太阳能区域供热技术发展的国际经验

太阳能区域供热技术发展的国际经验

1太阳能区域供热发展现状20世纪70年代末，能源行业的加热（sdh）发展到了上世纪70年代末。由于中东石油危机对欧洲能源市场冲击较大,中北欧地区为摆脱对传统化石能源依赖,各国纷纷制定法规推动可再生能源发展,太阳能区域供热在该能源背景下迅速发展起来。瑞典早在1979年和1980年就已经建立两个季节蓄热太阳能区域供热系统;丹麦1979年建立太阳能泳池示范项目,基于其热利用效率显著,在原有集热场基础上发展太阳能区域供热,目前丹麦已成为太阳能区域供热发展最为成熟的国家;德国、奥地利等从上世纪90年代后也大力发展太阳能区域供热,建设大量短期蓄热和季节蓄热太阳能区域供热场。到2015年底,欧洲地区总共建立235个供热负荷大于350KW(集热器面积>500m随着区域供热由以煤和石油为主的第一代传统技术,逐渐发展为石油、天然气、太阳能、风能等多能互补第四代区域供热技术,太阳能区域供热技术也由最初的预热区域热网和夏季供热水转变为季节蓄热太阳能供热,这极大提升了太阳能保证率,解决太阳能季节分布不均和能流密度低的问题季节蓄热将夏季太阳能蓄存起来用于冬季供热,极大提升年太阳能供热保证率。德国对4种常规显热蓄热技术已经积累丰富理论和实践经验,季节蓄热太阳能区域供热场年太阳能供热保证率由最初的20%提升到50%左右,实现最大化利用太阳能;显热蓄热体较大,欧洲学者正在研究相变蓄热、化学蓄热、吸附蓄热等新兴蓄热技术2太阳能区域供热的年际变化从1979年世界上第一个太阳能区域供热场建成至今,欧洲共建设规模化太阳能区域供热场接近200个,并且集热场规模也有逐年扩大的趋势。中北欧1979年—2016年太阳能区域供热发展趋势见图1,图中给出当年建设最大规模太阳能区域供热场集热器铺设面积和对应供热负荷,从图中可见历年最大集热场集热器铺设规模和供热负荷基本呈现逐年增长的趋势。以2016年为例,欧洲地区共建设1个15,6694m3太阳能集热场规模效应通过对丹麦Braedstrup、Marstal、Dronninglund、Gram、Vojens等不同规模太阳能区域供热场经验总结,笔者分析了不同集热场规模下单位面积集热器铺设成本(包括集热器材料成本、安装成本、相关构件等成本),见图2从图2可知,集热器铺设规模为2,000m从图3可知,集热场规模为4,000m4蓄热建设成本丹麦早期太阳能区域供热场仅建有缓冲水箱,用于保证供热温度稳定,但供暖季太阳辐照度较低,太阳能保证率较小,季节性供热矛盾突出季节蓄热体建设难度较大,必须尽可能减少热损失,防止泄露、以及防止热水温度过高导致蒸气效应等,因而建设成本较大,并制约集热场的规模和供热保证率。蓄热建设成本主要包括土地平整、水池建设、工程垃圾处理、管网铺设、隔水保温材料铺设安装等费用。不同的储热方式适用于不同地域也对应不同储热成本,储热设施的建设首先需要选取适合当地的储热方式,并对储热建设投资进行优化。图4给出德国部分实际工程不同蓄热技术成本从图4可知,对水罐蓄热,蓄热体规模在300m坑式水池蓄热(PTES)因其建设施工容易,蓄热稳定,欧洲地区绝大部分季节蓄热均采用这种方式。其蓄热成本也随着蓄热容积的增大而显著降低,总结丹麦Marstal坑式水池工程及最近其他季节蓄热工程建设经验5系统集热成本分析基于前述分析,可以总结太阳能集热场规模越大,单位面积集热器成本越低;季节蓄热体容积越大,单位体积蓄热成本越低。单位面积集热器成本降低和单位体积蓄热成本降低将会直接影响最终的制热成本。基于对欧洲已建太阳能区域供热站经验总结,分析不同集热器成本和蓄热成本对制热成本的贡献,制热成本的贡献计算如下:假设多能互补区域供热系统供热量为Q,热源分别为A,B,C,D……,其中A为太阳能,单位热成本为S;A,B,C,D……供热成本分别为PS可见单位面积集热器成本越低,单位热成本就越低;集热场铺设规模为2,000m7太阳能供暖与供热的比较基于上述分析可以得到以下几点结论:(1)从欧洲太阳能区域供热发展的趋势来看,太阳能区域供热场的规模越来越大,年太阳能保证率也相比初期提高很多;(2)集热器铺设规模越大,单位面积集热器成本越低,有效降低系统初投资;(3)季节蓄热体体积越大,单位体积蓄热成本越低,有效降低蓄热体建设成本;(4)集热器和蓄热体成本降低,促进了制热成本的降低,从而有利于降低最终供热热价。当前,我国北方地区正推进清洁能源供热,而太阳能供暖正是一种备受推崇的清洁供热技术。欧洲地区丰富的工程经验数据及成熟的商业模式为我国太阳能供暖发展提供借鉴参考。发展