北苑太阳能应用示范工程

北苑太阳能应用示范工程摘要：北苑太阳能应用示范工程集太阳能空调制冷、采暖、热水工程、太阳能光伏并网发电和独立发电于一身，是我国到目前为止太阳能利用最全的一个示范工程，在规模上也堪称一流，故而称之为中国太阳能第一楼。在中华人民共和国可再生能源法通过的今天，这个项目更具有现实的意义。关键字：太阳能应用能源电力供应一、前言稳定可靠的能源和电力供应是关系国计民生的基础条件，是关系社会安定、经济可持续发展的重大战略问题。北京市委八届四次会议提出了要“加强环境保护领域的技术创新”，“扩大环保产业规模，把北京建设成为环境保护模范城市和节能型城市，实现首都的可持续发展”。在2000年北京市申办2008年夏季奥运会的过程中，北京市太阳能研究所积极支持申办行动，向北京奥申委捐资了五个太阳能电话亭和五个太阳能庭院灯，分别安装在奥体中心、首都体育馆和工人体育场，在国际奥委会的官员访问北京时，对这些太阳能利用的产品特别感兴趣，中央电视台的转播节目中也给予了特别的关注。为了响应北京市委八届四次会议的号召，特别是为2008年北京奥运会的“绿色奥运、科技奥运和人文奥运”提供一个良好的范例，北京市太阳能研究所根据北京市发改委的安排，先期启动了“北苑太阳能应用示范工程”。该工程正好处于设计中的2008年北京奥运会奥运公园的东侧，重点安排了可安装在奥运村、奥运场馆和奥运公园的太阳能利用系统，解决太阳能利用同建筑物结合，有效地利用建筑物和装饰建筑物的课题，为在奥运场馆和奥运村中使用太阳能光伏发电和光热综合利用积累经验和数据，同时也为我国今后推广应用太阳能于建筑做出示范。太阳能应用示范工程项目主要包括100千瓦太阳能光伏并网发电系统和360千瓦太阳能空调制冷、采暖和热水综合系统。示范项目的实施充分可靠地展现了太阳能利用的魅力，为把首都建设成为环境保护模范城市和节能型城市，实现首都的可持续发展做出贡献。与此同时，该示范基地也将建成我国最大的太阳能专业孵化基地，配备各种先进的研究、开发和产业化设备，为使我国太阳能利用更上一层楼作出更大的贡献。二、项目的意义及必要性1．意义和重要性常规化石燃料的无节制使用和二十世纪七十年代发生的两次石油危机，使得人们越来越清醒地认识到化石燃料资源迟早会枯竭耗尽。根据我国现已探明可丌采的化石能源储量的统计和使用这些能源的速度，可以预计，煤可以应用的时间约为54-81年，石油为15-20年，天然气的时间28-58年，核燃料使用的时间也不会超过百年，前一个数字是预测的估计，后一个数字是保守的估计。因此找到一条可持续发展的包括太阳能在内的可再生能源等的新出路，将是我们避免人类能源短缺与枯竭的紧迫任务。八十年代人们进一步认识到，化石燃料对环境的严重污染所导致的生态破坏、地球温室效应等正日趋严重地威胁着人类的生存。能源短缺和环境污染是当前经济发展面临的两大问题，制约着经济和社会的发展。太阳能作为新能源和可再生能源的一种，是取之不尽、用之不竭的洁净能源。开发利用太阳能，对于节约常规能源、保护自然环境、促进经济发展和提高人民生活都有极为重要的意义。2．国内外发展概况在太阳能热利用方面，太阳热水器技术日趋成熟，应用领域已从生活热水扩大到泵水、采暖、制冷空调、海水淡化、工业加热、热发电等。上述诸多应用中，又以太阳能采暖、空调以及生活热水这样的综合应用系统最具潜在的价值；它可以更为充分地利用太阳能，更为充分地实现建筑节能，更为充分地体现与建筑相结合。利用太阳能提供采暖和生活热水的技术已经相当成熟。利用太阳能提供空调，目前采用的主要技术方案则是太阳能吸收式空调系统；．太阳能吸收式空调系统主要由太阳能集热器和吸收式制冷机两大部分组成。随着溴化锂吸收式制冷机的商品化，太阳能吸收式空调技术得到了相应的发展，意大利、西班牙、美国、德国、日本等国都相继建立起不同规模的太阳能空调示范系统。国内在“九五”期间根据国家科委的安排，由北京市太阳能研究所承担了“九五”国家科技攻关项目——山东省乳山太阳能吸收式空调及供热综合示范系统。该系统采用540平米的热管式真空管太阳集热器，空调、采暖面积为1200平米。该综合示范系统为本太阳能采暖、空调以及生活热水示范项目的实施，积累了宝贵的经验。在太阳能光伏利用方面，近年来光伏技术一直保持着快速发展。从1998年开始，世界光伏市场更是出现了供不应求的局面，年增长率保持在30～40％，2004年更是创造历史的新高，增长率达到67％，年产量达到1253兆瓦。在各国减排行动和优惠政策的拉动下，产业发展将进一步加快。．国际上各国都纷纷制定了光伏产业和市场发展的未来规划。美国“百万屋顶计划”，德国政府在顺利完成十万天棚计划之后，2003年又通过了新的光伏法案，日本的70万户并网发电计划。除政府计划外，各大公司业纷纷扩大产量，太阳能光伏发电的产业正在腾飞，预测卸明年将达到年产量5300兆瓦。光伏电池的应用正在逐步从解决边远地区和农村用电向全社会的替代能源过渡。国际上，光伏应用的发展主要向两个方向发展，一方面是以户为单元的屋顶计划，每户安装3—5千瓦的光伏并网发电系统。另一方面是向大型光伏电站发展。后者也『F在改变已往在戈壁、沙漠建设大型光伏系统的传统观念，丌始在都市的公益建筑物兴建大型并网发电光伏系统，如在2000年悉尼奥运会使用了900多千瓦的光伏并网发电系统。在并网发电的同时，还要同建筑体融合，起到很多附加功能的作用。复从摩200甩1演年开始，太阳季能光伏并网发殊电系统首庙次克备占据全球光伏雅累积装机容量仇的一半以上，彻达列到脱5圈7私％冻。缺200进2迫年蓄、津200疾3鼻年持续增长日，拉200腹3押年的太阳能光搜伏并网发电系怪统容量更占到详当年光伏应用烈的腿8甚7隶％。上述数字沿表明，在世界暂范围内太阳能柜光，伏应用已引经从边远无电验地区转向都市怎的并网发电系完统。悄200倍4干年是世界太阳芝能光伏发展关叠键的医一染衡年，我国的光谜伏产业也有了弦长足的发展。音到抬200蹦4仍年底为止，国陵内太阳电池的湖生产能力已经乐达影到诊6锻0室兆瓦，光伏组天件封装能力超脑过陡10拿0纺兆瓦。预计检到救200测5孔年荐览底，太阳电池皮的生产能力将组达康到众18仆0成兆瓦，组件封克装能力将超矩过冰20冷0施兆瓦。这些都灯为国内的太阳据能光伏利用做仓好了基础准备零。帮由于世界各国县对炎环肝抓境和能源短缺少的日益关注，旨持续发展必将竞成为今后建筑清设计的重要指购导思想。当前勺，将太阳能热屋水、空调和光侮伏发电应用于法建筑，并与建柳筑一体化的新华型太阳能建盈筑阻木已在欧、美和蕉日本等国进行惠示范，公众反垮响强烈。可以菜预见修，违2化1饮世纪太阳能建访筑在能源、环财境和经济的可粘持续性发展进俭程中将起重要姻的作用。我国达有丰富的太阳居能贺蜓资源，在国家含发展可再生能绞源战略的指引罪下，太阳能在颗我国建筑中的圾应用将成为建冶筑节能的重要蛙组成部分。三、项目内容光伏发电部分1．引言争太阳能光伏发顺电由于资源无呼限、无污染和糊能把太阳光直巩接转变为电能辉，系统无运动另部件、运行可狼靠、少维护、仅寿命长，且电冶能有宣于输送励、储存的特点秃，因此它是太督阳能应用工业念中最有前途的嫁产品。挪太阳能光伏并乎网发电系统所赛发电力除供给猴负载外，若有盯多余，可反馈丰给电网。在阴敌雨天或在夜晚嚷，负载可随时而由电网供电。扁因此，光伏系哥统不必配备蓄锻电池作为储能岂装置。这样，枣可以降低系统写造价，也可免上除维护和定期捡更换蓄电池的煎麻烦。部由于有光伏系轨统和公共电网籍同时给负载供吐应电力，两路爸供电增加了供盲电的可靠性。傻夏季，由于空隐调、制冷、电怖扇等设备的丌揉动，形成用电宝高峰，而这时锣也是光伏系统坦发电最多的时仓侯，光伏并网乔发电系统可以泰对公共电网起罪到一定的调峰寸作用。祝光喊预伏与建筑相结问合的进一步目半标是将光伏器天件与建筑材料殃集成化。建筑笋物的墙采用涂章料、马赛克等悟材料，甚至为粪了美观，有的狱还采用价格不迫菲的幕培玻璃鼻，其功能仅芽起掘前到保护内部和粗装饰的作用。乘若能将屋顶及倘向阳的外墙甚昌至窗户材料都疮用光伏器件来友代替，则既能填作为建材又能低发电，可谓一兔举两得。当然无，对光伏器件展来说，同时步还托拦具有建材所要景求的绝热保温缴、电气绝缘、弟防水防潮、且粱有一定强度及词刚度、不易破身裂等性能。提2慈．前期的准备偿工作舱为了猛使左10乐0狗千万瓦胡觉太阳能光伏供华电项目能够顺蜓利实施，在北孟京市科委的支稍持下，先期安捎排领了包l扑O眯千瓦光伏并网高发电系统的研赛制。通辱过摊1喝0锹千瓦光伏并网鸣系统的研制和警示范，掌握了染光子伏缺晌并网发电的关撇键技术，特别谣是以逆变器为盘核心的逆变技疼术、餐最大功率点跟极踪技术、并网壮同步控制技术旦、并网安全技沟术及光伏系统于的设计和安装级等，这些拥有般自主知肿识冤潮产权的关键技是术为进一步扩碧大光伏并网发镜电的应用打下可了坚实的技术热基础。该项目圣于放200股3前年通过了北京五市科委组织的错验收和鉴定，鹊并获得障了刚200乳3备年北京市运科归僚技进步三等奖道。弯3拜．扁10链0肥千瓦太阳能光缝伏发电系统么10株0图千瓦太阳能光近伏发电系统所冈采用的太阳电洁池组件包括单零晶硅、多晶硅爪和出CI模S挠薄膜太阳电池斗以进行对比性潜实验。校光始哨伏与建筑相结障合是未来光伏矩应用中最重要蜂的领域之一，渴有着巨大的市爱场潜力。太阳抽电池组件的成册本也在不断地哑下降，与光伏翅稍结合的建筑脆物会如雨后春部笋般地出现括在巴觉我们的身边，芳光伏发电也必贫将在藩毙源结母捅牛占有相当肠重要的地位。竟在太阳电池的丹应用中，太阳荣电池的成本约泛占系统成本的鞠一半，其他部辣分包括逆变器龟、控制器、惰蓄慧威电池等占据了乖另一半。为了饭进一步降低成过本，以达到太渴阳电池的地面真大规模应用目菠标，进行应用魂研究变得十分腔重要。特别是女并网发电系统词的研究将使控斤制部分变得策简南清单，省去了大鬼量的蓄电胆池绕(逃同太阳电矛池浮20-2队5急年的寿命相比五，蓄电池的寿断命约话为勺5-启8屠年，在太阳电玩池的使用过程数中需要多次更再换和修展理在)除的费用，因此抄可以们使匠羽太阳电池的应蕉用成本进一步色降低。本项目寻主要研究光伏没并网发电系统满，包括大规模光并网发电系统及和户用并网发竹电系统，同时允适当地进行独渗立光伏发电系仅统的研究。词整善卷个的光伏发电胜系统由四部分卡组成：更8冷0崭千瓦并网发电眠系统，主要是吐为在奥运场馆惯中使用做准备乘：搅l北O炎千瓦并网发电沈系统，主要是址为在奥运村的差别墅中使用做拿准备：侵4军．夹5桨千瓦．户用并纵网系统，主要顿是为太阳能光饿伏屋顶项目做次准备；型6扶千瓦独立和并舰网发电复合系岭统，为在西部粮无电村光明工接程弱雌备。摸2斧)科研究内容和技计术关键进·葱并网逆变器是尊太阳能光伏并胳网发电系统的连关键，因此主制要研究内容也宵将主要围绕电刚力电子逆变技躬术进行。讯·8享0快千瓦懂、毙1煎0园千瓦浴和摆4县．械5州干瓦太阳能光佩伏并网发电系宁统的优化设计子研究：叨·豆太阳电池方阵吹的组合优化研打究；匹·盐不同规模的户践用独立电源系节统；箩·植太阳电池组件毒和方阵的运行湿特性研究：棍·昌在建筑物的南舍侧布剥置唯5纵0郊千瓦太阳电池多组件，楼顶布馒置摇5骂0摩千瓦太阳电池变组件，与建筑筛物结合的研究加；厨·晒计算机数据采筐集与监控系统灭一为确保光伏拼电站长期稳定波工作并进行科唱学管理，配备渠微机监控系统京对光伏电站各臂种工作参数和局运行状态进行眉数据采集监测随，并对各个设范备环节进行协稠调控制。边·馒配置显示板，摄显示系统的运窗行状态，包括剪整个系统的瞬拣时功率、工作摘总时数、累计惭发电量等参数窃。呼太阳能热利用加部分婶太阳能热利用门部分包括太阳移能空调制冷、晚采暖和热水工蚕程综合系统，宣户式中央空调逮采暖和热水系铲统，以及地板抛采暖系统。兆1革．太阳能空调姥制冷、采暖和今热水工程综合驶系统1)概述窝随遵迫着生活水平的典不断提高，人挥们对生活环境择舒适程度的要刘求越来越高，屿其中空调、采厚暖和热水是三尽个主要方面。顺而这三方面目畜前均消耗着大掘量的常规能源郊，而且严重颤地午善污染着环境。革因此利用取之祝不尽而又清洁寒无污染的太阳恒能来提供或部醒分提供空调、搜采暖和热水所陵需的能源，不冤仅可以大大节稼省常规能源的骡消耗，同时又笋非常有利于幻环隐箭境保护。同时提山于城市中采拆用常规空调越猪来越多，排出疫了大量的热气团而形成热岛效望应，不仅严重埋污染环境，而炎且对城市的气怨候也产生了不绞良的影响。2)技术方案则系统采用了热辅管式真空管太渐阳能集热器与瞎热水型溴化锂糊吸收式制冷机斜相结合的技术狼方案。系统主贵要由热管式真棵空管集热器、侧溴化锂吸收式琴制冷机、储热遗水箱、储冷水术箱、生活用热冬水箱、丌水箱旅、冷却塔、风短机盘管、辅助莫燃油锅炉、自繁动控制系统等鱼几大部分组成牲。敏夏铜革季，山太阳能偿集热器向溴化傅钝制冷机提供桑高达笔8种8岩℃枯左右的热水，庭通过制冷机产蹈升治8执℃锣左右的冷水，愈并通过风机盘招管向房问提供塑冷风：冬季，京由太阳能集热乡器加热督成绒4革0分～厌6黑0初℃驳左右的热水，急直接通过风机笔盘管向房间提毒供热风：过渡蔽季节，本系统初作为太阳热水越器，可提供大龟量科研和生活球用热水：同时化本系统还可全老年提供丌水。容3猛)急项目内容和技筒术关键沙示范系统的主柄要研究内容：努(1盒)兄对太阳能空调泊综合系统进行卵总体优化设计格，包括可供体奋育场馆大型系糖统和可供奥运归村使用的中小荣型系统：纳(2旺)因研冗太阳能与跌建筑的结合方年式，尤其是与遇建筑物屋顶和秃墙面的结合：赢(3倡)梳研究真空管太乡阳能集热器与帐溴化锂吸收式懒制冷机的合理庙参数匹配；户(4裤)望研究太阳能集紧热器阵列的优怜化布置：反(5姐)唤研究太阳能空鉴调综合系统中杨的辅助能源设读备和储能设施胜：触(6沿)瞎研制运行可靠妄、操作简便的竭自动控制系统站，并进行智能驻化：捕(7慕)诉研究太阳能空蜡调综合系统的绕长期运行性能季；返(8买)域对综合系统与林常规空调系统红的技术经济性要进行比较：洲(9繁)敲研究开发太阳蹦能空调综合系栏统的设计软件隐包。播本崖政项目的技术关校键：一是研究谊确定太阳能空枪调系统的最佳谁运行工况，以姥最大的太阳能若收益及最经济陈的投资，获得柴最满意的运行卵效果；二是研猾究开发太阳能局空调系统的秒设始员计软件包，在铸输入当地气象租资料、太阳能灵集热器性能参蜓数以及制冷采砖暖负荷等数据冤之后，就可以嗽计算出所需太汇阳能集热器面委积、制冷机和费辅助锅炉额定箩参数、制冷夫采部攻暖性能预示以历及投资回收期素等。彼4胁)粉主要技术指标恨(1耍)客太阳能集热器深采光面耀积恒85够0难平米扶(2暴)浮制冷、采暖功群率锣36愚0洋千瓦体(3点)驴热水供应能摘力驻(究非空调采暖季铲节控)5项0耕吨舌(4奖)墨空调采暖面品积疮300虚0批多平米毯(5辛)怒太阳能保证率便全腾年帝≥朴7村0撇％世通过近半年的定试运行，各系琴统运行正常撞。匆200竭4伯年冬季的室温龟保持蜂在侨22"笛C推左右，满足规绿定的采暖高于陶1柏8堤℃心的要求。主在讲嚷太阳能空调制槐冷、采暖和热项水工程综合系开统中特别安装隐了控制系统和释数据采集系统它，系统能够自图动运行，时时沙采集数据。通筛过数据的积累抗来确定系统的乱最佳运行据工哭光况，以最大的瞧太阳能收益及洁最经济的投资便，获得最满意喇的运行效果：搬同时研究丌发早了太阳能空调依采暖系统的设咳计软件包，根细据气象资料、西太阳能集热器缩性能参数以陵及勒装制冷采暖负荷隶等数据之后，颤优化太阳能集脖热器的面积、明制冷机和辅助耻锅炉等额定参队数，进行空调撞制冷、采暖性裤能预示以及确洗定投资回收期率。腥2佣．户式中央采堤暖空调热水系播统此针注祸对独立分散式浴化宅对采用空愉调越米越迫切绝的需求，采用泳太阳能吸收式代空调系统在夏恳季作为空调用际的冷源，冬季气作为采暖用的犁热源，全年提肃供生活热水的壁模式，与现确有篮洒的常舰系统相允比可明显减少欧运行费用。利续用太阳能的二廊级水环复合热弯泵驱动，户式弦中央采暖空调锐热水系统项目袖是与大连冰山讽集团联合开发镰的。利热泵技独术，从太阳乡、师果空气和电热中半获取清洁能源艰，作到多能优扬势互补，从而索达到减少常规挠能源费用霸的尾l宣／孔3档，满足人们对叉采暖、空调、奖热水的普遍需垦求。同时，该扁系统实现太阳婆能、笼空妇偿气、电热等能耳源互补运行。咐系统节能且减剂轻环境空气热柏污染，降低城乐订岔了象“骗热谎岛题”往效应。本项目健为多利一高新镰技术的有机结记合．其中包括汗：二级热泵技