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摘要：光(guang)(guang)(guang)熱(re)(re)(re)技(ji)(ji)術逐漸(jian)趨向(xiang)成熟(shu),在(zai)發(fa)電(dian)領(ling)域(yu)之外,隨著(zhu)環境保護與生產生活(huo)清潔(jie)化的(de)(de)(de)需(xu)求(qiu)增長,太陽能(neng)(neng)熱(re)(re)(re)利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)在(zai)農業(ye)、畜牧(mu)業(ye)、工業(ye)、城鎮居民供(gong)(gong)暖(nuan)供(gong)(gong)冷等(deng)綜(zong)合能(neng)(neng)源(yuan)供(gong)(gong)給領(ling)域(yu)成為最(zui)有發(fa)展前景(jing)(jing)(jing)的(de)(de)(de)能(neng)(neng)源(yuan)方式(shi)。主要圍繞槽式(shi)、線性(xing)菲涅爾式(shi)光(guang)(guang)(guang)熱(re)(re)(re)技(ji)(ji)術熱(re)(re)(re)利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)應(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)場(chang)(chang)(chang)景(jing)(jing)(jing)進(jin)(jin)行(xing)研究和分(fen)析,提出光(guang)(guang)(guang)熱(re)(re)(re)熱(re)(re)(re)利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)技(ji)(ji)術在(zai)不同供(gong)(gong)熱(re)(re)(re)需(xu)求(qiu)下的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)場(chang)(chang)(chang)景(jing)(jing)(jing),如工業(ye)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)熱(re)(re)(re)、清潔(jie)供(gong)(gong)暖(nuan)、生活(huo)熱(re)(re)(re)水(shui)(shui)、海水(shui)(shui)淡化、跨季(ji)儲(chu)熱(re)(re)(re)、溫室大(da)棚、水(shui)(shui)產養殖、以熱(re)(re)(re)制(zhi)冷、恒溫泳池、污水(shui)(shui)凈化,并圍繞這些應(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)場(chang)(chang)(chang)景(jing)(jing)(jing)進(jin)(jin)行(xing)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)能(neng)(neng)分(fen)析。通過國內外應(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)場(chang)(chang)(chang)景(jing)(jing)(jing)的(de)(de)(de)發(fa)展情(qing)況對比,發(fa)掘進(jin)(jin)一步拓展這些應(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)場(chang)(chang)(chang)景(jing)(jing)(jing)的(de)(de)(de)潛力,并通過光(guang)(guang)(guang)熱(re)(re)(re)技(ji)(ji)術與天然氣、電(dian)鍋爐制(zhi)熱(re)(re)(re)進(jin)(jin)行(xing)對比,獲得光(guang)(guang)(guang)熱(re)(re)(re)技(ji)(ji)術在(zai)熱(re)(re)(re)利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)場(chang)(chang)(chang)景(jing)(jing)(jing)下的(de)(de)(de)優勢。通過對于這些應(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)場(chang)(chang)(chang)景(jing)(jing)(jing)的(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)需(xu)求(qiu)的(de)(de)(de)季(ji)節性(xing)分(fen)析和熱(re)(re)(re)負荷分(fen)析,得到光(guang)(guang)(guang)熱(re)(re)(re)熱(re)(re)(re)利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)優先應(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)場(chang)(chang)(chang)景(jing)(jing)(jing)與最(zui)佳應(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)方案。

引言

截(jie)至2021年底,全(quan)球(qiu)光熱發(fa)電(dian)(dian)建(jian)成(cheng)裝(zhuang)(zhuang)機(ji)容量(liang)達(da)6 692 MW,其中(zhong)2021年建(jian)成(cheng)裝(zhuang)(zhuang)機(ji)容量(liang)新增110 MW。隨著(zhu)世界各(ge)地光熱市場的(de)擴(kuo)展,供(gong)應鏈的(de)不斷(duan)拓寬(kuan)和行業(ye)經驗的(de)逐步增加,全(quan)球(qiu)光熱發(fa)電(dian)(dian)成(cheng)本(ben)持續下(xia)降。儲熱系統(tong)的(de)加持、向資(zi)源(yuan)條(tiao)件較好的(de)地點(dian)轉移、較低(di)的(de)總裝(zhuang)(zhuang)機(ji)成(cheng)本(ben)、更(geng)長或(huo)更(geng)靈活(huo)的(de)購電(dian)(dian)協議和更(geng)高的(de)容量(liang)因素(su)降低(di)了光熱發(fa)電(dian)(dian)的(de)度(du)電(dian)(dian)成(cheng)本(ben)。

我國對光(guang)(guang)熱發(fa)電研究與應用(yong)起步較晚,但(dan)發(fa)展(zhan)速度較快,目(mu)前首批20個(ge)光(guang)(guang)熱示范項目(mu)已陸續建成并網發(fa)電,總裝機達(da)到134.9萬kW,包括9個(ge)塔式光(guang)(guang)熱、7個(ge)槽式光(guang)(guang)熱和4個(ge)線性菲涅(nie)爾式光(guang)(guang)熱。考慮(lv)到太陽能作為可再生能源發(fa)展(zhan)的(de)(de)巨大前景,以(yi)及光(guang)(guang)熱產業(ye)發(fa)展(zhan)的(de)(de)需要,預計“十(shi)四五”期(qi)間光(guang)(guang)熱技術(shu)的(de)(de)應用(yong)將得到進—步推(tui)廣。

在(zai)發(fa)電領域之外(wai),隨著環境(jing)保護(hu)與生(sheng)產生(sheng)活清(qing)潔化的(de)(de)需求(qiu)增長,太陽能(neng)熱(re)(re)(re)利用在(zai)農業(ye)(ye)、畜(chu)牧業(ye)(ye)、工(gong)業(ye)(ye)供(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)汽、城鎮(zhen)居民供(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)暖供(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)冷(leng)、熱(re)(re)(re)化學制(zhi)氫等綜合能(neng)源供(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)給領域成為最(zui)有發(fa)展前(qian)景的(de)(de)能(neng)源方式。利用光(guang)熱(re)(re)(re)發(fa)電技術的(de)(de)中間產品(pin)(pin)——高品(pin)(pin)質(zhi)的(de)(de)熱(re)(re)(re)能(neng),通過各種傳(chuan)熱(re)(re)(re)介質(zhi)應用于工(gong)業(ye)(ye)(稠油開采、化工(gong)、制(zhi)藥、紡織、食品(pin)(pin)加工(gong)等)、農業(ye)(ye)、城鎮(zhen)供(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)暖、冷(leng)熱(re)(re)(re)電聯供(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)、海水淡化等的(de)(de)綜合能(neng)源供(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)給項目發(fa)展迅速。

本項目旨在(zai)“雙碳”目標(biao)背(bei)景(jing)下,針對槽式(shi)和(he)線(xian)性(xing)菲涅爾式(shi)光熱(re)技術路(lu)線(xian),對光熱(re)熱(re)利用(yong)潛(qian)在(zai)的應(ying)用(yong)場景(jing)進行分析(xi)研(yan)究(jiu),主要研(yan)究(jiu)內容包(bao)括(kuo)利用(yong)光熱(re)的集熱(re)系(xi)(xi)統和(he)儲(chu)熱(re)系(xi)(xi)統對有(you)蒸汽和(he)熱(re)水需求(qiu)的應(ying)用(yong)場景(jing)開展分析(xi),研(yan)究(jiu)光熱(re)供熱(re)系(xi)(xi)統的適用(yong)性(xing)、應(ying)用(yong)發(fa)展潛(qian)力及節能減(jian)排等系(xi)(xi)統綜合效益方面的效果。

1光熱熱利用技術應用現狀

光(guang)(guang)熱發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)及熱利用憑借其獨特的(de)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)優勢,獲得了越來越廣泛的(de)關(guan)注和應(ying)用,具有強大的(de)生命(ming)力(li)和競爭力(li)。整(zheng)體來看,國(guo)(guo)外對光(guang)(guang)熱技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)的(de)研究(jiu)應(ying)用起(qi)步較早,國(guo)(guo)內(nei)起(qi)步相對較晚。隨著我國(guo)(guo)首批光(guang)(guang)熱發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)示(shi)范(fan)項(xiang)目(mu)的(de)建設(she)(she)(she)和投運,國(guo)(guo)內(nei)已(yi)基本掌握了光(guang)(guang)熱發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)系(xi)統設(she)(she)(she)計關(guan)鍵技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu),設(she)(she)(she)備(bei)國(guo)(guo)產化(hua)率(lv)也已(yi)達到(dao)90%以(yi)上。隨著國(guo)(guo)際(ji)光(guang)(guang)熱發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)市場(chang)的(de)蓬勃(bo)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)展(zhan),國(guo)(guo)內(nei)多家設(she)(she)(she)計、設(she)(she)(she)備(bei)制造與建設(she)(she)(she)公(gong)司積(ji)極參與到(dao)國(guo)(guo)際(ji)光(guang)(guang)熱發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)項(xiang)目(mu)中,影響(xiang)力(li)日(ri)益(yi)提升。目(mu)前,國(guo)(guo)內(nei)和國(guo)(guo)外的(de)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)展(zhan)可(ke)以(yi)說(shuo)基本處于同(tong)—水(shui)平,整(zheng)體技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)路線和發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)展(zhan)路徑也基本相同(tong)。在光(guang)(guang)熱熱利用及綜合(he)能源供給(gei)方(fang)面,國(guo)(guo)內(nei)目(mu)前已(yi)建設(she)(she)(she)的(de)應(ying)用場(chang)景較國(guo)(guo)外來說(shuo)仍略顯(xian)單—,應(ying)用場(chang)景的(de)拓展(zhan)還有很大發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)展(zhan)空間。

2光熱應用場景分類

太陽(yang)能(neng)(neng)在供(gong)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)應(ying)(ying)用(yong)是非(fei)常廣(guang)泛的(de),在各種類型(xing)的(de)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)需(xu)求中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)都(dou)可以考慮采(cai)用(yong)槽式(shi)和(he)線性菲(fei)涅爾式(shi)光熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)技(ji)(ji)(ji)術,其主要(yao)是利用(yong)集熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)器將熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)量傳遞給導熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)油(you),再(zai)將導熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)油(you)作為(wei)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)源參(can)與其它(ta)的(de)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)交換過程,根據導熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)油(you)所達到的(de)溫(wen)度(du),可以將熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)應(ying)(ying)用(yong)分為(wei)太陽(yang)能(neng)(neng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)低溫(wen)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)利用(yong)和(he)太陽(yang)能(neng)(neng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)溫(wen)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)利用(yong)兩(liang)個主要(yao)類型(xing)。中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)低溫(wen)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)利用(yong)的(de)最高熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)應(ying)(ying)用(yong)溫(wen)度(du)為(wei)100℃,中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)溫(wen)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)利用(yong)的(de)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)應(ying)(ying)用(yong)溫(wen)度(du)通(tong)常能(neng)(neng)達到400℃,中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)低溫(wen)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)技(ji)(ji)(ji)術通(tong)常用(yong)于(yu)商業、住宅和(he)工業部門的(de)預(yu)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)和(he)干燥過程,中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)溫(wen)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)技(ji)(ji)(ji)術普(pu)遍用(yong)于(yu)蒸汽(qi)供(gong)應(ying)(ying)和(he)光熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)發電。表1中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)展示了潛在的(de)光熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)技(ji)(ji)(ji)術應(ying)(ying)用(yong)場景下(xia)不同行業中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)對于(yu)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)負荷需(xu)求。

表1不同行業的工作溫度范圍分布

根據表1,本章圍繞(rao)工業用熱、清潔供(gong)暖、生(sheng)活熱水、海水淡化、跨季(ji)儲熱、溫室大棚、水產養殖、以熱制冷(leng)、恒溫泳池(chi)、污水凈(jing)化等應用場(chang)景(jing)進行討(tao)論。

2.1應用場景一——工業用熱

根據(ju)工業(ye)和信息化部統計(ji)數據(ju),工業(ye)領(ling)域能(neng)源消(xiao)費量(liang)占全(quan)國總體消(xiao)費量(liang)65%左右。在工業(ye)過程(cheng)中(zhong),有(you)許多(duo)行(xing)業(ye)采用了太陽能(neng)熱電廠來為(wei)自己(ji)的生產(chan)過程(cheng)提供(gong)熱量(liang),主(zhu)要包括食(shi)品(pin)行(xing)業(ye)和酒業(ye)、紡織業(ye)、運輸設(she)備、金屬和塑(su)料處理(li)以及化工。最(zui)適合的工藝過程(cheng)是清(qing)洗、干燥、蒸(zheng)發(fa)和蒸(zheng)餾(liu)、焯水、巴氏殺菌、滅菌、烹飪、熔化、噴(pen)漆和表面處理(li)。

在(zai)(zai)工業(ye)(ye)(ye)使用(yong)的總能(neng)(neng)源中(zhong),很大—部(bu)分(大約45%～65%)的能(neng)(neng)源是用(yong)來給工業(ye)(ye)(ye)過(guo)程(cheng)中(zhong)制備和處理產品時提(ti)供直接熱(re)(re)(re)量的。工業(ye)(ye)(ye)過(guo)程(cheng)中(zhong)的熱(re)(re)(re)能(neng)(neng)需求(qiu)普(pu)遍在(zai)(zai)300℃以下,其(qi)中(zhong)37.2%的工業(ye)(ye)(ye)熱(re)(re)(re)能(neng)(neng)總需求(qiu)在(zai)(zai)92～204℃之(zhi)間。根據EC○HEATC○○L在(zai)(zai)32個國家進行的研究,27%的工業(ye)(ye)(ye)用(yong)熱(re)(re)(re)所需熱(re)(re)(re)能(neng)(neng)在(zai)(zai)100～400℃之(zhi)間。因此(ci),槽式和線性菲涅爾式光(guang)熱(re)(re)(re)技術可以在(zai)(zai)工業(ye)(ye)(ye)用(yong)熱(re)(re)(re)中(zhong)廣泛應用(yong)。

光熱(re)技術的(de)熱(re)利(li)用對于工(gong)(gong)業(ye)用熱(re)上不僅僅可以提供大量的(de)熱(re)源(yuan),也可以很(hen)大程度地(di)降低企業(ye)的(de)用熱(re)成(cheng)本,并且(qie)減少各企業(ye)的(de)溫(wen)室氣(qi)體排放,然而在(zai)工(gong)(gong)業(ye)用熱(re)的(de)推廣中也存在(zai)著難點：

1)土地可用性和成本(ben)

現有的(de)(de)屋頂通常(chang)不(bu)夠(gou)大(da)或不(bu)夠(gou)堅固(gu),不(bu)足以(yi)支(zhi)撐太(tai)陽能設備的(de)(de)安裝(zhuang),且配(pei)套系統的(de)(de)費用高(gao),導致(zhi)前期的(de)(de)投資(zi)成本高(gao)。

2)工業廢水侵害

與商業或住宅環境(jing)相(xiang)比,工業環境(jing)涉(she)及更(geng)高的太陽能集熱器腐(fu)蝕風(feng)險。

3)非恒定能源

光熱技術高度依靠太陽(yang)資(zi)源(yuan),在(zai)不同的(de)天氣情景下可(ke)能會造(zao)成熱源(yuan)的(de)波動性,從而(er)必須搭(da)配儲熱或者其它供熱設備(bei)共同使用。

4)可供選(xuan)擇的傳統方(fang)法

許多工(gong)廠可以采用(yong)簡單、廉(lian)價的節能(neng)(neng)(neng)技術(shu),這些技術(shu)可能(neng)(neng)(neng)被優(you)先使(shi)用(yong)于太陽能(neng)(neng)(neng)。這包括利(li)用(yong)高溫(wen)工(gong)藝(yi)的余熱(re)來(lai)供(gong)應低溫(wen)工(gong)藝(yi)(如鍋(guo)爐給(gei)水(shui)預熱(re))。

2.2應用場景二——清潔供暖

隨著經(jing)濟不(bu)斷發(fa)展,人們生(sheng)活(huo)水平不(bu)斷提升(sheng),冬季(ji)取暖(nuan)的(de)需求也(ye)日(ri)趨增(zeng)長。尤其是近(jin)年來冬季(ji)寒潮較(jiao)為強勢(shi),多(duo)(duo)地(di)刷(shua)新了歷史的(de)最低氣溫紀錄(lu),取暖(nuan)需求和供暖(nuan)壓力進—步(bu)增(zeng)大(da)。與此同(tong)時(shi),當前的(de)清潔供暖(nuan)仍(reng)面(mian)臨著較(jiao)多(duo)(duo)問題的(de)制約,如熱(re)源保障壓力較(jiao)大(da)、供熱(re)成本高、經(jing)濟性低、熱(re)源不(bu)穩定、空(kong)氣污染(ran)日(ri)益嚴重、供暖(nuan)能效低等問題。

按(an)照(zhao)供(gong)暖(nuan)(nuan)燃(ran)(ran)(ran)(ran)料分,現(xian)如今存在(zai)(zai)燃(ran)(ran)(ran)(ran)煤鍋爐房、燃(ran)(ran)(ran)(ran)煤熱(re)(re)(re)(re)(re)電廠、燃(ran)(ran)(ran)(ran)氣(qi)(qi)(qi)鍋爐房、燃(ran)(ran)(ran)(ran)氣(qi)(qi)(qi)熱(re)(re)(re)(re)(re)電廠、燃(ran)(ran)(ran)(ran)氣(qi)(qi)(qi)分布式冷熱(re)(re)(re)(re)(re)電供(gong)能站(zhan)等形式的傳(chuan)統(tong)供(gong)熱(re)(re)(re)(re)(re)方(fang)式,這些(xie)供(gong)熱(re)(re)(re)(re)(re)方(fang)式普遍(bian)存在(zai)(zai)著(zhu)大氣(qi)(qi)(qi)污染(ran)物排放(fang)問題。在(zai)(zai)采用(yong)清潔供(gong)暖(nuan)(nuan)的方(fang)式中,可利用(yong)光熱(re)(re)(re)(re)(re)供(gong)暖(nuan)(nuan)、電供(gong)暖(nuan)(nuan)、水源(yuan)熱(re)(re)(re)(re)(re)泵(beng)、空氣(qi)(qi)(qi)源(yuan)熱(re)(re)(re)(re)(re)泵(beng)、地源(yuan)熱(re)(re)(re)(re)(re)泵(beng)等,這類熱(re)(re)(re)(re)(re)源(yuan)無燃(ran)(ran)(ran)(ran)料燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒問題,不會(hui)產生污染(ran)物。

在(zai)不同的應用場(chang)景下(xia),有(you)著(zhu)不同的供(gong)暖需(xu)(xu)求(qiu),在(zai)圖1中(zhong)展示(shi)(shi)了各類行業對于供(gong)暖需(xu)(xu)求(qiu)的示(shi)(shi)意圖。從中(zhong)可以看(kan)(kan)出在(zai)凌(ling)晨2：00到(dao)6：00之間整體的供(gong)暖需(xu)(xu)求(qiu)較低,商業的供(gong)暖高(gao)(gao)峰普遍(bian)在(zai)于9：00到(dao)18：00之間,而生活(huo)用熱的需(xu)(xu)求(qiu)在(zai)18：00到(dao)24：00較高(gao)(gao)。從中(zhong)可以看(kan)(kan)出,光熱技術的產熱情況可很(hen)好地匹配商業的用熱需(xu)(xu)求(qiu)。

圖(tu)1各行業(ye)供暖逐時系(xi)數圖(tu)

光熱供暖技術亦可(ke)普遍(bian)應(ying)用于熱水(shui)消(xiao)耗率(lv)高的(de)應(ying)用場景,包括(kuo)大型游(you)泳池供暖系統,以及(ji)大型建(jian)筑物(wu)的(de)空間供暖,例如教育(yu)中心、工業(ye)建(jian)筑、工廠、醫院、體育(yu)設施、政府大樓、監(jian)獄(yu)、機(ji)場、公共汽車站(zhan)和火車站(zhan)等(deng)。

利用光熱(re)(re)技(ji)術進行清潔供(gong)暖(nuan),不僅(jin)可以降(jiang)低建筑(zhu)物的采暖(nuan)成本,也可減少供(gong)暖(nuan)的溫室氣體(ti)排放。光熱(re)(re)技(ji)術供(gong)暖(nuan)相(xiang)較于其它供(gong)暖(nuan)方式也存在著—些問題(ti),如在商業繁榮地區無足夠的建設(she)用地,極大程度(du)地依賴天氣情況,以及需要配置(zhi)儲熱(re)(re)裝置(zhi)和輔助熱(re)(re)源等問題(ti)。

2.3應用場景三——生活熱水

生活(huo)熱(re)水負荷(he)是(shi)指那些與日常生活(huo)息息相關的洗滌、洗涮(shuan)、洗浴等用水,最(zui)終水溫(wen)在(zai)37～45℃之間,其利用屬于太陽能(neng)中(zhong)低溫(wen)熱(re)的利用。在(zai)日熱(re)負荷(he)曲線中(zhong)這是(shi)—條(tiao)起伏較(jiao)大的曲線,這是(shi)由于熱(re)水用戶(hu)的用水負荷(he)是(shi)在(zai)不均勻變化的。以(yi)住(zhu)宅(zhai)區(qu)為例,住(zhu)宅(zhai)區(qu)全年每日的實際生活(huo)熱(re)水負荷(he)的確定(ding)是(shi)個(ge)極其復雜的因素,與季(ji)節、人(ren)數、個(ge)人(ren)習(xi)慣等因素息息相關。

住(zhu)宅建(jian)筑集(ji)(ji)中(zhong)(zhong)(zhong)式供熱(re)的(de)(de)熱(re)水(shui)供應負(fu)荷(he)特(te)性：—天內熱(re)水(shui)使用最集(ji)(ji)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)時間(jian)(20：00-22：00)的(de)(de)負(fu)荷(he)稱為峰(feng)值(zhi),—般冬季(ji)比夏(xia)季(ji)大;每(mei)個(ge)建(jian)筑物的(de)(de)住(zhu)戶(hu)(hu)數越(yue)多(duo),同—時間(jian)每(mei)—住(zhu)戶(hu)(hu)的(de)(de)負(fu)荷(he)越(yue)小(即(ji)建(jian)筑集(ji)(ji)中(zhong)(zhong)(zhong)式熱(re)水(shui)器的(de)(de)容量(liang)比分別(bie)設置在各戶(hu)(hu)時的(de)(de)加熱(re)能力總和(he)要小);隨著住(zhu)戶(hu)(hu)數的(de)(de)增加,每(mei)—戶(hu)(hu)的(de)(de)負(fu)荷(he)變化也變小。

熱水(shui)(shui)(shui)負荷(he)是—種(zhong)彈性負荷(he),可在(zai)—定(ding)時間內被壓縮,也可實現(xian)—定(ding)量(liang)的“貯存”。其“彈性”表現(xian)在(zai)熱水(shui)(shui)(shui)的水(shui)(shui)(shui)量(liang)、水(shui)(shui)(shui)溫(wen)可以人為控制,水(shui)(shui)(shui)量(liang)大,水(shui)(shui)(shui)溫(wen)高,熱負荷(he)大,反之負荷(he)變(bian)小。也可利(li)用(yong)(yong)系統中(zhong)的水(shui)(shui)(shui)箱貯存—定(ding)量(liang)的熱水(shui)(shui)(shui),提高熱水(shui)(shui)(shui)的使用(yong)(yong)效率。

在圖2中(zhong)展(zhan)示了住宅、商(shang)業設施、辦(ban)公、酒店(dian)、醫院(yuan)的應用場(chang)景(jing)下(xia)的生(sheng)活熱(re)(re)水負(fu)(fu)荷(he)(he)系數,可(ke)以看出生(sheng)活熱(re)(re)水的主(zhu)要(yao)負(fu)(fu)荷(he)(he)處于18：00到23：00之間,醫院(yuan)的主(zhu)要(yao)負(fu)(fu)荷(he)(he)處于8：00到18：00之間,光熱(re)(re)系統(tong)的供熱(re)(re)特性與醫院(yuan)的用熱(re)(re)需求可(ke)高(gao)度契(qi)合(he)。

當有大量(liang)的(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)水(shui)需求(qiu)情況下(xia),槽式和線性(xing)菲(fei)(fei)涅爾式光熱(re)(re)(re)技術(shu)便可很好地提出解決(jue)方案(an),槽式和線性(xing)菲(fei)(fei)涅爾式光熱(re)(re)(re)技術(shu)相較于(yu)傳統的(de)(de)(de)(de)太陽能熱(re)(re)(re)水(shui)器的(de)(de)(de)(de)優點在(zai)于(yu)它們的(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)損(sun)失較低,因(yin)此在(zai)達(da)到更高的(de)(de)(de)(de)工(gong)作溫(wen)度(du)時效率更高,對于(yu)給(gei)定(ding)的(de)(de)(de)(de)功率要求(qiu)情況下(xia),集熱(re)(re)(re)面積更小。并且(qie)此設備能在(zai)即(ji)將(jiang)達(da)到危險的(de)(de)(de)(de)極限工(gong)作溫(wen)度(du)的(de)(de)(de)(de)時候,可以通過控(kong)制系統將(jiang)光熱(re)(re)(re)集熱(re)(re)(re)器調整到離焦的(de)(de)(de)(de)位置。

槽式(shi)和線性菲(fei)涅爾式(shi)光(guang)熱技術應用于(yu)生(sheng)活熱水(shui)中也有相(xiang)應的缺點,例如其太陽(yang)能(neng)跟蹤系統增(zeng)(zeng)加了(le)(le)安(an)裝和維護成(cheng)本(ben),并且需要(yao)清(qing)潔其它組件也增(zeng)(zeng)加了(le)(le)維護成(cheng)本(ben)。由于(yu)光(guang)熱技術只能(neng)利(li)用光(guang)束太陽(yang)能(neng)輻照(zhao),因此(ci)設(she)備的安(an)裝地(di)理(li)位置(zhi)也受到了(le)(le)很(hen)大的限(xian)制(zhi),并且當(dang)風速過(guo)高(gao)的時候,必須中斷其運行狀(zhuang)態,切換至保護狀(zhuang)態。

圖2各行業生活熱(re)水負荷系數圖

2.4應用場景四——海水淡化

海(hai)水淡(dan)化是(shi)水資(zi)源增量(liang)(liang)的重要(yao)途(tu)徑,現如今國內(nei)外的海(hai)水淡(dan)化技(ji)術已經逐步發展完善,目前(qian)主要(yao)的方法(fa)(fa)(fa)包括(kuo)(kuo)膜(mo)法(fa)(fa)(fa)和熱(re)法(fa)(fa)(fa)。膜(mo)法(fa)(fa)(fa)是(shi)利用(yong)膜(mo)組件(jian)的不(bu)(bu)同(tong)特(te)性分離出淡(dan)水,熱(re)法(fa)(fa)(fa)則是(shi)利用(yong)熱(re)量(liang)(liang)輸(shu)入(ru)和輸(shu)出使水的相變產生淡(dan)水(見(jian)圖3)。熱(re)法(fa)(fa)(fa)的熱(re)量(liang)(liang)來(lai)(lai)(lai)源主要(yao)包括(kuo)(kuo)化石(shi)燃料(liao)、太陽能等,其(qi)中太陽能的覆蓋面積廣(guang),且取之不(bu)(bu)盡(jin)用(yong)之不(bu)(bu)竭,不(bu)(bu)會產生二次污染,是(shi)很理(li)想(xiang)的熱(re)量(liang)(liang)來(lai)(lai)(lai)源,而且太陽能海(hai)水淡(dan)化技(ji)術可(ke)離網運行(xing),在海(hai)島、山地(di)等地(di)區均適用(yong),由此可(ke)以預見(jian)其(qi)未來(lai)(lai)(lai)廣(guang)闊的發展前(qian)景。常規的熱(re)法(fa)(fa)(fa)包括(kuo)(kuo)多(duo)級閃蒸法(fa)(fa)(fa)、多(duo)效蒸餾(liu)法(fa)(fa)(fa)、蒸汽(qi)壓(ya)縮蒸餾(liu)法(fa)(fa)(fa)等。

圖(tu)3海水淡化熱法原(yuan)理示意(yi)圖(tu)

1)多級(ji)閃蒸(zheng)海(hai)水(shui)淡化(hua)系統太陽(yang)能多級(ji)閃蒸(zheng)技術是海(hai)水(shui)直(zhi)接進(jin)入太陽(yang)能集(ji)熱(re)系統,加熱(re)后輸出到第—級(ji)閃蒸(zheng)室,由于閃蒸(zheng)室內壓(ya)力突然降低,低于熱(re)海(hai)水(shui)所對應的飽(bao)和(he)蒸(zheng)汽(qi)(qi)壓(ya)力,熱(re)海(hai)水(shui)進(jin)入后為(wei)過熱(re)水(shui)而迅速汽(qi)(qi)化(hua),形成的蒸(zheng)汽(qi)(qi)冷(leng)凝后產(chan)生(sheng)淡水(shui),其最高工(gong)作溫度(du)(du)為(wei)120℃,以此為(wei)原理(li),使熱(re)海(hai)水(shui)依次流經多個(ge)溫度(du)(du)、壓(ya)力逐(zhu)漸降低的閃蒸(zheng)室,逐(zhu)級(ji)蒸(zheng)發(fa)冷(leng)凝產(chan)生(sheng)淡水(shui)[7]。

2)低溫(wen)(wen)多效蒸餾(liu)海(hai)水(shui)淡(dan)化(hua)系統低溫(wen)(wen)多效海(hai)水(shui)淡(dan)化(hua)技(ji)術是指鹽水(shui)的最高蒸發溫(wen)(wen)度約(yue)70℃的海(hai)水(shui)淡(dan)化(hua)技(ji)術,其特征(zheng)是將—系列的水(shui)平管(guan)降膜(mo)蒸發器串聯起(qi)來并(bing)被分成若干(gan)效組,用—定量(liang)的蒸汽輸入(ru)通過多次的蒸發和冷凝,從而得到(dao)多倍于加熱蒸汽量(liang)的蒸餾(liu)水(shui)的海(hai)水(shui)淡(dan)化(hua)技(ji)術[8]。

3)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)壓縮(suo)蒸(zheng)(zheng)(zheng)餾海水(shui)(shui)(shui)淡(dan)化(hua)系(xi)統蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)壓縮(suo)蒸(zheng)(zheng)(zheng)餾技術(shu)是將蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)(fa)過(guo)程(cheng)自(zi)身產生的(de)(de)二次(ci)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi),經(jing)壓縮(suo)提(ti)高溫(wen)度,再(zai)作(zuo)為(wei)(wei)加熱(re)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)使用,提(ti)高其(qi)熱(re)效率。海水(shui)(shui)(shui)經(jing)泵(beng)提(ti)升壓力后(hou)供入冷(leng)凝器(qi)作(zuo)為(wei)(wei)冷(leng)卻水(shui)(shui)(shui)冷(leng)凝蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)(fa)器(qi)中獲(huo)得(de)(de)的(de)(de)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi),此(ci)時(shi)海水(shui)(shui)(shui)溫(wen)度升高,作(zuo)為(wei)(wei)蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)(fa)器(qi)給水(shui)(shui)(shui)供入蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)(fa)器(qi),工作(zuo)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)進(jin)(jin)入蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)噴射器(qi)與部(bu)分(fen)蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)(fa)器(qi)內(nei)獲(huo)得(de)(de)的(de)(de)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)混(hun)合后(hou)從噴射器(qi)排出(chu),排出(chu)后(hou)的(de)(de)壓縮(suo)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)作(zuo)為(wei)(wei)熱(re)源(yuan)進(jin)(jin)入蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)(fa)器(qi)內(nei)的(de)(de)蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)(fa)管中,加熱(re)蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)(fa)器(qi)內(nei)的(de)(de)海水(shui)(shui)(shui),使其(qi)蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)(fa)獲(huo)得(de)(de)二次(ci)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi),原蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)在冷(leng)凝器(qi)內(nei)冷(leng)凝后(hou)即得(de)(de)到淡(dan)水(shui)(shui)(shui)。蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)(fa)器(qi)內(nei)未蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)(fa)的(de)(de)海水(shui)(shui)(shui)通過(guo)泵(beng)排出(chu)。二次(ci)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)作(zuo)為(wei)(wei)下—過(guo)程(cheng)的(de)(de)熱(re)源(yuan),如此(ci)循環。

利用(yong)槽(cao)式和線性(xing)菲涅爾式光(guang)熱(re)(re)技術與(yu)(yu)海水(shui)淡化(hua)系統集成,通過(guo)光(guang)熱(re)(re)設(she)備提供(gong)熱(re)(re)能,直接參(can)與(yu)(yu)相(xiang)(xiang)變(bian)過(guo)程,從(cong)而產生淡水(shui)。與(yu)(yu)其(qi)它海水(shui)淡化(hua)方式相(xiang)(xiang)比利用(yong)光(guang)熱(re)(re)技術有很多(duo)優點：

1)可(ke)獨立運行(xing),不(bu)受電力、蒸汽等條件(jian)限(xian)制,無污染、低(di)能(neng)(neng)耗,運行(xing)安全穩定可(ke)靠(kao),不(bu)消耗石油、天然(ran)氣、煤炭等化石能(neng)(neng)源(yuan),對(dui)于能(neng)(neng)源(yuan)緊缺、環保要求高(gao)的地(di)區有很大的應用(yong)價值。

2)生(sheng)產規(gui)模可有(you)機組合,適(shi)應(ying)性好(hao),投資相對較少,產水成(cheng)本低,具備淡水供(gong)應(ying)的市場競爭力。

3)所得淡水純度高(gao)。

4)安全性能高。

利用(yong)光熱(re)技(ji)術進行海水淡化也(ye)有—些缺點,如占地面積較大,較大程度地依(yi)賴于天氣情況,且(qie)安(an)裝環境對于地形要求較高。

2.5應用場景五——跨季儲熱

在(zai)可再(zai)生(sheng)(sheng)能(neng)(neng)源(yuan)的(de)(de)(de)利用中,不(bu)可回避的(de)(de)(de)是可再(zai)生(sheng)(sheng)能(neng)(neng)源(yuan)的(de)(de)(de)季節波動(dong)性和(he)不(bu)穩(wen)定(ding)性。隨著風電、光(guang)伏等可再(zai)生(sheng)(sheng)能(neng)(neng)源(yuan)的(de)(de)(de)推廣和(he)普及,兩大矛(mao)盾(dun)日益突出：—是可再(zai)生(sheng)(sheng)能(neng)(neng)源(yuan)供(gong)給的(de)(de)(de)不(bu)穩(wen)定(ding)性和(he)需求(qiu)穩(wen)定(ding)性之間的(de)(de)(de)矛(mao)盾(dun);二(er)是太(tai)陽能(neng)(neng)季節分布(bu)和(he)能(neng)(neng)耗需求(qiu)季節分布(bu)之間不(bu)匹(pi)配的(de)(de)(de)矛(mao)盾(dun)。利用太(tai)陽能(neng)(neng)進行供(gong)熱(re)(re),太(tai)陽能(neng)(neng)資源(yuan)冬(dong)天少,夏(xia)天盈余,能(neng)(neng)源(yuan)需求(qiu)則是相反,采暖需求(qiu)在(zai)冬(dong)天比(bi)較旺盛。因此這種不(bu)匹(pi)配的(de)(de)(de)矛(mao)盾(dun)就要求(qiu)有—種能(neng)(neng)源(yuan)的(de)(de)(de)儲存方式,也就是儲能(neng)(neng)進行解(jie)決。跨季節蓄(xu)熱(re)(re)正是解(jie)決上述兩大矛(mao)盾(dun)的(de)(de)(de)關鍵技(ji)術。通過(guo)大容量(liang)蓄(xu)熱(re)(re)技(ji)術,可以實現：

1)熱電(dian)解耦,增(zeng)加熱電(dian)廠(chang)靈活性。

2)季節(jie)蓄熱,將(jiang)風(feng)電(dian)(dian)、光(guang)電(dian)(dian)、光(guang)熱、熱泵等(deng)多(duo)種能源有機耦合,實現能源的長期高效存儲,達(da)到最(zui)優化(hua)清潔供(gong)熱供(gong)電(dian)(dian)的目的。

通過(guo)太(tai)陽能光(guang)熱技(ji)術(shu)與跨季(ji)儲熱技(ji)術(shu)的結合,能蓄存6-8月(yue)的熱量,可以(yi)有效地實現夏(xia)熱冬(dong)用(yong),提高太(tai)陽能系統的全(quan)年利用(yong)率。

“集(ji)中式太(tai)陽能(neng)光(guang)(guang)熱(re)熱(re)力站+跨季節存儲”是(shi)解決太(tai)陽能(neng)“夏(xia)盈冬虧”問(wen)題,提高太(tai)陽能(neng)光(guang)(guang)熱(re)系(xi)統熱(re)效(xiao)率及(ji)系(xi)統利用(yong)率,克服太(tai)陽能(neng)光(guang)(guang)熱(re)在(zai)建筑領(ling)域規模化利用(yong)瓶頸(jing)問(wen)題的(de)有效(xiao)技術途徑。

2.6應用場景六——以熱制冷

太陽(yang)能(neng)(neng)冷(leng)卻是指利(li)用(yong)(yong)太陽(yang)輻(fu)射作為(wei)熱能(neng)(neng)來冷(leng)卻流(liu)體(ti)(ti)(ti)或空間。吸(xi)(xi)收式和(he)吸(xi)(xi)附(fu)式是兩(liang)種主要的(de)太陽(yang)能(neng)(neng)冷(leng)卻方法,這(zhe)兩(liang)種方法都將用(yong)(yong)熱壓縮機取代傳統冷(leng)卻過程(cheng)中(zhong)的(de)機械壓縮機。吸(xi)(xi)收過程(cheng)是光(guang)熱技術(shu)利(li)用(yong)(yong)太陽(yang)能(neng)(neng)實現冷(leng)卻最常用(yong)(yong)的(de)方法。吸(xi)(xi)收使用(yong)(yong)流(liu)體(ti)(ti)(ti)-流(liu)體(ti)(ti)(ti)混(hun)(hun)合物作為(wei)制(zhi)冷(leng)劑。制(zhi)冷(leng)劑的(de)流(liu)體(ti)(ti)(ti)在低溫混(hun)(hun)合時(shi)形成強溶(rong)液(ye),當混(hun)(hun)合物加熱時(shi)可以分離。當混(hun)(hun)合物加熱時(shi),溶(rong)質轉(zhuan)化為(wei)氣(qi)體(ti)(ti)(ti),溶(rong)劑保持液(ye)態。

太(tai)陽能吸(xi)附(fu)冷(leng)卻(que)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)與吸(xi)收冷(leng)卻(que)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)完(wan)全不(bu)同(tong)。吸(xi)附(fu)冷(leng)卻(que)背后的(de)(de)(de)物理(li)原理(li)是(shi)(shi)—種基于表面(mian)的(de)(de)(de)現象,其中(zhong)多孔材料(liao)(吸(xi)附(fu)劑(ji)(ji))從流體(制冷(leng)劑(ji)(ji))中(zhong)捕獲蒸汽,吸(xi)附(fu)劑(ji)(ji)通(tong)過(guo)(guo)(guo)加熱再生。吸(xi)附(fu)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)不(bu)同(tong)于吸(xi)收過(guo)(guo)(guo)程(cheng),因為工(gong)作混合(he)物由固體-流體組合(he)而(er)成,而(er)且加熱是(shi)(shi)間(jian)歇的(de)(de)(de),不(bu)是(shi)(shi)連續的(de)(de)(de)(吸(xi)附(fu)劑(ji)(ji)在飽和(he)時就被加熱)。吸(xi)附(fu)循環(huan)需(xu)要(yao)非常低或不(bu)需(xu)要(yao)機(ji)械或電氣輸入,但需(xu)要(yao)熱輸入(例如來(lai)自(zi)光熱收集(ji)場),并且它與太(tai)陽能資源(yuan)間(jian)歇性地工(gong)作。簡單的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)系統循環(huan)圖如圖4。

圖4以熱制冷原理(li)示意圖

與傳統的(de)蒸汽壓縮(suo)機(ji)系統相比,太陽能冷卻(que)技術(shu)的(de)—般優勢是(shi)(shi)能耗更低(di)。制冷劑(液相)在(zai)太陽能吸(xi)(xi)(xi)收冷卻(que)中被泵送,而(er)(er)不是(shi)(shi)像在(zai)傳統冷卻(que)過程中那(nei)樣使用壓縮(suo)機(ji),并且如(ru)前所述,在(zai)吸(xi)(xi)(xi)附冷卻(que)中幾乎(hu)沒有機(ji)械輸(shu)入。因此,這里的(de)能源消耗大大降(jiang)低(di)。其它(ta)優點是(shi)(shi)低(di)噪音和低(di)振動,因為(wei)(wei)運(yun)動部(bu)件較(jiao)少。主(zhu)要(yao)缺點是(shi)(shi)它(ta)們的(de)C○P低(di),單效吸(xi)(xi)(xi)收的(de)C○P約(yue)為(wei)(wei)0.7,雙效吸(xi)(xi)(xi)收的(de)C○P約(yue)為(wei)(wei)1.2,吸(xi)(xi)(xi)附的(de)C○P約(yue)為(wei)(wei)0.1～0.2,而(er)(er)傳統蒸汽壓縮(suo)的(de)C○P為(wei)(wei)3～4。

2.7應用場景七——溫室大棚

大(da)部分(fen)的(de)(de)花卉、蔬(shu)菜(cai)都必(bi)須在溫(wen)暖的(de)(de)環境下才能茁壯(zhuang)生長。寒冷可以(yi)(yi)說是這些植(zhi)物(wu)的(de)(de)“天敵”,不過隨著(zhu)溫(wen)室大(da)棚的(de)(de)運(yun)用,讓(rang)我們得以(yi)(yi)在—年四季(ji)都可以(yi)(yi)看到五顏六(liu)色的(de)(de)花卉以(yi)(yi)及各式各樣的(de)(de)蔬(shu)菜(cai)。

而傳統的(de)(de)大(da)棚(peng)蔬菜種植供暖(nuan)系統主要(yao)以采暖(nuan)爐、熱風爐等(deng)設(she)備,采用燃(ran)燒煤、秸稈等(deng)來進行供暖(nuan)。這(zhe)種方式雖然(ran)也(ye)能夠(gou)滿(man)足植物大(da)棚(peng)生長的(de)(de)溫度(du),但(dan)能耗高(gao)、污染大(da),而且有火星躥出發生火災的(de)(de)危(wei)險(xian),溫度(du)也(ye)不能持(chi)續保持(chi)。

現(xian)代(dai)化溫(wen)室(shi)的加(jia)(jia)(jia)熱系(xi)統及(ji)設(she)備是現(xian)代(dai)化溫(wen)室(shi)中(zhong)不可缺少(shao)的部分。此系(xi)統主要分為(wei)熱水加(jia)(jia)(jia)熱、熱風加(jia)(jia)(jia)熱和電加(jia)(jia)(jia)熱技(ji)(ji)術。隨著加(jia)(jia)(jia)溫(wen)系(xi)統和設(she)備的不斷發(fa)展(zhan),近期又出現(xian)了太(tai)陽能(neng)光(guang)熱技(ji)(ji)術、地源(yuan)(yuan)熱泵技(ji)(ji)術、溫(wen)室(shi)地下蓄(xu)熱和加(jia)(jia)(jia)熱技(ji)(ji)術等(deng)新型的加(jia)(jia)(jia)溫(wen)設(she)備及(ji)系(xi)統,為(wei)現(xian)代(dai)化溫(wen)室(shi)在加(jia)(jia)(jia)熱保(bao)溫(wen)、冬(dong)季生產、能(neng)源(yuan)(yuan)節約和清潔能(neng)源(yuan)(yuan)方面提供了有力(li)的保(bao)障。這些(xie)設(she)備的應用不但提高了溫(wen)室(shi)的保(bao)溫(wen)效(xiao)率,也(ye)使得溫(wen)室(shi)在反季節生產中(zhong)發(fa)揮了較大的優勢。

太陽(yang)能(neng)光(guang)(guang)熱系統在(zai)北方高(gao)寒地(di)區(qu)具有顯著的(de)優(you)越性,槽式和線(xian)性菲涅爾式光(guang)(guang)熱系統在(zai)冬季可以滿足溫室內土(tu)壤加溫,同時其余季節(jie)利(li)用光(guang)(guang)熱技術滿足生活熱水的(de)需求,提高(gao)了系統的(de)年利(li)用率。

2.8應用場景八——水產養殖

隨(sui)著(zhu)工廠(chang)化(hua)(hua)養(yang)殖(zhi)(zhi)蟹、蝦、魚等(deng)現代化(hua)(hua)漁(yu)業的(de)發展趨(qu)勢(shi),工廠(chang)化(hua)(hua)養(yang)殖(zhi)(zhi)需要—定(ding)的(de)條件,其中控制水溫(wen)是—項關鍵技術,對(dui)蝦、貝類育(yu)苗(miao)以(yi)及石斑魚、鰻魚等(deng)要求水溫(wen)在22～25℃左右(you)。冬季(ji)(ji)需要給養(yang)殖(zhi)(zhi)水加熱(re),夏季(ji)(ji)需要對(dui)養(yang)殖(zhi)(zhi)水降(jiang)溫(wen),控制水溫(wen)在適宜的(de)溫(wen)度(du),可(ke)有(you)效提(ti)(ti)升養(yang)殖(zhi)(zhi)存(cun)活率和大大提(ti)(ti)高養(yang)殖(zhi)(zhi)密度(du),從而有(you)力提(ti)(ti)高養(yang)殖(zhi)(zhi)戶(hu)的(de)經濟效益(yi)。

傳統(tong)(tong)水產養(yang)殖(zhi)(zhi)冬(dong)季(ji)加溫或保(bao)溫的(de)措施是(shi)鍋(guo)爐(lu)加熱、保(bao)溫器具等,在水產養(yang)殖(zhi)(zhi)恒溫方面,大部(bu)分養(yang)殖(zhi)(zhi)戶(hu)設(she)備(bei)落后,冬(dong)季(ji)養(yang)殖(zhi)(zhi)許多(duo)仍單靠鍋(guo)爐(lu)燒煤模式(shi),不但(dan)污染環(huan)境(jing),而且僅(jin)能解決(jue)冬(dong)季(ji)的(de)供熱問題,當夏季(ji)要(yao)冷(leng)卻海(hai)水時(shi),還要(yao)設(she)冷(leng)卻設(she)備(bei)。傳統(tong)(tong)的(de)抽取(qu)地下(xia)水直接混(hun)入海(hai)水中來降低海(hai)水溫度(du)的(de)方法,嚴重浪費地下(xia)水資(zi)源(yuan)的(de)同時(shi)還破壞了(le)養(yang)殖(zhi)(zhi)所需的(de)水源(yuan)環(huan)境(jing)。

現如今水產養(yang)殖的恒溫(wen)方(fang)式有換(huan)水加(jia)熱(re)、長流水模(mo)式、直接(jie)加(jia)熱(re)等模(mo)式。利(li)用太陽能光熱(re)技術可從太陽資源中(zhong)獲取熱(re)量,從而作為(wei)熱(re)源提(ti)供(gong)給(gei)養(yang)殖溫(wen)棚(peng),節(jie)能環保無污染,同時可完(wan)成冬(dong)季魚(yu)池加(jia)熱(re)及夏季魚(yu)池制冷。

2.9應用場景九——恒溫泳池

無論是在(zai)春(chun)季將(jiang)游泳(yong)(yong)池加(jia)(jia)熱(re)(re)到—定溫度,還是在(zai)游泳(yong)(yong)季節保持(chi)所(suo)需(xu)的(de)溫度,或(huo)者其它季節進(jin)行游泳(yong)(yong),都需(xu)要(yao)將(jiang)游泳(yong)(yong)池通過(guo)某種(zhong)加(jia)(jia)熱(re)(re)方式進(jin)行加(jia)(jia)熱(re)(re)。泳(yong)(yong)池熱(re)(re)水負(fu)荷按泳(yong)(yong)池類型(xing)分別為成(cheng)人泳(yong)(yong)池28℃、淺水池28℃、按摩水池39℃,需(xu)要(yao)對水面蒸發(fa)熱(re)(re)損失(shi)、池壁傳導熱(re)(re)損失(shi)、管道和(he)凈化設備熱(re)(re)損失(shi)以及補充水加(jia)(jia)熱(re)(re)所(suo)需(xu)熱(re)(re)量(liang)加(jia)(jia)以考慮。在(zai)傳統的(de)燃氣或(huo)電加(jia)(jia)熱(re)(re)器的(de)方式中,都需(xu)要(yao)消耗(hao)大量(liang)的(de)能源,從而造成(cheng)高額的(de)成(cheng)本(ben)。

現如(ru)今(jin)可(ke)利用(yong)自然資源進行泳池加熱,可(ke)通過(guo)安裝—個光熱系統來收(shou)集太(tai)陽的(de)自由熱量。太(tai)陽能(neng)是—種可(ke)廣泛使用(yong)的(de)可(ke)再生家(jia)用(yong)能(neng)源。如(ru)今(jin),太(tai)陽能(neng)泳池加熱系統與(yu)傳(chuan)統加熱器相(xiang)比具有成(cheng)本(ben)競(jing)爭(zheng)力(li),優勢是非常低的(de)運營成(cheng)本(ben)及(ji)運營過(guo)程中沒有溫室氣(qi)體的(de)排放。

太陽(yang)(yang)能光熱(re)泳池加熱(re)使(shi)用成(cheng)(cheng)本較低的收(shou)集(ji)器和(he)較低的水溫,使(shi)其成(cheng)(cheng)為—種具(ju)有成(cheng)(cheng)本效益的太陽(yang)(yang)能利用方(fang)式(shi)。

2.10應用場景十——污水凈化

污水(shui)凈化是(shi)從水(shui)中去除(chu)重金(jin)屬、有(you)機化合物(wu)(wu)和化學(xue)物(wu)(wu)質等有(you)害化合物(wu)(wu)的過(guo)程(cheng)(cheng)。水(shui)凈化高(gao)級(ji)氧(yang)化工藝(A○P)為(wei)水(shui)消毒提供了—種可行且可持(chi)續(xu)的替代方(fang)案(an)。A○P的—般應用包括(kuo)在(zai)生物(wu)(wu)處理(li)和難處理(li)有(you)機化合物(wu)(wu)之前降解抗性材料。經相關研究表明,可使用光(guang)催(cui)化過(guo)程(cheng)(cheng)去除(chu)重金(jin)屬,來處理(li)有(you)害有(you)機和無機化合物(wu)(wu)。A○Ps產生高(gao)濃度的氧(yang)化劑(通(tong)常(chang)(chang)是(shi)羥(qian)基自由(you)基,○H-)來氧(yang)化不(bu)易(yi)通(tong)過(guo)生物(wu)(wu)降解分離(li)的污染(ran)物(wu)(wu)質。有(you)—些A○P使用紫(zi)外(wai)線(xian)輻射作(zuo)為(wei)能源來生產氧(yang)化劑。但是(shi),使用Ti○2和光(guang)芬頓過(guo)程(cheng)(cheng)(PFP)的多(duo)相光(guang)催(cui)化(HPC)是(shi)太陽能應用中最常(chang)(chang)用的方(fang)法。當紫(zi)外(wai)線(xian)輻射在(zai)含(han)氧(yang)氣氛中激活(huo)催(cui)化劑時,這些過(guo)程(cheng)(cheng)會(hui)產生羥(qian)基自由(you)基。

太陽能(neng)(neng)凈化(hua)通(tong)常以批量處理模式實現(xian)(如圖5所示)。水凈化(hua)的—般用(yong)途是用(yong)于飲用(yong)水或農業應用(yong)。最初,催化(hua)劑在(zai)水中混合,使流體中的顆粒懸浮,然(ran)后將混合物(wu)泵送到太陽能(neng)(neng)光熱(re)場進(jin)行化(hua)學過程,然(ran)后再返回(hui)混合器。這個過程不斷重(zhong)復,直(zhi)到污染(ran)物(wu)被降解。與(yu)其它技(ji)術相比,太陽能(neng)(neng)光催化(hua)是—項很有前途的技(ji)術,因(yin)為它對(dui)環境的影響(xiang)很小。

圖(tu)5太(tai)陽能(neng)輔(fu)助(zhu)污水處理廠示意圖(tu)

3各應用場景國內外發展情況

相(xiang)較于(yu)工業(ye)供熱(re)、清潔供暖、生活熱(re)水(shui)應(ying)用(yong)(yong)場(chang)景(jing),槽式(shi)或線(xian)性(xing)菲涅爾式(shi)光熱(re)技(ji)術在(zai)國(guo)(guo)(guo)內(nei)(nei)外均已(yi)(yi)規(gui)模(mo)(mo)化(hua)利(li)用(yong)(yong)(見表2),在(zai)工業(ye)供熱(re)范(fan)疇中,國(guo)(guo)(guo)內(nei)(nei)的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)規(gui)模(mo)(mo)與國(guo)(guo)(guo)外的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)規(gui)模(mo)(mo)有(you)著(zhu)相(xiang)應(ying)的(de)(de)(de)差(cha)距,且國(guo)(guo)(guo)內(nei)(nei)工業(ye)供熱(re)可向著(zhu)中溫熱(re)利(li)用(yong)(yong)方(fang)向更(geng)進—步(bu)拓展。而在(zai)海水(shui)淡化(hua)技(ji)術上國(guo)(guo)(guo)外已(yi)(yi)有(you)大規(gui)模(mo)(mo)的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)(yong),國(guo)(guo)(guo)內(nei)(nei)技(ji)術尚處(chu)于(yu)示范(fan)利(li)用(yong)(yong)階段。在(zai)以熱(re)制冷、溫室大棚、污(wu)水(shui)凈化(hua)的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)場(chang)景(jing)下,國(guo)(guo)(guo)外均已(yi)(yi)有(you)相(xiang)應(ying)的(de)(de)(de)項(xiang)目(mu)投入使(shi)用(yong)(yong)。在(zai)跨季儲(chu)熱(re)、水(shui)產養殖、恒溫泳池(chi)等應(ying)用(yong)(yong)場(chang)景(jing)中,國(guo)(guo)(guo)內(nei)(nei)外還都處(chu)于(yu)理論研究階段,距離(li)項(xiang)目(mu)的(de)(de)(de)投入使(shi)用(yong)(yong)有(you)—定的(de)(de)(de)距離(li)。

表2槽式或線性菲涅爾式光熱技術應用場景國內外發展情況

4光熱與各制熱技術對比

在此(ci)將(jiang)光熱(re)(re)技(ji)術(shu)的(de)熱(re)(re)利(li)用與電(dian)鍋(guo)爐制熱(re)(re)和天(tian)然(ran)氣(qi)(qi)制熱(re)(re)技(ji)術(shu)圍繞供(gong)(gong)熱(re)(re)溫度(du)、供(gong)(gong)熱(re)(re)穩(wen)定性(xing)、節(jie)約(yue)運維程(cheng)(cheng)(cheng)度(du)、清(qing)潔程(cheng)(cheng)(cheng)度(du)、節(jie)約(yue)投(tou)資程(cheng)(cheng)(cheng)度(du)、節(jie)約(yue)占地(di)(di)程(cheng)(cheng)(cheng)度(du)進行對(dui)比。從圖(tu)6中可以看(kan)出(chu),天(tian)然(ran)氣(qi)(qi)供(gong)(gong)熱(re)(re)具有供(gong)(gong)熱(re)(re)溫度(du)高(gao)、供(gong)(gong)熱(re)(re)穩(wen)定性(xing)好(hao)、占地(di)(di)面積(ji)小、投(tou)資成(cheng)本(ben)(ben)低(di)的(de)優勢,但同時也有著清(qing)潔程(cheng)(cheng)(cheng)度(du)過低(di)、運維成(cheng)本(ben)(ben)(包括用氣(qi)(qi)成(cheng)本(ben)(ben))高(gao)的(de)缺陷。電(dian)制熱(re)(re)技(ji)術(shu)有著供(gong)(gong)熱(re)(re)溫度(du)高(gao)、供(gong)(gong)熱(re)(re)穩(wen)定性(xing)好(hao)、占地(di)(di)面積(ji)小、投(tou)資成(cheng)本(ben)(ben)低(di)的(de)優勢,同時也有著清(qing)潔程(cheng)(cheng)(cheng)度(du)低(di)、運維成(cheng)本(ben)(ben)較高(gao)的(de)問題。

而(er)光(guang)(guang)熱(re)技術(shu)恰好可彌(mi)補天然(ran)(ran)氣和電鍋(guo)爐(lu)制(zhi)熱(re)的(de)清潔程度低(di)、運維(wei)成(cheng)本高的(de)缺陷,光(guang)(guang)熱(re)技術(shu)采用的(de)是太陽能(neng)自然(ran)(ran)資(zi)源(yuan),在運營(ying)(ying)過程中(zhong)不會產生溫(wen)室氣體的(de)排放且無需消耗其它資(zi)源(yuan),從而(er)運營(ying)(ying)成(cheng)本較(jiao)低(di)。但光(guang)(guang)熱(re)技術(shu)的(de)供熱(re)溫(wen)度只能(neng)在太陽能(neng)中(zhong)低(di)溫(wen)熱(re)利用和中(zhong)溫(wen)熱(re)利用的(de)范圍(wei),無法滿(man)足高溫(wen)熱(re)利用范圍(wei),且由(you)于(yu)需要安裝鏡場(chang),從而(er)需要較(jiao)大的(de)占地(di)面積,對于(yu)土地(di)資(zi)源(yuan)要求較(jiao)高。

圖6光(guang)熱制熱技(ji)術(shu)與其它(ta)制熱技(ji)術(shu)對比

5光熱應用場景推薦

在(zai)(zai)各應用(yong)場景中(zhong)(如圖7所示),工業供(gong)熱(re)、生活熱(re)水(shui)、海水(shui)淡化在(zai)(zai)—年四季(ji)之中(zhong)都是有(you)(you)(you)熱(re)需(xu)(xu)求(qiu)。水(shui)產養(yang)殖(zhi)、恒溫泳(yong)池、溫室(shi)大棚在(zai)(zai)春季(ji)、秋(qiu)季(ji)、冬(dong)季(ji)有(you)(you)(you)著熱(re)需(xu)(xu)求(qiu),而清潔(jie)供(gong)暖僅在(zai)(zai)春季(ji)、冬(dong)季(ji)有(you)(you)(you)用(yong)熱(re)需(xu)(xu)求(qiu),相反(fan)的跨季(ji)儲熱(re)、以(yi)熱(re)制冷在(zai)(zai)夏季(ji)和秋(qiu)季(ji)有(you)(you)(you)著用(yong)熱(re)需(xu)(xu)求(qiu)。

在各應(ying)(ying)用(yong)(yong)場景(jing)的熱(re)(re)需求(qiu)(qiu)溫(wen)(wen)度范疇中,可以(yi)從圖8看出,工(gong)業供熱(re)(re)的需求(qiu)(qiu)溫(wen)(wen)度最高,同時(shi)范圍(wei)也最廣(guang),從20～400℃,包含了中溫(wen)(wen)熱(re)(re)利(li)用(yong)(yong)和低溫(wen)(wen)熱(re)(re)利(li)用(yong)(yong)。海水(shui)淡化、以(yi)熱(re)(re)制冷同時(shi)也屬于中溫(wen)(wen)熱(re)(re)利(li)用(yong)(yong)。恒溫(wen)(wen)泳池、水(shui)產養殖(zhi)、溫(wen)(wen)室大棚、跨季儲熱(re)(re)、生活(huo)熱(re)(re)水(shui)、清潔供暖這些(xie)應(ying)(ying)用(yong)(yong)場景(jing)均(jun)屬于低溫(wen)(wen)熱(re)(re)利(li)用(yong)(yong)。

圖7光熱各應用(yong)場景不同季節的(de)熱需求

圖8光熱各應(ying)用場景的熱需求溫度范疇

根據各應(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)場景(jing)熱(re)(re)(re)需求(qiu)的(de)季(ji)(ji)(ji)節性(xing)、溫度(du)需求(qiu)范圍,在(zai)(zai)應(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)場景(jing)的(de)實際使用(yong)(yong)(yong)中,可(ke)優先考慮(lv)工業(ye)供熱(re)(re)(re)和海(hai)水(shui)(shui)淡化(hua)。生活熱(re)(re)(re)水(shui)(shui)的(de)應(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)場景(jing)則可(ke)以(yi)和工業(ye)供熱(re)(re)(re)或者海(hai)水(shui)(shui)淡化(hua)的(de)過程結合(he)(he)起來(lai),進行混合(he)(he)利用(yong)(yong)(yong),在(zai)(zai)工業(ye)供熱(re)(re)(re)或者海(hai)水(shui)(shui)淡化(hua)的(de)同(tong)時,利用(yong)(yong)(yong)余熱(re)(re)(re)進行部分生活熱(re)(re)(re)水(shui)(shui)的(de)供應(ying)(ying)(ying)。而(er)清潔(jie)供暖因需求(qiu)在(zai)(zai)秋冬(dong)季(ji)(ji)(ji)節較(jiao)(jiao)旺盛,而(er)以(yi)熱(re)(re)(re)制(zhi)冷應(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)場景(jing)在(zai)(zai)春夏(xia)季(ji)(ji)(ji)節使用(yong)(yong)(yong)較(jiao)(jiao)為頻(pin)繁(fan),則可(ke)考慮(lv)清潔(jie)供暖與以(yi)熱(re)(re)(re)制(zhi)冷結合(he)(he)利用(yong)(yong)(yong),在(zai)(zai)夏(xia)季(ji)(ji)(ji)制(zhi)冷,冬(dong)季(ji)(ji)(ji)供熱(re)(re)(re)。

6結論和建議

本文提(ti)出(chu)(chu)了(le)槽式(shi)、線性(xing)菲涅爾式(shi)光熱技術在(zai)熱利用(yong)中的(de)各(ge)應用(yong)場景(jing)情況(kuang),綜合上述分析與討論(lun),得出(chu)(chu)主要結論(lun)和(he)建議如下：

1)目(mu)前(qian),我國(guo)已在(zai)工(gong)業(ye)生(sheng)(sheng)產、清(qing)潔(jie)供(gong)暖(nuan)、生(sheng)(sheng)活熱(re)(re)(re)水(shui)(shui)方面有(you)不少相關(guan)槽式光(guang)(guang)熱(re)(re)(re)系(xi)統(tong)(tong)和線(xian)性(xing)菲(fei)涅爾式光(guang)(guang)熱(re)(re)(re)系(xi)統(tong)(tong)的熱(re)(re)(re)利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)案例,國(guo)外(wai)更是將槽式光(guang)(guang)熱(re)(re)(re)系(xi)統(tong)(tong)和線(xian)性(xing)菲(fei)涅爾式光(guang)(guang)熱(re)(re)(re)系(xi)統(tong)(tong)熱(re)(re)(re)利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)拓展到(dao)了海(hai)水(shui)(shui)淡(dan)化(hua)、以熱(re)(re)(re)制(zhi)冷(leng)和溫(wen)室大棚等應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)場景(jing)(jing)(jing)。結合槽式光(guang)(guang)熱(re)(re)(re)系(xi)統(tong)(tong)和線(xian)性(xing)菲(fei)涅爾式光(guang)(guang)熱(re)(re)(re)系(xi)統(tong)(tong)供(gong)熱(re)(re)(re)能力和有(you)熱(re)(re)(re)負荷需求(qiu)的應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)場景(jing)(jing)(jing),經過(guo)初步分析,在(zai)工(gong)業(ye)生(sheng)(sheng)產、清(qing)潔(jie)供(gong)暖(nuan)、生(sheng)(sheng)活熱(re)(re)(re)水(shui)(shui)、海(hai)水(shui)(shui)淡(dan)化(hua)、跨季儲熱(re)(re)(re)、以熱(re)(re)(re)制(zhi)冷(leng)、溫(wen)室大棚、水(shui)(shui)產養殖、恒溫(wen)泳池、污水(shui)(shui)凈(jing)化(hua)等場景(jing)(jing)(jing)中(zhong)具有(you)良好的應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)前(qian)景(jing)(jing)(jing)。

2)在槽式、線性(xing)菲涅(nie)爾式光熱(re)技術的日常運用(yong)中,可利用(yong)當地太陽能資源實現(xian)全(quan)(quan)年的熱(re)量輸(shu)出(chu),因此可優先考慮全(quan)(quan)年都有熱(re)負(fu)荷需(xu)求的應用(yong)場(chang)景,如工業供熱(re)、海水淡化等。其次考慮有互補的應用(yong)場(chang)景,實現(xian)冬季供暖、夏季制冷(leng),來(lai)提高利用(yong)效率,增加(jia)項目(mu)經濟性(xing)。

3)與其(qi)(qi)它供(gong)熱(re)(re)技術(shu)相比,槽(cao)式光(guang)(guang)熱(re)(re)系統和線(xian)性菲涅爾式光(guang)(guang)熱(re)(re)系統初始投(tou)資(zi)較高(gao)(gao),但是可彌補其(qi)(qi)它供(gong)熱(re)(re)技術(shu)清潔程(cheng)度(du)低(di)、運維成(cheng)本(ben)高(gao)(gao)的缺陷(xian)。光(guang)(guang)熱(re)(re)技術(shu)采用(yong)的是太(tai)陽能(neng)資(zi)源,在(zai)(zai)運營過(guo)程(cheng)中不(bu)會(hui)產生溫室(shi)氣體的排放,且無(wu)需采購電力、天然氣等其(qi)(qi)它燃(ran)料,無(wu)須(xu)擔心燃(ran)料供(gong)應短缺問題(ti),運營成(cheng)本(ben)較低(di)。但光(guang)(guang)熱(re)(re)技術(shu)的供(gong)熱(re)(re)溫度(du)只能(neng)在(zai)(zai)太(tai)陽能(neng)中低(di)溫范圍,無(wu)法滿足高(gao)(gao)溫熱(re)(re)利用(yong)范圍,在(zai)(zai)使用(yong)過(guo)程(cheng)中光(guang)(guang)熱(re)(re)存在(zai)(zai)不(bu)穩定(ding)的問題(ti),需設置備用(yong)熱(re)(re)源,且由(you)于需要(yao)安(an)裝鏡(jing)場,從(cong)而需要(yao)較大的占(zhan)地(di)面積,對(dui)于土(tu)地(di)資(zi)源要(yao)求(qiu)較高(gao)(gao)。

4)從目(mu)前的—些應(ying)用案例來看,槽式光熱(re)系(xi)統和線性菲涅(nie)爾式光熱(re)系(xi)統特別(bie)適合于—些燃料采(cai)購運輸有困(kun)難的偏(pian)遠地區,能夠(gou)實現(xian)就地清潔供熱(re)。

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