t r y t h i sw a sw h yc h i n ac a nn o tc o l l i et r u et os a v e t h ee n e r g ya n dr e d u c e st h ec o n s u m p t i o n f r o mt h ea b o v ea l s or e f l e c t i o nt h ep a p e r r e s e a r c h sv a l u ea n ds i g n i f i c a n c e t h e nt h ep a p e rd i s c u s s e st h el i f ec y c l e t h e o r y sd e v e l o p m e n ts u r v e y ，t h ec o n n o t a t i o n , t h ek n o w l e d g ef r a m ea n db a s e d0 1 1t h ef i f ec y c l ee c o n o m y ，t h ee n e r g y , t h ee n v i r o n m e n t ( e e e ) a n a t y z e dm o d e l ，p o i n t e do u tt h el i f ec y c l ea p p r a i s a lt h e o r y , i t sr u l e ，t h eg u i d i n g p r i n c i p l ea n d t h es y s t e md e f i n i t i o nm a yb ea m l y z c da n du s e df o rr e f e r e n c eo ne c o n o m i c a l t e e l m i q u e t h ee c o n o m i c a lt e e l m i e a lf i f ec y c l ea p p r a i s a lm e t h o di sf o r m e d , n a m e l y l i f e e y c l ee e ea n a l y s i s i tp a s s e st l 蛐o u g hp r o d u c tl i f ec y c l ee n t i r ep r o c e s s ，g a i n i n g t h el a wm a t e r i a l t h ep r o d u c t i o na n dt h eu s et of i n a l l yh a n d l e s t h ep a p e ra l s oi n t r o d u c e d t h eb a e k g r o u n c t , t h ef o u n d a t i o na n ds i g n i f i c a n c eo f a p p l i c a t i o no ft h es o l a rp o w e rt h e r m a ls u p p l ys y s t e m , a n dt h ep r i n c i p l eo fw o r ka n d r e a l i z a t i o nt e e l m o l o g ya f ei n l x o d u c e da sw e l l p o i n t e do u tt h es o l a rp o w e rt h e r m a ls u p p l y s y s t e mt e c h n o l o g yi sm a t u r ea n di th a sa p p l i e dm a n yy e a r si no v e i s e 8 s i tf i t st h ec h i n e s e i l a a i o n a lc o n d i t i o na n dt h ec h o n g q i n gr e g i o n a lc l i m a t ee h a m e t e r i s t i e m o r e o v e rt h ep a p e r a l s oe m p h a s i z e dt h ei n s p c c - - t i o nt h es o l a rp o w e rt h e r m a ls u p p l ys y s t e m si n v e s t m e n tm u s t b ef r o mt h ee n t i r el i f ec y c l e , f r o mt e r m i n a lu s e r _ ，f r o me f f i e i e n t t h ee n v i r o n m e n ta n d e n e r g ys o u l * c ea s p e c tn om a t t e rt h es o l a re n e r g yo rt h ec o n v e n t i o n a le n e r g ys 0 1 1 r c e i t s e f f i c i e n c ym u s ta n a l y z e sf r o mt h et w oa s p e c t so fi n t e m a le f f e c ta n de x t e l i o re f f e c t t h e i n t e m a le f f e c tr e f e r st od i r e c t l yt h ee n e r g yp r o v i d e sb e c a u s eo f t h ee n e r g ys y s t e mp r o j c c t p r i n c i p l e , a n dt h ee x t c 丽o l re f f e c ti n c l u d i n gi n d i r e c t l ye n e r g y , s a v e de n e r g ya n do t h e r a s p e c t sb e c a u s eo f t h ee n e r g ys y s t e mp r o j e c tp r i n c i p l e s o m e t i m e se x t e r i o re f f e c tf o rt h e e c o n o m i c a le o n l r i b u l i o ni so b v i o u s ，e v e ns u r p a s st h ei n t e r n a le f f e c tf o rt h ee o n l r i b u t i o n 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 s oj fd on o tc o n s i d e re x t e r i o rf a c t o r , t h ec o n c l u s i o np o s s i b l yw i l lh a v el o s e sb i a s e d , e 1 g l l w i l lb ew r o n g m a y b eg e tt h ew r o n gc o n c l u s i o nt h a tt h es o l a rp o w e r se f f i c i e n c yi s i n f e r i o rt ot h ec o n v e n t i o n a le n e r g ys o u r c e f i n a l l y , t h r o u g ht h ea i l a l y z i i l gt h ef e a s i b i l i t yt h a tt h ee q u i p m e n t so ft h es o l a rp o w e r t h e r m a ls u p p l ys y s t e ms u b s t i t u t ee l e c t r i c a la i r - c o n d i t i o n i n g a n du s i n gl i f ec y c l es y n t h e s i s a p p r a i s a lm o d e la n dt h es o l a rp o w e rt h e r m a ls u p p l ys y s t e ml i f ec y c l ee e ea n a l y s i s m e t h o di nc h o n g q i n ga r e a c a r r i e so nt h eg e n e r a l i z e da n a l y s i sa n da p p 均i s 髑，d r a w st h e c o n c l u s i o n 缸l a s t u s et h ep r o j e c to fs o l a rp o w e rt h e r m a ls u p p l ys y s t e mt or e p l a c e e l e c t r i c a la i r - c o n d i t i o n i n gh a sb e t t e re f f i c i e n c ya n dt h ef e a s i b i l i t y ，a n di th a ss 虹a t a g e m s i g n i f i c a n c e f o r t h es u s t a i n a b l e e c o n o m i c d e v e l o p m e n t o f c h o n g q i n g k e y w o r d s ：s o l a r - e n e r g y , i n s t e a do f , p o w e r , t h e r m a ls u p p l ys y s t e m , p r o j e c tr e s e a r c h 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重鏖盔堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名； 韦参签字日期：撕9 年月占日 j 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重医太堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重废太堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于， 不保密( “。 ( 请只在上述一个括号内打“”) 学位论文作者签名。事冷 签字日期：巩刀芦多月易e t 导师签名： 薄 签字日期：d 卿7 年二月7 日 重庆大学硕士学位论文1 绪论 l 绪论 1 1 研究背景与意义 2 0 0 6 年作为“十一五”开局的首年，全国没有实现年初确定的单位国内生产总 值能耗降低4 左右、主要污染物排放总量减少2 的目标。难以承受的煤炭消耗从 2 0 0 2 年到2 0 0 6 年的五年内，依靠以煤为主的传统能源体系，中国实现了国内生产 总值翻一番，但煤炭在一次能源消费的比重仍然维持在七成左右，以传统燃煤为主 的中国能源结构并没有重大改变。而且2 0 0 6 年中国煤炭产量达到2 3 2 5 亿吨，现有 产能加再建产能和新批准发证形成的生产能力已经达到2 8 亿吨，巨大的煤炭产能和 燃煤消费方式已经成为中国经济有别于同等水平国家的经济特色，这是中国难以实 现节能、降耗双减目标的体系性原因。为此仅以节能政策为主而不实施以转换替代 为主的战略调整将难以实现双减目标和建立长远的中国能源竞争力。 若以近五年中国g d p 平均1 0 左右的经济增长速度，到2 0 1 4 年中国g d p 将 超过4 0 万亿元人民币。届时支撑中国经济体系发展的一次能源中的燃煤需求将在 3 0 亿吨以上，由此在中国成为全球次强国家的同时，中国也将成为一个能源弱国， 一个污染物的排放大国，对于这么一种可能的发展结果。中国必须进行预防性应对 和实施彻底的能源转型。 c 0 2 减排压力。有关资料显示，世界各国建筑能耗中排放的c o ：约占全球排放 总量的1 3 。其中，住宅约占2 3 ，公共建筑占l ，3 。 对未来c 0 2 排放的预计是，如果不采取措施，5 0 年后，大气中的c 0 2 含量是 现在的3 5 倍，如果积极采取各种清洁能源替代技术，在2 5 年内就可以看到明显效 果，在5 0 年内可把c 0 2 的含量降低到目前的水平。 对可再生能源减排潜力的系统研究表明，太阳能光热光伏应用和太阳能建筑对 于c 0 2 减排的贡献，从2 0 1 0 到2 0 3 0 年间，可达到1 5 1 5 3 0 t t c y r 供冷及热水 供应是我国的能耗大户自1 9 9 1 年起平均每年新建建筑l o 亿m ：，至1 9 9 6 年底， 共有各类建筑约3 1 0 亿m 羽】。每年城镇建筑仅采暖一项需要的耗能占全国能耗总量 的1 1 5 。重庆每年建筑产生1 0 0 0 万平方米住宅需求，化石能源的大量消耗，使能 源供应面临巨大的挑战，而且造成了严重的环境污染，化石能源资源枯竭，供应的 压力，价格成本的不断攀升，这都促使使用太阳利用能成为一种不可逆转的趋势圆 【3 1 。 中国政府十分关注国家的人口资源和环境对经济的可持续发展。并积极采取 对策。她对1 9 9 2 年在里约日内卢召开的联合国环境与发展大会作出的全球可持续 发展战略的决议作了迅速的反响。国务院于1 9 9 4 年讨论通过了关于中国可持续发 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 展战略与对策的白皮书一中国2 l 世纪议程。在该文件中指出：把开发可再 生能源放到国家能源发展战略的优先地位”，并“要加强太阳能直接和间接利用 技术的开发”。在该文件的基础上，国家计委，国家经贸委和国家科委于1 9 9 6 年联 合制定了新能源和可再生能源发展纲要( 1 9 9 6 2 0 1 0 ) 。 中国有较丰富的太阳能资源。其太阳辐射资源区划分为四个资源带：一类为资 源丰富地区( h _ 6 7 0 0 m a m 2 ) ；二类为资源较丰富地区( h = 5 4 0 0 - 6 7 0 0 m j m2 ) ； 三类为资源一般地区( h - - 4 0 0 0 5 4 0 0m j m ：) 和四类为贫乏地区( h 4 2 0 0m j m ：) 。年太阳能总辐射量超过5 m j mz ，年太阳辐照时数超过2 2 0 0 小时的太阳 能利用条件较好的地区占国土的2 3 。即使我国太阳能较差的地区，如重庆，年辐射 总量也接近东京( 4 2 2 0 m j 平方米) ，高于伦敦( 3 6 4 0 m j 平方米) 、汉堡( 3 4 3 0 m j 平方米) 这些世界上太阳能利用较好的城市。 重庆地区属于上述的第四类资源带内。而重庆除冬季多雾外，特别是夏季太阳 能资源非常丰富，重庆夏日最高气温大于3 5 的高温日数是炎热的标志之一，全市 沿长江、嘉陵江和乌江两岸海拔较低地区的高温日数平均为3 0 - - 4 0 天，重庆炎热不 仅强度大，而且持续时间长。盛夏7 、8 月是全年光照最强的季节，日照时数约占全 年的4 0 左右，日照百分率达到5 0 ，这两个月太阳能总辐射量可达到1 4 0 2 4 4 瓦 平方米左右。同时又是用电高峰季节。当太阳辐射越强、天气越热的时候，我们需 要空调的负荷也越大。这是太阳能空调应用最有利的客观因素。研究对重庆地区使 用太阳能冷暖供应系统对重庆经济的可持续发展具有重要的现实意义【4 】【5 】。 1 2 可再生清洁能源太阳能在国内的应用研究状况与发展趋势 建筑业，交通运输和工业一直是三大耗能用户，在发达国家建筑能耗已占总能 耗的2 5 - 4 0 。在建筑能耗中，采暖，制冷，空调和热水占7 5 。太阳能低温热转 换技术能实现以合理成本来满足部分建筑用能的需求。因而它作为一种建筑节能技 术将有宽广的市场。在2 0 世纪9 0 年代中国建筑用能以采暖为主，采暖占总能耗的 1 2 。随着改革开放，人民生活不断提高，商品住宅开发已将成为国民经济的主要 支柱产业之一。据1 9 9 6 年统计：已建成的建筑有3 1 0 亿mt ，在1 9 9 5 2 0 0 0 年 间新建住宅5 5 亿r n ：，到2 0 1 0 年新建住宅将增至1 5 0 亿m z ，建筑用能亦将急剧 增加，接近发达国家的水平。为此，建设部制定了建筑节能技术政策1 9 9 6 - - 2 0 1 0 ， 其目标是在1 9 9 6 2 0 0 0 年，在新建住宅的采暖能耗要在1 9 8 0 年当地通用设计能 耗的基础上节约5 0 ；从2 0 0 5 年起新建住宅的采暖能耗因在2 0 0 0 年的基础上再 节约3 0 0 , 4 。文件指出：在太阳能较丰富的地区要积极推广太阳能利用。它将太阳能 热利用纳入国家建筑节能的范畴，为太阳能利用发展奠定了重要的政策基础。目前 在城市中3 0 0 , 4 的家庭拥有热水设备。生活热水能耗将是建筑能耗中不可忽略的 2 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 份额。而太阳热水技术是目前太阳热利用中最为成熟的技术，用太阳能解决住宅的 大部分生活热水将是太阳能在建筑中应用的首选。在我国目前技术和现实条件下， 利用太阳能热水器与太阳能空调等多功能结合的太阳能技术，将极大的降低太阳能 系统的制作成本，提高综合效益，实现良好的性价比。太阳能冷暖供应系统将是太 阳能利用技术的主流和发展趋势，它将替代电能空调为人类创造更加洁净、舒适、 节能的美好明天【6 】i t 【g 】o 1 2 1 太阳能热水的利用 中国的太阳能热利用技术研究开发始于2 0 世纪7 0 年代末，其重点置于简单， 价廉的低温热利用的适用技术，如太阳能温室，太阳灶，被动太阳房，太阳热水器， 和太阳干燥器。这类技术在农村得到推广应用，为缓解农村能源短缺，改善农村生 态环境和农民生活起了积极的作用，并收到了实效。目前已发展了6 0 0 万亩太阳能 温室种植蔬菜，年收入3 0 0 亿元以上，农民的经济状况得到了改善。在中国西北地 区有3 0 万台太阳灶投入使用，每台太阳灶每年节约6 0 0 - 1 0 0 0 公斤柴草。在农村 已安装了7 5 0 万mz 的被动太阳房，每年总共可节约1 8 万吨标煤。在中小城市和 村镇已安装了1 5 0 0 万mz 的太阳热水器，年节约1 8 0 万吨标煤。这些成功的实践 充分表明低温太阳能热转换技术确实在农村能源建设中发挥了重要作用，为持续发 展的总目标做出了贡献【9 】。 2 0 世纪8 0 年代太阳热水器列入国家五”和“七五”科技攻关项目。主要的 研发项目是高效平板太阳集热器和全玻璃真空集热管。在9 0 年代全玻璃真空集热 管的科技成果通过中试转化为生产力一形成自行设计和配套的集热管生产线是科技 攻关的最杰出的成果。产品上市后得到了用户的认可。1 9 8 6 年引进了加拿大的铜 铝复合平板集热器板芯的生产线，并自行研制了与之配套的阳极氧化的选择性涂层 的生产线，它们使国内的平板集热器的制造水平上了新台阶。在9 0 年代开发了热 管真空集熟管并已投产。这些努力为中国太阳热水器产业的诞生奠定了物质基础。 随着人们生活的不断提高，对生活热水需求的激增促进了太阳热水器市场的迅 速发展，成为产业发展的原动力。到2 0 0 0 年中国已有约5 0 0 个具有一定规模生产 的太阳能热水器生产企业。其中，有l o 个企业的年销售额超过1 亿元，1 2 个的 年销售额在5 0 0 0 万至l 亿元之间，3 1 个在1 0 0 0 万至5 0 0 0 万之间。近年来，太 阳热水器的市场以3 0 的速率递增，见表l 。2 0 0 0 年的销售量己达6 0 0 万m2 ， 总安装量已达2 6 0 0 万m ：。现在，太阳热水器的性能价格比已可与电热水器和燃 气热水器相竞争，见表2 、表3 。它已与电热水器和燃气热水器并列成为在市场上 提供生活热水三种设备之一。中国成为名副其实的世界上最大的太阳热水器的生产 和应用的国家。 重庆大学硕士学位论文 i 绪论 表1 11 9 9 8 - - 2 0 0 0 年太阳热永器的销售量和总安装量 年份1 9 9 81 9 9 92 0 0 0 年销售量万m 23 4 04 8 06 1 0 总安装量万m 21 5 0 02 0 0 02 6 0 0 1 9 8 0 年年产量不到l 万m 2 ，总安装量仅为5 万砰 表1 21 9 9 9 - - - 2 0 0 0 年太阳热水器的品种结构 年份真空管型平板型闷晒型 销量万砰市场份额销量万挪z市场份额销量万m ，市场份额 1 9 9 92 6 45 51 5 83 35 81 2 2 0 0 03 9 66 5 1 5 3 2 5 6 11 0 表1 3 太阳热水器国内销售的地区分布 地区市场占有率地区市场占有率 山东1 5安馥6 江浙1 8广东4 云南1 2京津地区5 河北1 0其他省市1 5 西北地区1 5 1 2 2 太阳能空调的利用 近年来，随着太阳热水系统的成功开发利用，进一步开发太阳能热水。采暖和 空调的综合系统，扩大太阳能热利用的范围已提到日程上来。太阳能热驱动的空调 系统列入国家攻关项目，分别在山东乳山和广东江门设立示范工程项目，并取得了 有价值的结果。 1 1 山东乳山项目该项目是为一个新建的体育馆( 1 0 0 0m 2 建筑面积) 在夏季提 供空调，冬季采暖，春秋季供应热水。它于1 9 9 9 年完成。该系统拥有2 1 6 0 支热管 真空集管，净吸热面积为3 6 4m2 和一台溴化锂吸收式制冷机组。集热器的布置与 建筑屋顶一体化。在典型的夏日可提供1 7 7 7 4m l 日的冷量，制冷c o p - - - o 6 - - 4 ) 7 。 4 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 而在典型的冬日可提供2 9 9 6 6m j 目的供暖热能，在春，秋季能提供3 2 0 0 0 立升的 4 5 c 的热水。 2 ) 广东江门项目该项目是为一座办公大厦的一层( 6 0 0m 2 ) 的空调和整个大楼 的热水。它采用了5 0 0m 2 的平板集热器和l o o k w 两级溴化锂吸收式制冷系统。它 于1 9 9 6 能建成。这些综合系统的经济性尚待进一步的评估。而重庆地区太阳能利 用，由于气候及人们思想认识上的原因，太阳能利用发展起步较晚，目前太阳能利 用还停留在热水器利用层面上，研究利用太阳能空调替代电能空调将有广阔的前景。 l1 2 3 国外在太阳能的利用现状 截至2 0 0 5 年底，在德国共有6 7 0 万平方米的屋顶铺设了太阳能集热器，每年可 生产4 7 0 0 兆瓦的热量。已有4 的德国家庭利用了清洁环保、用之不竭的太阳能， 估计每年可节约2 7 亿升取暖用油【l o 】。 德国政府通过许多推广活动来普及太阳能利用。如果是小型太阳能系统，投 资者能得到补贴或低息贷款，而地方性的大型供热太阳能系统装置则由实验及示范 项目支持完成。 表面光滑的太阳能集热器多用于在低温( 小于1 0 0 。c ) 情况下的太阳能利用， 而表面粗糙的太阳能集热器则主要用于游泳池加热，有时也用于烘干农产品。因此， 太阳能对保护气候意义重大。德国对太阳能源的使用可以追溯至2 0 世纪7 0 年代。 现在德国已经在太阳能系统的开发、生产、规划和安装等方面都积累了大量经验， 发明了一系列高效的太阳能系统。 过去1 0 年中，太阳能系统的制造成本持续下降，而效率则不断增加。随着矿物燃 料( 煤、石油) 价格上涨，太阳能装置越来越具有吸引力。 在德国，对太阳能系统工程的进一步开发，特别是与普通供热技术的不断融合使 得太阳能系统成为德国供热系统中一个不可或缺的组成部分。近几年尽管新型的真 空管集热器已经在德国崭露头角，但平板集热器依然是市场主流。 到目前为止，太阳能系统主要用于加热饮用水系统。但是，由于加热成本的急 剧增长以及德国政府的大力支持，2 0 0 4 年德国开始大量安装在墨暖期间能够同时利 用太阳能进行室内加热的设备。有超过5 0 n 的新增集热器是所谓的组合式太阳能集 热器。 自2 0 世纪9 0 年代开始，市场的持续增长大大促进了德国太阳能工业的技术堇 新，多年来，该国已经掌握了大量的先进技术。 德国太阳能协会( u v s ) 目前介绍说，德国太阳能工业发展迅速。去年德国太阳 能发电量已从2 0 0 2 年的3 8 兆瓦增加到8 3 兆瓦。u v s 说，在太阳能利用方面，德 国在全世界据领先地位。在全球1 0 个最大的太阳能企业中，德国就占了4 个。据 u v s 估计，今年德国现有的新增加的太阳能利用设备，将使德国的太阳能发电量达 重庆大学硕士学位论文1 绪论 到2 0 0 兆瓦，太阳能工业的营业额将从7 5 亿欧元上升到1 0 亿欧元。 而且德国最 近开始实施一项名为“十万屋项”的计划，在建筑物顶部大规模铺设太阳能发电装置， 希望借助于能源调整举措大力促进实施可持续发展战略。据德新社报道，德国环境 部长特里廷7 月1 4 日出席柏林新火车站顶棚太阳能发电装置竣工典礼时表示，德国 将通过大力开发太阳能这一环保能源，促进可持续发展战略的实施。柏林新火车站 安装的太阳能装置覆盖在雷尔特火车站轨道上方的横跨顶棚上，面积达到1 8 7 0 平方 米，每年将能提供1 6 万千瓦时的电量。德国联邦政府提出的目标是，到2 0 1 0 年， 包括太阳能在内的各种新能源在所有发电总量中占据约比例由目前的6 2 5 提高到 1 2 5 ，2 0 5 0 年这一比例达到5 0 。 太阳能是弗赖堡地区的“特产”，弗赖堡是德国阳光最充足的地区，这里有全德 国最大的私人资助的太阳能住宅区。据了解，弗赖堡的屋顶上一共安装了两千平方 米的太阳能电池。就连弗赖堡的酿酒厂、足球场等都是用太阳能照明的。这个 城市还有一个向日葵生态住宅，房子的一半是大窗户，一年之内房子要旋转两次， 让太阳能电池追着太阳转。弗赖堡是德国著名的大学城，新成立的太阳能学院还提 供太阳能管理方面的课程，国际太阳能学会的总部也坐落在这个城市。 科技日报伦敦9 月2 6 日电英国贸工部目前宣布，投资1 6 0 万英镑开发1 2 个太 阳能项目。预期这1 2 个项目将产生4 2 9 千瓦的电力，足以为1 0 0 个家庭提供所需的 电力这是贸工部投资2 0 0 0 万镑实施的“光电示范计划”的一部分。 此次贸工部资助的1 2 个再生能源项目，包括使伦敦的一个居民区、布莱德福德 社区中心和柴郡体育中心等1 2 处设施实现太阳能供电，同时还将为北爱尔兰电力办 公室使用再生能源电力提供资助。 “光电示范计划”是英国贸工部于2 0 0 2 年3 月推出的一项鼓励公众了解和使用太 阳能的计划，根据这项计划，政府将为首次安装太阳能装置的用户提供资助，以鼓 励公众选择再生能源，帮助家庭、公共建筑和公司企业将太阳能转换为电力。这次 批准的1 2 个项目，是自2 0 0 2 年以来英国政府批准的第5 次较大规模拨款。此前4 次拨款共资助了6 6 个项目。英国政府希望，通过实施该计划，到2 0 0 5 年，英国太 阳能用户能增加l o 倍。 美国太阳能热水器工业近年来得到了长足的发展。统计资料表明，1 9 9 6 年美国 共生产了7 7 万平方英尺的热水器。以平均价格每平方英尺1 5 美元计算，1 9 9 6 年的 销售额是1 2 0 0 万美元。在欧洲，过去1 0 年来太阳能热水器的增长率一直保持在1 8 ， 预计未来十年增长率会达到2 3 左右。 美国太阳能及其它可持续能源工业未来的发展，将会继续得到政府几方面因素 的推动： 6 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 ( 1 ) 技术成本的持续实质性降低和使用品质的提高，使之最终代替常规能源技术 成为可能。 ( 2 ) 公众对气候变化和其它环境因素的关心和顾虑提供了强大的潜在市场需求。 中说明热量与溶液浓度的关系及制冷量 的关系。太阳能空调系统除了制冷功能外，在用冷的同时太阳能集热器还有热水供 应功能。即投资的太阳能热水器作为热源即可以作为空调热源，又可以作为家庭洗 浴用。可谓一举两得。 由以上分析可知，太阳能空调系统在技术上是完全可行的，而且是可以实现的。 而且使用太阳能空调在环保、节能以及经济方面都有着重要的意义。 首先在环保方面，人们要求减少温室效应。即要求减少c f c 、c 0 2 等能够引起 大气温度升高的气体的排放( c 0 2 一般是在燃煤过程中排放的) ，就是说空调能源效 率再次变得重要，这不是由于经济问题而是出于环境原因。从环保意义上说，太阳 能空调适合当今的环保要求。由于太阳能空调的使用，可以节约大量的煤炭资源， 而发电过程大量的燃煤是造成c 0 2 排放的一个重要原因。因此，使用太阳能空调可 以减少c 0 2 的排放量，即减少产生温室效应的气体，保护了臭氧层，保护了环境。 其次，在节能方面，由于城市能源结构的需要，要求改善能源结构，提倡使用 清洁优质能源，限制煤炭的作用。这就为开创新的能源领域奠定了基础。如果用煤 炭燃烧发电来作为该种空调系统的热源，不但造成污染，而且消耗了有限的不可再 生的煤炭资源。在不可再生的能源短缺的条件下，必须重视节能技术和节能产品的 开发。太阳能空调能够将自然界中最普遍的太阳能转化成热能、电能后利用。由此， 节约了煤炭资源，具有很重要的意义和应用前景。 在经济方面，由于民用空调器普及率的迅速提高，导致了居民生活用电量的迅 速增加。由于我国电力系统本身特点( 火力发电占绝大部分) ，调节性能较差，且已 经存在着很大的高峰、低谷负荷差异，而家用空调器的使用和发展趋势，它进一步 加大了这种峰谷负荷差异，使得电力系统的发展越来越不平衡，高峰负荷的日益增 加，为通过不长的高温季节使电力系统不得不用来应付高峰负荷的容量进一步加大， 系统的备用容量不断加大使国家不断花费巨额的资金投入。其结果是造成巨大的能 源消耗和严重的污染。太阳能冷暖系统的推广使用将会给个人、国家都会带来巨大 的经济效益。 由以上分析可知，太阳能冷暖系统不仅在技术上是可行的，而且从它具备的节 能、环保、经济等特点上可以预示其巨大的市场潜力。相信，不久的将来，使用太 阳能冷暖系统将是消费者的首选。 4 5 小结 本节从太阳能空调的特点和原理出发，介绍了太阳能空调的相关内容和实现技 术，分析了在我国运用太阳能空调在国情和技术上的可行性。 3 l 重庆大学硕士学位论文5 太阳能替代电能驱动空调生命周期的综合评价模型 5 太阳能替代电能驱动空调生命周期的综合评价模型 5 1 空调使用的整个生命周期过程 空调的使用与其他的用能设备相似，必须通过用户终端最后的能量消耗才能发 挥作用。而目前市面上绝大部分的空调是由电力驱动的，而所消耗的电力中，绝大 部分是由煤炭资源燃烧发出的化学能转化而来的。因此，对空调使用的生命周期过 程的分析，就不得不从煤炭资源的开采、运输，发电，空调器的制造、运输、使用 到最终报废的整个过程所有方面进行综合考虑。而本文所要研究的电力空调的替代 方案太阳能空调，也需要进行类似的生命周期分析，只是将其中的煤炭资源发电过 程换成了太阳能转化为电能过程。 从国家、政府的立场看，我们关心的不仅仅是空调器本身，而且还包括自然资 源使用的整体规划。在能源极度缺乏的大背景下，在各种不可再生资源面临枯竭的 今天，国家更关心的是如何才能节约资源，如何才能使资源使用结构更为合理，如 何才能实现可持续发展。因此，从整个国家的角度出发，研究空调的使用必须研究 能源的生命周期( 能源链) 和空调器的生命周期( 空调链) 两个部分。 其中，能源的生命周期部分即能源链包括以下五个阶段进行计算： ( 1 ) 原料开采和储运( 对于电力空调，则为煤炭资源) ( 2 ) 原料发电 ( 3 ) 环境破坏修复 ( 4 ) 电力输配到用户 ( 5 ) 空调使用阶段( 空调运行、废弃) 。 而空调器的生命周期( 空调链) 则包括原材料制造、部件制造、空调装配和空 调运行、废弃五个阶段。如图5 1 所示。 图5 1 空调使用的生命周期过程 f i g5 1t h el i f ec y c kp r o c e s s , , f u s i n ga i re o n d i t i o m r 3 2 重庆大学硕士学位论文5 太阳能替代电能驱动空调生命周期的综合评价模型 对于电力空调的替代方案太阳能空调，其生命周期过程与电力空调的区别仅在 于能源链部分，包括太阳能的采集和转化储存两个阶段。太阳能与煤炭资源发电的 生命周期过程如图5 2 所示。 i 原材料开采、储运 上 i原料发电 上 l 环境破坏修复 上 i 电力输配 l太阳能采集 上 l 太阳能转化存储 图5 2 太阳能与煤炭资源发电的生命周期过程比较 r i g5 2t h ec o m p a r 啪no f l i f ec y c l ep r o c e s sb c n 嗍s o l a re l l 酣g ya n dc o a 增s o u “，e s 5 2 经济分析 总成本费用构成与成本( 价格) 估算模型构建 总成本费用包括空调使用各阶段、各环节发生费用的总和。各环节产品成本费 用构成如图5 3 所示。 直接材料( 生产中消耗的原材料，辅料、备品配 l件，外购半成品、燃料，动力、包装物及其他) l i直接工资( 直接从事生产的工人工瓷，奖金， 广津贴和补贴等) 生产成本一 i - 其他直接支出( 直接从事生产的职工福利费等) i l广生产单位管理人员工资及福利费 l 制造费用折髓费、修理费、雏偷费 l 办公赞、差旅费、劳动保护费等管理费用 管理费用( 管理部门为管理和组织经营活动的各项费用， 重庆大学硕士学位论文5 太阳能替代电能驱动空调生命周期的综合评价模型 其次，由于我们想要比较电能驱动空调与用太阳能替代电能驱动空调两种方案 的优劣，而这两种方案的生命周期过程中，空调链的部分是完全相同的，因此，在 经济分析中，着重分析这两种方案能源链的经济性。 对于电能驱动空调方案，其能源是由电能提供的，而使用的电能是由燃烧煤炭 资源获得的，因此该方案成本( 价格) 估算模型构建的基本思路为：空调能源供应 的生命周期成本估算按图5 4 的思路进行构造，前一阶段的成本输出作为后一阶段 的成本输入：c 0 、c 1 、c 2 、c 3 、c 4 分别是图中相应环节的输出成本，或称为该环节 的终端成本，它也是下一环节的输入成本。在成本估算中。如无特殊说明，均以年 为计算期。 图5 4 空调能源的生命周期成本估算图 f i g5 4t h ec o s te s t i m a t i o nd i a g r a mo f l i f ec y c l ef o ra i rc o n d i t i o n e re l l e l g y 5 3 能源分析 能源分析有两个重要指标，即能源消耗量和能源效率。在我国对能源的利用进 行能源评价或分析是必要的。根据联合国欧洲经济委员会( e c e ) 的能源效率评价 和计算方法，能源系统的总效率由三部分组成：开采效率( 能源储量的采收率) 、中 问环节效率( 包括加工转换效率和贮运效率) 和终端利用效率( 即终端用户得到的 有用能与过程开始时输入的能量之比) 。中国学者测算了中国1 9 9 2 年能源系统的总 效率为9 3 ，其中开采效率为3 2 ，中间环节效率为7 0 ，终端利用效率为4 1 。 中间环节和终端利用效率的乘积通常称为“能源效率”。1 9 9 2 年中国能源效率为 2 9 n 4 ，约比先进国家低l o 个百分点，终端利用效率也低1 0 个百分点以上。 我国能源研究所的研究人员对中国1 9 8 0 年、1 9 9 5 年的能源效率也进行了计算， 并和o e c d ( 经济合作与发展组织) 国家7 0 年代初，9 0 年代初的数据进行比较， 见表5 1 所示。 重庆大学硕士学位论文 5 太阳能替代电能驱动空调生命周期的综合评价模型 表5 i 中外能源效率比较( ) 中国o e c d 国家 1 9 8 0 拒1 9 9 5 燕7 0 年代初9 0 年代初 1 一次能源投入到终 端利用( 中间环节) 7 7 4 37 5 8 2 7 6 07 5 0 2 终端利用农业、 2 3 3 2 9 53 0 03 6 工业、交通运输、城市3 3 74 4 1 65 0 o6 5 民用和商业 1 5 63 0 02 3 03 0 2 3 5 4 5 _ 5 0 4 5 0 6 0 _ 6 5 3 3 44 5 2 14 2 05 5 能源效率( 1 2 )2 5 8 63 4 3 l3 2 04 1 中间环节效率下降是由于一次能源转换成电力的比例上升 本表中o e c d 国家9 0 年代的数据是