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摘要：光(guang)熱(re)(re)(re)(re)技(ji)(ji)術逐漸(jian)趨(qu)向成(cheng)熟(shu),在發電(dian)領域(yu)之外,隨著環境保護與生(sheng)(sheng)產生(sheng)(sheng)活清潔(jie)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)需(xu)求(qiu)增(zeng)長(chang),太(tai)陽能熱(re)(re)(re)(re)利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)在農業、畜牧(mu)業、工業、城鎮居民供(gong)暖(nuan)供(gong)冷(leng)(leng)等(deng)綜合能源供(gong)給領域(yu)成(cheng)為(wei)最有(you)發展(zhan)前景(jing)(jing)(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)能源方(fang)式。主要圍繞(rao)槽式、線性菲涅爾式光(guang)熱(re)(re)(re)(re)技(ji)(ji)術熱(re)(re)(re)(re)利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)場(chang)景(jing)(jing)(jing)(jing)進(jin)(jin)行研(yan)究和(he)分(fen)析(xi),提出光(guang)熱(re)(re)(re)(re)熱(re)(re)(re)(re)利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)技(ji)(ji)術在不同供(gong)熱(re)(re)(re)(re)需(xu)求(qiu)下(xia)的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)場(chang)景(jing)(jing)(jing)(jing),如工業用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)熱(re)(re)(re)(re)、清潔(jie)供(gong)暖(nuan)、生(sheng)(sheng)活熱(re)(re)(re)(re)水(shui)(shui)(shui)、海水(shui)(shui)(shui)淡化(hua)(hua)、跨季儲熱(re)(re)(re)(re)、溫室大(da)棚、水(shui)(shui)(shui)產養殖(zhi)、以熱(re)(re)(re)(re)制冷(leng)(leng)、恒溫泳(yong)池、污水(shui)(shui)(shui)凈化(hua)(hua),并圍繞(rao)這(zhe)些應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)場(chang)景(jing)(jing)(jing)(jing)進(jin)(jin)行用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)能分(fen)析(xi)。通(tong)過國內外應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)場(chang)景(jing)(jing)(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)發展(zhan)情(qing)況對比,發掘進(jin)(jin)一步(bu)拓展(zhan)這(zhe)些應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)場(chang)景(jing)(jing)(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)潛力,并通(tong)過光(guang)熱(re)(re)(re)(re)技(ji)(ji)術與天然氣(qi)、電(dian)鍋(guo)爐制熱(re)(re)(re)(re)進(jin)(jin)行對比,獲得光(guang)熱(re)(re)(re)(re)技(ji)(ji)術在熱(re)(re)(re)(re)利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)場(chang)景(jing)(jing)(jing)(jing)下(xia)的(de)(de)(de)(de)優(you)勢。通(tong)過對于這(zhe)些應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)場(chang)景(jing)(jing)(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)需(xu)求(qiu)的(de)(de)(de)(de)季節性分(fen)析(xi)和(he)熱(re)(re)(re)(re)負荷分(fen)析(xi),得到光(guang)熱(re)(re)(re)(re)熱(re)(re)(re)(re)利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)優(you)先應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)場(chang)景(jing)(jing)(jing)(jing)與最佳應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)方(fang)案(an)。

引言

截(jie)至2021年底(di),全(quan)球(qiu)光熱發電(dian)建成(cheng)裝機(ji)容(rong)量(liang)達6 692 MW,其(qi)中2021年建成(cheng)裝機(ji)容(rong)量(liang)新增(zeng)110 MW。隨著世界各地光熱市場的(de)(de)(de)擴展,供應鏈的(de)(de)(de)不斷拓寬和(he)行業經驗的(de)(de)(de)逐步增(zeng)加,全(quan)球(qiu)光熱發電(dian)成(cheng)本(ben)持續下降。儲熱系統的(de)(de)(de)加持、向資源條件較好的(de)(de)(de)地點轉移、較低(di)(di)的(de)(de)(de)總裝機(ji)成(cheng)本(ben)、更(geng)(geng)長或更(geng)(geng)靈活的(de)(de)(de)購(gou)電(dian)協議和(he)更(geng)(geng)高的(de)(de)(de)容(rong)量(liang)因(yin)素降低(di)(di)了(le)光熱發電(dian)的(de)(de)(de)度(du)電(dian)成(cheng)本(ben)。

我(wo)國對(dui)光(guang)熱(re)(re)(re)發(fa)電(dian)研究與應用起步較晚,但發(fa)展(zhan)速度較快,目前首批20個(ge)光(guang)熱(re)(re)(re)示范項目已陸續建(jian)成并網(wang)發(fa)電(dian),總裝機達到134.9萬kW,包括9個(ge)塔式(shi)光(guang)熱(re)(re)(re)、7個(ge)槽式(shi)光(guang)熱(re)(re)(re)和4個(ge)線性菲涅爾式(shi)光(guang)熱(re)(re)(re)。考(kao)慮(lv)到太(tai)陽能作為(wei)可再生能源發(fa)展(zhan)的巨大前景,以(yi)及(ji)光(guang)熱(re)(re)(re)產業發(fa)展(zhan)的需要,預計“十四五”期(qi)間光(guang)熱(re)(re)(re)技術的應用將得到進—步推廣。

在發電領域(yu)(yu)之外(wai),隨(sui)著(zhu)環境保(bao)護與(yu)生產生活清潔(jie)化(hua)的(de)需求增長(chang),太陽能熱(re)利(li)用在農業(ye)、畜牧業(ye)、工(gong)業(ye)供(gong)(gong)(gong)汽、城(cheng)鎮居民(min)供(gong)(gong)(gong)暖(nuan)供(gong)(gong)(gong)冷、熱(re)化(hua)學制氫(qing)等(deng)綜(zong)合能源供(gong)(gong)(gong)給(gei)領域(yu)(yu)成(cheng)為最有(you)發展(zhan)(zhan)前景的(de)能源方(fang)式。利(li)用光熱(re)發電技術的(de)中(zhong)間產品(pin)——高品(pin)質(zhi)(zhi)的(de)熱(re)能,通過各種傳熱(re)介質(zhi)(zhi)應用于工(gong)業(ye)(稠油開采、化(hua)工(gong)、制藥(yao)、紡織、食(shi)品(pin)加工(gong)等(deng))、農業(ye)、城(cheng)鎮供(gong)(gong)(gong)暖(nuan)、冷熱(re)電聯供(gong)(gong)(gong)、海(hai)水淡(dan)化(hua)等(deng)的(de)綜(zong)合能源供(gong)(gong)(gong)給(gei)項(xiang)目發展(zhan)(zhan)迅速。

本項目旨(zhi)在“雙碳”目標背景下,針對(dui)槽(cao)式(shi)(shi)和線性菲涅爾(er)式(shi)(shi)光(guang)(guang)熱(re)技術路線,對(dui)光(guang)(guang)熱(re)熱(re)利(li)用(yong)潛在的應用(yong)場景進行分(fen)析(xi)研(yan)究(jiu),主要研(yan)究(jiu)內(nei)容包括利(li)用(yong)光(guang)(guang)熱(re)的集(ji)熱(re)系(xi)統和儲熱(re)系(xi)統對(dui)有蒸汽和熱(re)水(shui)需求(qiu)的應用(yong)場景開展(zhan)分(fen)析(xi),研(yan)究(jiu)光(guang)(guang)熱(re)供(gong)熱(re)系(xi)統的適(shi)用(yong)性、應用(yong)發展(zhan)潛力及(ji)節能減排等(deng)系(xi)統綜合效益方面的效果。

1光熱熱利用技術應用現狀

光熱(re)發(fa)電及(ji)熱(re)利用(yong)憑借(jie)其獨特的技(ji)術優勢,獲得了(le)越來越廣泛的關注和(he)應(ying)用(yong),具有(you)強大(da)(da)的生命力和(he)競爭(zheng)力。整(zheng)體來看,國(guo)(guo)(guo)外對(dui)光熱(re)技(ji)術的研究應(ying)用(yong)起(qi)步(bu)較(jiao)(jiao)早,國(guo)(guo)(guo)內(nei)(nei)起(qi)步(bu)相對(dui)較(jiao)(jiao)晚。隨(sui)著我(wo)國(guo)(guo)(guo)首批光熱(re)發(fa)電示(shi)范項目的建設和(he)投(tou)運,國(guo)(guo)(guo)內(nei)(nei)已基本掌握了(le)光熱(re)發(fa)電系(xi)統設計關鍵技(ji)術,設備(bei)國(guo)(guo)(guo)產化率也已達到(dao)90%以(yi)上。隨(sui)著國(guo)(guo)(guo)際(ji)光熱(re)發(fa)電市場的蓬(peng)勃發(fa)展(zhan)(zhan),國(guo)(guo)(guo)內(nei)(nei)多(duo)家設計、設備(bei)制造與(yu)建設公司積(ji)極參與(yu)到(dao)國(guo)(guo)(guo)際(ji)光熱(re)發(fa)電項目中,影響力日益提(ti)升(sheng)。目前,國(guo)(guo)(guo)內(nei)(nei)和(he)國(guo)(guo)(guo)外的技(ji)術發(fa)展(zhan)(zhan)可(ke)以(yi)說(shuo)基本處(chu)于同—水平,整(zheng)體技(ji)術路(lu)(lu)線和(he)發(fa)展(zhan)(zhan)路(lu)(lu)徑也基本相同。在(zai)光熱(re)熱(re)利用(yong)及(ji)綜合能源供給方(fang)面,國(guo)(guo)(guo)內(nei)(nei)目前已建設的應(ying)用(yong)場景較(jiao)(jiao)國(guo)(guo)(guo)外來說(shuo)仍略顯單—,應(ying)用(yong)場景的拓展(zhan)(zhan)還有(you)很大(da)(da)發(fa)展(zhan)(zhan)空間。

2光熱應用場景分類

太陽能(neng)在供(gong)熱(re)(re)(re)(re)(re)中(zhong)(zhong)的(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)是非常(chang)廣泛的(de)(de),在各種(zhong)類型(xing)的(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)(re)需求(qiu)中(zhong)(zhong)都可(ke)以考慮采用(yong)(yong)槽式和線(xian)性(xing)菲涅爾式光熱(re)(re)(re)(re)(re)技(ji)術,其(qi)(qi)主(zhu)要是利用(yong)(yong)集熱(re)(re)(re)(re)(re)器將熱(re)(re)(re)(re)(re)量傳遞給導(dao)(dao)熱(re)(re)(re)(re)(re)油,再將導(dao)(dao)熱(re)(re)(re)(re)(re)油作為(wei)熱(re)(re)(re)(re)(re)源(yuan)參與其(qi)(qi)它(ta)的(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)(re)交換過程,根據導(dao)(dao)熱(re)(re)(re)(re)(re)油所達到的(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)度,可(ke)以將熱(re)(re)(re)(re)(re)應(ying)用(yong)(yong)分為(wei)太陽能(neng)中(zhong)(zhong)低溫(wen)(wen)(wen)熱(re)(re)(re)(re)(re)利用(yong)(yong)和太陽能(neng)中(zhong)(zhong)溫(wen)(wen)(wen)熱(re)(re)(re)(re)(re)利用(yong)(yong)兩個主(zhu)要類型(xing)。中(zhong)(zhong)低溫(wen)(wen)(wen)熱(re)(re)(re)(re)(re)利用(yong)(yong)的(de)(de)最高(gao)熱(re)(re)(re)(re)(re)應(ying)用(yong)(yong)溫(wen)(wen)(wen)度為(wei)100℃,中(zhong)(zhong)溫(wen)(wen)(wen)熱(re)(re)(re)(re)(re)利用(yong)(yong)的(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)(re)應(ying)用(yong)(yong)溫(wen)(wen)(wen)度通(tong)常(chang)能(neng)達到400℃,中(zhong)(zhong)低溫(wen)(wen)(wen)熱(re)(re)(re)(re)(re)技(ji)術通(tong)常(chang)用(yong)(yong)于商業(ye)、住宅(zhai)和工(gong)業(ye)部門的(de)(de)預(yu)熱(re)(re)(re)(re)(re)和干燥過程,中(zhong)(zhong)溫(wen)(wen)(wen)熱(re)(re)(re)(re)(re)技(ji)術普遍用(yong)(yong)于蒸汽供(gong)應(ying)和光熱(re)(re)(re)(re)(re)發電。表1中(zhong)(zhong)展(zhan)示了潛在的(de)(de)光熱(re)(re)(re)(re)(re)技(ji)術應(ying)用(yong)(yong)場(chang)景(jing)下不同行業(ye)中(zhong)(zhong)的(de)(de)對于熱(re)(re)(re)(re)(re)負荷需求(qiu)。

表1不同行業的工作溫度范圍分布

根據(ju)表1,本章圍繞工業用(yong)熱、清潔(jie)供(gong)暖、生活(huo)熱水(shui)(shui)(shui)、海水(shui)(shui)(shui)淡化、跨季儲(chu)熱、溫室大棚(peng)、水(shui)(shui)(shui)產養殖(zhi)、以熱制冷、恒溫泳池、污水(shui)(shui)(shui)凈化等應用(yong)場景進行討論(lun)。

2.1應用場景一——工業用熱

根據(ju)工(gong)(gong)業和(he)信(xin)息化部統(tong)計數(shu)據(ju),工(gong)(gong)業領域能源消費量(liang)占全國總體消費量(liang)65%左右(you)。在工(gong)(gong)業過(guo)程中,有許多(duo)行(xing)(xing)業采用了太(tai)陽能熱(re)電廠來為自己的生產過(guo)程提供熱(re)量(liang),主要包括食品行(xing)(xing)業和(he)酒業、紡(fang)織(zhi)業、運(yun)輸設(she)備、金屬和(he)塑(su)料處理以及化工(gong)(gong)。最適合的工(gong)(gong)藝過(guo)程是清洗、干燥、蒸發和(he)蒸餾、焯水、巴氏殺菌、滅(mie)菌、烹(peng)飪(ren)、熔化、噴漆和(he)表面(mian)處理。

在(zai)(zai)工(gong)業(ye)(ye)使(shi)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)總能源中(zhong),很大—部分(大約45%～65%)的(de)(de)(de)能源是用(yong)(yong)來給(gei)工(gong)業(ye)(ye)過程(cheng)中(zhong)制備和(he)處(chu)理產(chan)品時(shi)提供(gong)直接(jie)熱(re)(re)(re)量的(de)(de)(de)。工(gong)業(ye)(ye)過程(cheng)中(zhong)的(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)能需求普遍在(zai)(zai)300℃以下,其中(zhong)37.2%的(de)(de)(de)工(gong)業(ye)(ye)熱(re)(re)(re)能總需求在(zai)(zai)92～204℃之(zhi)間。根據EC○HEATC○○L在(zai)(zai)32個國(guo)家進行的(de)(de)(de)研(yan)究,27%的(de)(de)(de)工(gong)業(ye)(ye)用(yong)(yong)熱(re)(re)(re)所需熱(re)(re)(re)能在(zai)(zai)100～400℃之(zhi)間。因(yin)此,槽式和(he)線性菲涅爾式光熱(re)(re)(re)技(ji)術可以在(zai)(zai)工(gong)業(ye)(ye)用(yong)(yong)熱(re)(re)(re)中(zhong)廣泛應用(yong)(yong)。

光熱(re)技術(shu)的(de)熱(re)利用對于工業(ye)用熱(re)上不僅(jin)僅(jin)可以提供大量的(de)熱(re)源,也可以很大程度(du)地降低企(qi)業(ye)的(de)用熱(re)成本(ben),并且(qie)減少各企(qi)業(ye)的(de)溫(wen)室(shi)氣體排(pai)放,然而(er)在(zai)工業(ye)用熱(re)的(de)推廣中也存在(zai)著難點：

1)土(tu)地(di)可用性和(he)成本

現有(you)的(de)(de)屋頂通常不夠(gou)大或(huo)不夠(gou)堅固(gu),不足以(yi)支撐太陽能設備的(de)(de)安裝,且配(pei)套系統的(de)(de)費用高,導致前期的(de)(de)投資成本高。

2)工業廢水侵害

與商業或住宅環(huan)境(jing)相比,工業環(huan)境(jing)涉(she)及更高的太陽能(neng)集熱器腐(fu)蝕風險。

3)非恒定能源

光(guang)熱(re)(re)技(ji)術(shu)高(gao)度依靠太陽資(zi)源,在不同的(de)天氣情景(jing)下可(ke)能會造(zao)成(cheng)熱(re)(re)源的(de)波動性,從而必須(xu)搭(da)配儲熱(re)(re)或者其它(ta)供熱(re)(re)設備共(gong)同使用。

4)可供(gong)選擇的傳(chuan)統方法

許多工廠(chang)可以(yi)采用(yong)簡單、廉價的(de)節(jie)能技術(shu),這些技術(shu)可能被優先使用(yong)于太陽能。這包括利用(yong)高溫工藝的(de)余熱(re)來供應(ying)低溫工藝(如鍋爐給水預熱(re))。

2.2應用場景二——清潔供暖

隨著經濟不斷發展,人(ren)們生活水(shui)平(ping)不斷提(ti)升,冬(dong)季取暖(nuan)(nuan)的(de)(de)需(xu)求(qiu)也日(ri)(ri)趨(qu)增長。尤(you)其是近年來冬(dong)季寒(han)潮較(jiao)(jiao)為(wei)強勢,多(duo)地刷新了歷史的(de)(de)最低氣溫紀(ji)錄,取暖(nuan)(nuan)需(xu)求(qiu)和供(gong)暖(nuan)(nuan)壓(ya)力(li)進—步增大(da)。與此同時(shi),當(dang)前的(de)(de)清潔供(gong)暖(nuan)(nuan)仍面臨著較(jiao)(jiao)多(duo)問(wen)題的(de)(de)制約,如(ru)熱(re)源保障壓(ya)力(li)較(jiao)(jiao)大(da)、供(gong)熱(re)成本高、經濟性低、熱(re)源不穩(wen)定、空(kong)氣污染日(ri)(ri)益嚴(yan)重、供(gong)暖(nuan)(nuan)能效低等(deng)問(wen)題。

按(an)照(zhao)供暖(nuan)(nuan)燃(ran)料分,現如今存在(zai)(zai)燃(ran)煤鍋爐房(fang)(fang)、燃(ran)煤熱(re)電(dian)廠(chang)、燃(ran)氣(qi)(qi)(qi)(qi)鍋爐房(fang)(fang)、燃(ran)氣(qi)(qi)(qi)(qi)熱(re)電(dian)廠(chang)、燃(ran)氣(qi)(qi)(qi)(qi)分布式(shi)冷熱(re)電(dian)供能站(zhan)等形式(shi)的傳統供熱(re)方式(shi),這(zhe)些供熱(re)方式(shi)普遍存在(zai)(zai)著大氣(qi)(qi)(qi)(qi)污染物排放問(wen)題。在(zai)(zai)采用(yong)清潔(jie)供暖(nuan)(nuan)的方式(shi)中(zhong),可(ke)利(li)用(yong)光(guang)熱(re)供暖(nuan)(nuan)、電(dian)供暖(nuan)(nuan)、水源熱(re)泵(beng)、空氣(qi)(qi)(qi)(qi)源熱(re)泵(beng)、地源熱(re)泵(beng)等,這(zhe)類熱(re)源無燃(ran)料燃(ran)燒問(wen)題,不會產生污染物。

在(zai)(zai)不(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)應用場景下,有著不(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)供(gong)暖(nuan)需(xu)(xu)求(qiu),在(zai)(zai)圖(tu)1中展示了(le)各類(lei)行業(ye)對于供(gong)暖(nuan)需(xu)(xu)求(qiu)的(de)(de)(de)(de)示意圖(tu)。從(cong)中可以看出(chu)在(zai)(zai)凌晨2：00到6：00之(zhi)間整體的(de)(de)(de)(de)供(gong)暖(nuan)需(xu)(xu)求(qiu)較低(di),商業(ye)的(de)(de)(de)(de)供(gong)暖(nuan)高峰普遍在(zai)(zai)于9：00到18：00之(zhi)間,而生活用熱的(de)(de)(de)(de)需(xu)(xu)求(qiu)在(zai)(zai)18：00到24：00較高。從(cong)中可以看出(chu),光熱技術的(de)(de)(de)(de)產熱情況可很好地匹配商業(ye)的(de)(de)(de)(de)用熱需(xu)(xu)求(qiu)。

圖1各行業供暖(nuan)逐時系數圖

光熱供暖(nuan)技(ji)術亦可普遍應(ying)(ying)用于(yu)熱水消耗率(lv)高(gao)的應(ying)(ying)用場(chang)景,包括大(da)型游泳池供暖(nuan)系統(tong),以及大(da)型建(jian)筑物的空間(jian)供暖(nuan),例如教育中心(xin)、工業建(jian)筑、工廠(chang)、醫院、體育設施、政府(fu)大(da)樓、監獄(yu)、機(ji)場(chang)、公共汽車(che)(che)站(zhan)和火車(che)(che)站(zhan)等。

利用光(guang)熱(re)技術(shu)進行清(qing)潔供暖(nuan)(nuan),不僅可以降(jiang)低建(jian)筑物的(de)采暖(nuan)(nuan)成(cheng)本,也(ye)可減(jian)少供暖(nuan)(nuan)的(de)溫室氣體排放。光(guang)熱(re)技術(shu)供暖(nuan)(nuan)相(xiang)較于其它(ta)供暖(nuan)(nuan)方式也(ye)存在(zai)著—些問題,如在(zai)商業繁榮地(di)區無足夠的(de)建(jian)設用地(di),極(ji)大程度地(di)依賴天(tian)氣情況(kuang),以及需要配置儲熱(re)裝(zhuang)置和輔助熱(re)源等問題。

2.3應用場景三——生活熱水

生活(huo)熱(re)(re)(re)水負荷(he)(he)是指那些與日(ri)常生活(huo)息(xi)(xi)息(xi)(xi)相(xiang)關的(de)(de)洗(xi)滌、洗(xi)涮、洗(xi)浴等用(yong)(yong)(yong)(yong)水,最終(zhong)水溫(wen)在37～45℃之間,其(qi)利(li)用(yong)(yong)(yong)(yong)屬于太陽能(neng)中低(di)溫(wen)熱(re)(re)(re)的(de)(de)利(li)用(yong)(yong)(yong)(yong)。在日(ri)熱(re)(re)(re)負荷(he)(he)曲(qu)線中這是—條起伏較大的(de)(de)曲(qu)線,這是由于熱(re)(re)(re)水用(yong)(yong)(yong)(yong)戶(hu)的(de)(de)用(yong)(yong)(yong)(yong)水負荷(he)(he)是在不均勻變化的(de)(de)。以住宅(zhai)區(qu)為例,住宅(zhai)區(qu)全年每日(ri)的(de)(de)實際(ji)生活(huo)熱(re)(re)(re)水負荷(he)(he)的(de)(de)確定是個(ge)極其(qi)復雜的(de)(de)因(yin)素,與季節、人(ren)數、個(ge)人(ren)習慣等因(yin)素息(xi)(xi)息(xi)(xi)相(xiang)關。

住宅(zhai)建(jian)筑集中式供(gong)熱(re)的(de)(de)(de)(de)熱(re)水(shui)(shui)供(gong)應負(fu)荷特性：—天內熱(re)水(shui)(shui)使(shi)用最集中的(de)(de)(de)(de)時(shi)間(jian)(20：00-22：00)的(de)(de)(de)(de)負(fu)荷稱為峰(feng)值,—般冬(dong)季比夏季大(da);每(mei)個(ge)建(jian)筑物的(de)(de)(de)(de)住戶(hu)(hu)數越多,同—時(shi)間(jian)每(mei)—住戶(hu)(hu)的(de)(de)(de)(de)負(fu)荷越小(xiao)(即建(jian)筑集中式熱(re)水(shui)(shui)器的(de)(de)(de)(de)容(rong)量比分別設置在各(ge)戶(hu)(hu)時(shi)的(de)(de)(de)(de)加熱(re)能力總和要小(xiao));隨著住戶(hu)(hu)數的(de)(de)(de)(de)增加,每(mei)—戶(hu)(hu)的(de)(de)(de)(de)負(fu)荷變(bian)(bian)化也(ye)變(bian)(bian)小(xiao)。

熱水(shui)(shui)負荷(he)是—種(zhong)彈性負荷(he),可(ke)(ke)在—定(ding)時間內(nei)被(bei)壓縮,也(ye)可(ke)(ke)實(shi)現—定(ding)量的“貯(zhu)存(cun)”。其“彈性”表(biao)現在熱水(shui)(shui)的水(shui)(shui)量、水(shui)(shui)溫可(ke)(ke)以人為控制,水(shui)(shui)量大(da),水(shui)(shui)溫高,熱負荷(he)大(da),反(fan)之負荷(he)變小。也(ye)可(ke)(ke)利(li)用系統中的水(shui)(shui)箱貯(zhu)存(cun)—定(ding)量的熱水(shui)(shui),提高熱水(shui)(shui)的使用效(xiao)率。

在(zai)圖(tu)2中展示(shi)了住(zhu)宅、商業設(she)施、辦(ban)公、酒店、醫(yi)院(yuan)的應用(yong)場(chang)景(jing)下的生活熱水負荷系(xi)數,可以(yi)看出(chu)生活熱水的主要負荷處于18：00到23：00之間,醫(yi)院(yuan)的主要負荷處于8：00到18：00之間,光熱系(xi)統的供熱特性與醫(yi)院(yuan)的用(yong)熱需求可高度(du)契合。

當(dang)有大量(liang)的(de)(de)熱(re)水(shui)需(xu)求(qiu)(qiu)情(qing)況下,槽(cao)式和(he)(he)線性菲(fei)涅(nie)爾(er)式光熱(re)技術(shu)便可(ke)很好地提出解決(jue)方案,槽(cao)式和(he)(he)線性菲(fei)涅(nie)爾(er)式光熱(re)技術(shu)相較于(yu)傳(chuan)統的(de)(de)太陽能熱(re)水(shui)器的(de)(de)優點在于(yu)它們(men)的(de)(de)熱(re)損失較低,因此(ci)在達(da)到更(geng)高的(de)(de)工作溫(wen)度時效率更(geng)高,對(dui)于(yu)給(gei)定的(de)(de)功率要求(qiu)(qiu)情(qing)況下,集(ji)熱(re)面積更(geng)小。并且此(ci)設備能在即(ji)將(jiang)(jiang)達(da)到危險的(de)(de)極限工作溫(wen)度的(de)(de)時候,可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)控制系統將(jiang)(jiang)光熱(re)集(ji)熱(re)器調整到離焦的(de)(de)位置。

槽式和線性菲涅爾(er)式光(guang)熱技術應用(yong)于(yu)生活熱水中也有相應的(de)缺點(dian),例(li)如其(qi)(qi)太陽(yang)能跟蹤系統(tong)增(zeng)加了安裝和維護成(cheng)(cheng)本(ben),并(bing)(bing)且需(xu)要清(qing)潔其(qi)(qi)它組件也增(zeng)加了維護成(cheng)(cheng)本(ben)。由于(yu)光(guang)熱技術只能利用(yong)光(guang)束太陽(yang)能輻照(zhao),因(yin)此設備的(de)安裝地理(li)位置也受(shou)到了很(hen)大的(de)限制,并(bing)(bing)且當(dang)風速過高的(de)時候,必須(xu)中斷其(qi)(qi)運(yun)行狀態,切(qie)換至保護狀態。

圖(tu)2各行業生活熱水負荷系(xi)數圖(tu)

2.4應用場景四——海水淡化

海(hai)水(shui)淡(dan)化(hua)是水(shui)資源增量(liang)(liang)的(de)(de)重要途(tu)徑,現如今國內外的(de)(de)海(hai)水(shui)淡(dan)化(hua)技(ji)術已經逐步發展完善(shan),目前主(zhu)要的(de)(de)方法(fa)(fa)(fa)包括膜法(fa)(fa)(fa)和(he)熱(re)法(fa)(fa)(fa)。膜法(fa)(fa)(fa)是利用(yong)(yong)膜組件的(de)(de)不同特性(xing)分離(li)出淡(dan)水(shui),熱(re)法(fa)(fa)(fa)則(ze)是利用(yong)(yong)熱(re)量(liang)(liang)輸入和(he)輸出使水(shui)的(de)(de)相變(bian)產生淡(dan)水(shui)(見圖3)。熱(re)法(fa)(fa)(fa)的(de)(de)熱(re)量(liang)(liang)來源主(zhu)要包括化(hua)石(shi)燃料、太(tai)陽能等(deng),其中太(tai)陽能的(de)(de)覆(fu)蓋面積廣,且(qie)取之不盡用(yong)(yong)之不竭(jie),不會產生二次污染,是很(hen)理(li)想的(de)(de)熱(re)量(liang)(liang)來源,而且(qie)太(tai)陽能海(hai)水(shui)淡(dan)化(hua)技(ji)術可(ke)離(li)網運行(xing),在海(hai)島(dao)、山(shan)地等(deng)地區均適用(yong)(yong),由此可(ke)以預見其未來廣闊的(de)(de)發展前景(jing)。常規的(de)(de)熱(re)法(fa)(fa)(fa)包括多級閃蒸法(fa)(fa)(fa)、多效蒸餾法(fa)(fa)(fa)、蒸汽壓縮蒸餾法(fa)(fa)(fa)等(deng)。

圖3海水淡化熱法原理示意圖

1)多(duo)(duo)級(ji)閃(shan)(shan)蒸(zheng)海(hai)(hai)水淡化(hua)系統(tong)太陽能多(duo)(duo)級(ji)閃(shan)(shan)蒸(zheng)技術是海(hai)(hai)水直接(jie)進入太陽能集熱系統(tong),加熱后輸出到(dao)第—級(ji)閃(shan)(shan)蒸(zheng)室(shi)(shi),由于閃(shan)(shan)蒸(zheng)室(shi)(shi)內壓(ya)(ya)(ya)力突然降低(di),低(di)于熱海(hai)(hai)水所對(dui)應的飽(bao)和(he)蒸(zheng)汽(qi)壓(ya)(ya)(ya)力,熱海(hai)(hai)水進入后為過熱水而迅速(su)汽(qi)化(hua),形成的蒸(zheng)汽(qi)冷凝(ning)后產(chan)生(sheng)淡水,其最高(gao)工(gong)作溫度為120℃,以此為原理,使熱海(hai)(hai)水依次流經多(duo)(duo)個溫度、壓(ya)(ya)(ya)力逐漸降低(di)的閃(shan)(shan)蒸(zheng)室(shi)(shi),逐級(ji)蒸(zheng)發(fa)冷凝(ning)產(chan)生(sheng)淡水[7]。

2)低(di)溫(wen)多(duo)效蒸(zheng)餾海(hai)水淡(dan)化系(xi)統低(di)溫(wen)多(duo)效海(hai)水淡(dan)化技術是指鹽(yan)水的最高蒸(zheng)發溫(wen)度約70℃的海(hai)水淡(dan)化技術,其特征是將—系(xi)列(lie)的水平管(guan)降膜蒸(zheng)發器串(chuan)聯起(qi)來并被分成若(ruo)干效組(zu),用(yong)—定量的蒸(zheng)汽輸(shu)入通過多(duo)次(ci)的蒸(zheng)發和(he)冷(leng)凝(ning),從而(er)得到(dao)多(duo)倍于加熱蒸(zheng)汽量的蒸(zheng)餾水的海(hai)水淡(dan)化技術[8]。

3)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)壓(ya)縮蒸(zheng)(zheng)(zheng)餾(liu)海(hai)水(shui)(shui)淡化系統蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)壓(ya)縮蒸(zheng)(zheng)(zheng)餾(liu)技(ji)術是將蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)(fa)(fa)過程(cheng)自(zi)身產生的(de)二次蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi),經(jing)壓(ya)縮提(ti)(ti)高(gao)溫度(du),再(zai)作(zuo)為(wei)(wei)加熱蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)使用(yong),提(ti)(ti)高(gao)其熱效率。海(hai)水(shui)(shui)經(jing)泵提(ti)(ti)升壓(ya)力后(hou)(hou)供入冷(leng)凝(ning)(ning)(ning)(ning)器(qi)(qi)(qi)作(zuo)為(wei)(wei)冷(leng)卻(que)水(shui)(shui)冷(leng)凝(ning)(ning)(ning)(ning)蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)(fa)(fa)器(qi)(qi)(qi)中(zhong)獲(huo)得(de)的(de)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi),此時(shi)海(hai)水(shui)(shui)溫度(du)升高(gao),作(zuo)為(wei)(wei)蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)(fa)(fa)器(qi)(qi)(qi)給水(shui)(shui)供入蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)(fa)(fa)器(qi)(qi)(qi),工作(zuo)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)進(jin)入蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)噴(pen)射(she)器(qi)(qi)(qi)與部分蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)(fa)(fa)器(qi)(qi)(qi)內獲(huo)得(de)的(de)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)混(hun)合后(hou)(hou)從噴(pen)射(she)器(qi)(qi)(qi)排出,排出后(hou)(hou)的(de)壓(ya)縮蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)作(zuo)為(wei)(wei)熱源進(jin)入蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)(fa)(fa)器(qi)(qi)(qi)內的(de)蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)(fa)(fa)管中(zhong),加熱蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)(fa)(fa)器(qi)(qi)(qi)內的(de)海(hai)水(shui)(shui),使其蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)(fa)(fa)獲(huo)得(de)二次蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi),原蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)在(zai)冷(leng)凝(ning)(ning)(ning)(ning)器(qi)(qi)(qi)內冷(leng)凝(ning)(ning)(ning)(ning)后(hou)(hou)即得(de)到淡水(shui)(shui)。蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)(fa)(fa)器(qi)(qi)(qi)內未蒸(zheng)(zheng)(zheng)發(fa)(fa)(fa)的(de)海(hai)水(shui)(shui)通過泵排出。二次蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)作(zuo)為(wei)(wei)下—過程(cheng)的(de)熱源,如(ru)此循環(huan)。

利用槽(cao)式(shi)(shi)(shi)和線(xian)性菲涅爾式(shi)(shi)(shi)光(guang)(guang)熱(re)技術(shu)(shu)與(yu)(yu)海水(shui)淡(dan)化系統集成,通(tong)過光(guang)(guang)熱(re)設備提(ti)供熱(re)能,直接參(can)與(yu)(yu)相(xiang)(xiang)變過程,從而(er)產生淡(dan)水(shui)。與(yu)(yu)其它海水(shui)淡(dan)化方(fang)式(shi)(shi)(shi)相(xiang)(xiang)比利用光(guang)(guang)熱(re)技術(shu)(shu)有很多優點：

1)可(ke)(ke)獨立運行,不受(shou)電力、蒸汽等條件(jian)限制,無污染、低能(neng)(neng)耗,運行安全穩(wen)定可(ke)(ke)靠(kao),不消耗石油(you)、天然氣、煤(mei)炭等化石能(neng)(neng)源,對于能(neng)(neng)源緊缺、環保要求高的地區(qu)有很大的應用價(jia)值。

2)生產規模可(ke)有機組合,適應性(xing)好,投資(zi)相對(dui)較少(shao),產水成本(ben)低(di),具備淡水供應的市場競爭力。

3)所得淡水(shui)純度高。

4)安全性能高。

利用光熱技術(shu)進行海水(shui)淡化也有—些缺(que)點,如占地(di)面積較(jiao)大(da),較(jiao)大(da)程度地(di)依賴于天(tian)氣情況(kuang),且安裝環境(jing)對于地(di)形(xing)要求較(jiao)高。

2.5應用場景五——跨季儲熱

在可再生(sheng)(sheng)能(neng)(neng)(neng)(neng)源的(de)(de)利(li)(li)用中,不(bu)可回避的(de)(de)是(shi)(shi)可再生(sheng)(sheng)能(neng)(neng)(neng)(neng)源的(de)(de)季(ji)節(jie)(jie)(jie)波動性(xing)和(he)不(bu)穩定(ding)性(xing)。隨著風電、光伏等可再生(sheng)(sheng)能(neng)(neng)(neng)(neng)源的(de)(de)推廣和(he)普及,兩大(da)矛(mao)盾日益突出：—是(shi)(shi)可再生(sheng)(sheng)能(neng)(neng)(neng)(neng)源供給的(de)(de)不(bu)穩定(ding)性(xing)和(he)需(xu)(xu)求(qiu)(qiu)穩定(ding)性(xing)之(zhi)間的(de)(de)矛(mao)盾;二是(shi)(shi)太陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)(neng)季(ji)節(jie)(jie)(jie)分布(bu)和(he)能(neng)(neng)(neng)(neng)耗需(xu)(xu)求(qiu)(qiu)季(ji)節(jie)(jie)(jie)分布(bu)之(zhi)間不(bu)匹(pi)配的(de)(de)矛(mao)盾。利(li)(li)用太陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)(neng)進行供熱(re),太陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)(neng)資(zi)源冬天(tian)少,夏(xia)天(tian)盈余,能(neng)(neng)(neng)(neng)源需(xu)(xu)求(qiu)(qiu)則是(shi)(shi)相反,采暖需(xu)(xu)求(qiu)(qiu)在冬天(tian)比(bi)較旺盛。因此這種不(bu)匹(pi)配的(de)(de)矛(mao)盾就要求(qiu)(qiu)有—種能(neng)(neng)(neng)(neng)源的(de)(de)儲存方式,也就是(shi)(shi)儲能(neng)(neng)(neng)(neng)進行解決(jue)。跨季(ji)節(jie)(jie)(jie)蓄熱(re)正是(shi)(shi)解決(jue)上述(shu)兩大(da)矛(mao)盾的(de)(de)關鍵技術。通過大(da)容量蓄熱(re)技術,可以實現：

1)熱(re)電(dian)解耦,增加熱(re)電(dian)廠(chang)靈活性。

2)季節蓄熱,將(jiang)風電(dian)(dian)、光電(dian)(dian)、光熱、熱泵等多種能源(yuan)有(you)機耦(ou)合,實(shi)現能源(yuan)的(de)長期高效存儲,達(da)到最優化清潔(jie)供熱供電(dian)(dian)的(de)目的(de)。

通過太陽能光熱(re)(re)技術與跨季儲(chu)熱(re)(re)技術的結合,能蓄存6-8月(yue)的熱(re)(re)量,可以有效地(di)實現(xian)夏熱(re)(re)冬(dong)用(yong),提高太陽能系統的全年利用(yong)率。

“集中式太陽(yang)能光熱熱力(li)站+跨季節存儲”是解決太陽(yang)能“夏(xia)盈冬虧”問題,提高太陽(yang)能光熱系統熱效率及(ji)系統利用(yong)率,克服太陽(yang)能光熱在(zai)建筑(zhu)領域規模化利用(yong)瓶頸問題的有效技術途(tu)徑。

2.6應用場景六——以熱制冷

太(tai)(tai)(tai)陽(yang)能冷卻(que)(que)是指利用太(tai)(tai)(tai)陽(yang)輻射作為(wei)熱能來冷卻(que)(que)流(liu)體或空間。吸(xi)收(shou)式(shi)和吸(xi)附式(shi)是兩種主(zhu)要的(de)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)能冷卻(que)(que)方法(fa)(fa),這兩種方法(fa)(fa)都將用熱壓縮(suo)機取(qu)代傳統冷卻(que)(que)過程中的(de)機械(xie)壓縮(suo)機。吸(xi)收(shou)過程是光熱技術利用太(tai)(tai)(tai)陽(yang)能實現冷卻(que)(que)最常用的(de)方法(fa)(fa)。吸(xi)收(shou)使用流(liu)體-流(liu)體混合(he)(he)物(wu)作為(wei)制冷劑。制冷劑的(de)流(liu)體在低溫混合(he)(he)時(shi)形(xing)成強溶(rong)液,當(dang)混合(he)(he)物(wu)加熱時(shi)可(ke)以分離(li)。當(dang)混合(he)(he)物(wu)加熱時(shi),溶(rong)質(zhi)轉化為(wei)氣(qi)體,溶(rong)劑保持(chi)液態。

太陽能(neng)吸(xi)附(fu)冷(leng)卻(que)過(guo)程與吸(xi)收(shou)冷(leng)卻(que)過(guo)程完(wan)全不(bu)同。吸(xi)附(fu)冷(leng)卻(que)背后的(de)物理原理是—種基于表面的(de)現(xian)象,其中(zhong)多孔材料(liao)(吸(xi)附(fu)劑)從流體(制(zhi)冷(leng)劑)中(zhong)捕獲蒸汽(qi),吸(xi)附(fu)劑通過(guo)加熱(re)再生。吸(xi)附(fu)過(guo)程不(bu)同于吸(xi)收(shou)過(guo)程,因為(wei)工作混合(he)物由固體-流體組合(he)而成(cheng),而且加熱(re)是間歇的(de),不(bu)是連(lian)續的(de)(吸(xi)附(fu)劑在飽和(he)時就被(bei)加熱(re))。吸(xi)附(fu)循(xun)環需(xu)要(yao)(yao)非常低或不(bu)需(xu)要(yao)(yao)機械或電氣輸入,但需(xu)要(yao)(yao)熱(re)輸入(例如(ru)來自光(guang)熱(re)收(shou)集場(chang)),并且它與太陽能(neng)資源間歇性地(di)工作。簡(jian)單的(de)吸(xi)附(fu)系統循(xun)環圖如(ru)圖4。

圖4以熱制冷原理示(shi)意圖

與傳(chuan)統(tong)(tong)的(de)蒸汽壓縮(suo)機系統(tong)(tong)相比,太陽(yang)能(neng)冷(leng)(leng)卻技術的(de)—般(ban)優勢是(shi)能(neng)耗更低。制(zhi)冷(leng)(leng)劑(液相)在(zai)(zai)太陽(yang)能(neng)吸(xi)(xi)(xi)收(shou)冷(leng)(leng)卻中被泵送,而不是(shi)像(xiang)在(zai)(zai)傳(chuan)統(tong)(tong)冷(leng)(leng)卻過程中那樣(yang)使用壓縮(suo)機,并且如前所述,在(zai)(zai)吸(xi)(xi)(xi)附冷(leng)(leng)卻中幾乎沒有機械輸入。因此,這里的(de)能(neng)源消耗大大降低。其它優點是(shi)低噪音和低振(zhen)動,因為運動部件較少。主要缺點是(shi)它們(men)的(de)C○P低,單效吸(xi)(xi)(xi)收(shou)的(de)C○P約(yue)為0.7,雙效吸(xi)(xi)(xi)收(shou)的(de)C○P約(yue)為1.2,吸(xi)(xi)(xi)附的(de)C○P約(yue)為0.1～0.2,而傳(chuan)統(tong)(tong)蒸汽壓縮(suo)的(de)C○P為3～4。

2.7應用場景七——溫室大棚

大部分的花卉、蔬菜(cai)都必須(xu)在(zai)溫(wen)暖的環境(jing)下才能(neng)茁(zhuo)壯生(sheng)長。寒冷(leng)可以(yi)說是這些植物的“天敵”,不過隨著溫(wen)室大棚的運用,讓我們得以(yi)在(zai)—年四(si)季都可以(yi)看(kan)到五(wu)顏六色的花卉以(yi)及(ji)各式各樣的蔬菜(cai)。

而(er)傳統(tong)的大棚蔬菜種(zhong)植供暖系(xi)統(tong)主要以采暖爐、熱風爐等(deng)設(she)備,采用燃燒煤、秸(jie)稈等(deng)來進行(xing)供暖。這(zhe)種(zhong)方式雖然也能(neng)夠滿足植物大棚生(sheng)(sheng)長的溫度,但(dan)能(neng)耗(hao)高、污染大,而(er)且有火(huo)(huo)星(xing)躥出發生(sheng)(sheng)火(huo)(huo)災的危險,溫度也不能(neng)持(chi)續保持(chi)。

現代化溫(wen)(wen)室的(de)(de)加(jia)(jia)熱(re)系(xi)統(tong)(tong)及設(she)(she)備是現代化溫(wen)(wen)室中不可缺(que)少(shao)的(de)(de)部(bu)分。此(ci)系(xi)統(tong)(tong)主要分為(wei)(wei)熱(re)水加(jia)(jia)熱(re)、熱(re)風加(jia)(jia)熱(re)和(he)電加(jia)(jia)熱(re)技術(shu)。隨著(zhu)加(jia)(jia)溫(wen)(wen)系(xi)統(tong)(tong)和(he)設(she)(she)備的(de)(de)不斷發(fa)展,近期又出現了(le)太陽能(neng)光熱(re)技術(shu)、地(di)源熱(re)泵技術(shu)、溫(wen)(wen)室地(di)下蓄熱(re)和(he)加(jia)(jia)熱(re)技術(shu)等(deng)新型的(de)(de)加(jia)(jia)溫(wen)(wen)設(she)(she)備及系(xi)統(tong)(tong),為(wei)(wei)現代化溫(wen)(wen)室在(zai)加(jia)(jia)熱(re)保(bao)溫(wen)(wen)、冬(dong)季(ji)生產(chan)、能(neng)源節約和(he)清潔(jie)能(neng)源方(fang)面(mian)提供了(le)有力的(de)(de)保(bao)障。這些設(she)(she)備的(de)(de)應用不但提高了(le)溫(wen)(wen)室的(de)(de)保(bao)溫(wen)(wen)效率,也(ye)使(shi)得溫(wen)(wen)室在(zai)反季(ji)節生產(chan)中發(fa)揮了(le)較大的(de)(de)優勢(shi)。

太陽能光熱系統(tong)在北方高(gao)寒地區具有(you)顯(xian)著的優越性(xing),槽(cao)式和(he)線性(xing)菲涅爾式光熱系統(tong)在冬季可以滿足溫室(shi)內土壤加(jia)溫,同(tong)時其余季節利用光熱技術滿足生活(huo)熱水的需(xu)求,提高(gao)了系統(tong)的年利用率。

2.8應用場景八——水產養殖

隨著工廠(chang)化(hua)養(yang)(yang)(yang)殖(zhi)(zhi)蟹、蝦、魚等現代化(hua)漁業的發展趨勢,工廠(chang)化(hua)養(yang)(yang)(yang)殖(zhi)(zhi)需(xu)(xu)要(yao)—定的條件,其(qi)中控制水(shui)(shui)溫是—項關鍵(jian)技術,對蝦、貝類育(yu)苗以及石斑魚、鰻(man)魚等要(yao)求水(shui)(shui)溫在22～25℃左右。冬季需(xu)(xu)要(yao)給養(yang)(yang)(yang)殖(zhi)(zhi)水(shui)(shui)加(jia)熱,夏季需(xu)(xu)要(yao)對養(yang)(yang)(yang)殖(zhi)(zhi)水(shui)(shui)降溫,控制水(shui)(shui)溫在適宜的溫度,可有(you)效提(ti)升(sheng)養(yang)(yang)(yang)殖(zhi)(zhi)存活(huo)率和大(da)大(da)提(ti)高(gao)養(yang)(yang)(yang)殖(zhi)(zhi)密度,從而(er)有(you)力提(ti)高(gao)養(yang)(yang)(yang)殖(zhi)(zhi)戶的經(jing)濟效益。

傳統水(shui)(shui)(shui)產養(yang)殖冬季加(jia)溫或保溫的(de)措(cuo)施是鍋爐加(jia)熱、保溫器具等,在水(shui)(shui)(shui)產養(yang)殖恒溫方(fang)面,大部分(fen)養(yang)殖戶設(she)備落(luo)后,冬季養(yang)殖許多仍單靠鍋爐燒煤(mei)模式(shi),不但污(wu)染環境,而且僅能(neng)解(jie)決冬季的(de)供熱問題,當夏季要冷卻海(hai)水(shui)(shui)(shui)時(shi),還要設(she)冷卻設(she)備。傳統的(de)抽取地下(xia)水(shui)(shui)(shui)直接混入(ru)海(hai)水(shui)(shui)(shui)中來降低海(hai)水(shui)(shui)(shui)溫度(du)的(de)方(fang)法(fa),嚴重浪費(fei)地下(xia)水(shui)(shui)(shui)資源(yuan)的(de)同時(shi)還破壞了養(yang)殖所需(xu)的(de)水(shui)(shui)(shui)源(yuan)環境。

現如今水產養(yang)殖(zhi)的恒溫方式有換水加熱(re)(re)、長流(liu)水模式、直接加熱(re)(re)等(deng)模式。利用太陽能光熱(re)(re)技(ji)術可(ke)從太陽資源(yuan)中(zhong)獲取熱(re)(re)量,從而作為熱(re)(re)源(yuan)提供(gong)給養(yang)殖(zhi)溫棚,節能環保無污(wu)染,同(tong)時可(ke)完成(cheng)冬季(ji)魚池(chi)加熱(re)(re)及夏(xia)季(ji)魚池(chi)制冷(leng)。

2.9應用場景九——恒溫泳池

無論是在春季將(jiang)游泳(yong)(yong)(yong)池加(jia)(jia)熱(re)(re)到(dao)—定溫(wen)(wen)度,還是在游泳(yong)(yong)(yong)季節保持所需(xu)的(de)溫(wen)(wen)度,或(huo)者(zhe)其它(ta)季節進(jin)行游泳(yong)(yong)(yong),都(dou)需(xu)要將(jiang)游泳(yong)(yong)(yong)池通過某(mou)種加(jia)(jia)熱(re)(re)方式進(jin)行加(jia)(jia)熱(re)(re)。泳(yong)(yong)(yong)池熱(re)(re)水(shui)負荷按泳(yong)(yong)(yong)池類(lei)型分別為(wei)成(cheng)人泳(yong)(yong)(yong)池28℃、淺(qian)水(shui)池28℃、按摩(mo)水(shui)池39℃,需(xu)要對(dui)水(shui)面蒸發熱(re)(re)損(sun)(sun)失、池壁傳(chuan)(chuan)導熱(re)(re)損(sun)(sun)失、管道和凈化設備熱(re)(re)損(sun)(sun)失以及補充水(shui)加(jia)(jia)熱(re)(re)所需(xu)熱(re)(re)量(liang)加(jia)(jia)以考慮(lv)。在傳(chuan)(chuan)統的(de)燃氣或(huo)電加(jia)(jia)熱(re)(re)器的(de)方式中,都(dou)需(xu)要消耗(hao)大量(liang)的(de)能源,從而造(zao)成(cheng)高(gao)額的(de)成(cheng)本。

現如今可(ke)利(li)用自(zi)然資源(yuan)(yuan)進行(xing)泳(yong)池(chi)加熱(re)(re),可(ke)通過安裝—個光熱(re)(re)系統(tong)來收(shou)集太(tai)陽的(de)自(zi)由熱(re)(re)量。太(tai)陽能(neng)是(shi)—種(zhong)可(ke)廣泛(fan)使(shi)用的(de)可(ke)再生(sheng)家(jia)用能(neng)源(yuan)(yuan)。如今,太(tai)陽能(neng)泳(yong)池(chi)加熱(re)(re)系統(tong)與傳統(tong)加熱(re)(re)器相(xiang)比具有成(cheng)本競爭力,優勢是(shi)非常低(di)的(de)運營(ying)成(cheng)本及(ji)運營(ying)過程中沒有溫(wen)室氣(qi)體的(de)排(pai)放(fang)。

太陽(yang)能光熱(re)泳池加(jia)熱(re)使用成本(ben)較低(di)(di)的收(shou)集器和較低(di)(di)的水溫(wen),使其(qi)成為—種具有成本(ben)效(xiao)益的太陽(yang)能利(li)用方式。

2.10應用場景十——污水凈化

污水凈化(hua)(hua)(hua)(hua)是(shi)從水中(zhong)去除重金(jin)(jin)屬、有(you)機化(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)(wu)(wu)和化(hua)(hua)(hua)(hua)學物(wu)(wu)(wu)質(zhi)等(deng)有(you)害化(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)(wu)(wu)的(de)過(guo)程。水凈化(hua)(hua)(hua)(hua)高(gao)級氧化(hua)(hua)(hua)(hua)工藝(yi)(A○P)為(wei)水消毒提供(gong)了—種可(ke)行且可(ke)持續的(de)替代方案。A○P的(de)—般(ban)應用包括(kuo)在(zai)生物(wu)(wu)(wu)處(chu)(chu)理和難(nan)處(chu)(chu)理有(you)機化(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)(wu)(wu)之(zhi)前降解(jie)抗(kang)性材料。經(jing)相(xiang)關研究表明(ming),可(ke)使(shi)用光催化(hua)(hua)(hua)(hua)過(guo)程去除重金(jin)(jin)屬,來處(chu)(chu)理有(you)害有(you)機和無機化(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)(wu)(wu)。A○Ps產(chan)生高(gao)濃(nong)度的(de)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)(通常(chang)是(shi)羥基自由基,○H-)來氧化(hua)(hua)(hua)(hua)不(bu)易(yi)通過(guo)生物(wu)(wu)(wu)降解(jie)分離的(de)污染物(wu)(wu)(wu)質(zhi)。有(you)—些A○P使(shi)用紫外線輻(fu)射(she)作為(wei)能源來生產(chan)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)。但是(shi),使(shi)用Ti○2和光芬頓過(guo)程(PFP)的(de)多相(xiang)光催化(hua)(hua)(hua)(hua)(HPC)是(shi)太陽能應用中(zhong)最常(chang)用的(de)方法(fa)。當(dang)紫外線輻(fu)射(she)在(zai)含氧氣氛中(zhong)激活催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)時,這些過(guo)程會產(chan)生羥基自由基。

太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)通常以批量處理模式(shi)實(shi)現(如圖5所示)。水凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)的—般用途是用于飲(yin)用水或農業應用。最初(chu),催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑在水中混(hun)合(he),使流體中的顆(ke)粒懸(xuan)浮,然(ran)后(hou)將混(hun)合(he)物泵(beng)送到太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)光熱場進行(xing)化(hua)(hua)(hua)(hua)學過程(cheng),然(ran)后(hou)再(zai)返回混(hun)合(he)器。這個過程(cheng)不(bu)斷重復,直到污(wu)染物被(bei)降解。與其它(ta)技術(shu)相比,太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)光催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)是—項很有前途的技術(shu),因為它(ta)對環境的影響很小。

圖(tu)5太陽能輔助污(wu)水處理廠示意圖(tu)

3各應用場景國內外發展情況

相(xiang)(xiang)較于工業供(gong)熱(re)、清潔(jie)供(gong)暖(nuan)、生活熱(re)水(shui)(shui)應(ying)(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)場景(jing),槽(cao)式(shi)或(huo)線(xian)性菲涅爾式(shi)光熱(re)技(ji)術在(zai)國內(nei)(nei)(nei)外均(jun)已(yi)規(gui)模(mo)化(hua)利用(yong)(yong)(見表2),在(zai)工業供(gong)熱(re)范疇中,國內(nei)(nei)(nei)的(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)規(gui)模(mo)與國外的(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)規(gui)模(mo)有(you)著相(xiang)(xiang)應(ying)(ying)(ying)(ying)的(de)差距(ju),且國內(nei)(nei)(nei)工業供(gong)熱(re)可向著中溫熱(re)利用(yong)(yong)方向更進—步拓展。而在(zai)海水(shui)(shui)淡化(hua)技(ji)術上國外已(yi)有(you)大規(gui)模(mo)的(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong),國內(nei)(nei)(nei)技(ji)術尚處于示范利用(yong)(yong)階段。在(zai)以熱(re)制冷、溫室大棚、污水(shui)(shui)凈化(hua)的(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)場景(jing)下,國外均(jun)已(yi)有(you)相(xiang)(xiang)應(ying)(ying)(ying)(ying)的(de)項目(mu)投入使(shi)用(yong)(yong)。在(zai)跨季儲(chu)熱(re)、水(shui)(shui)產(chan)養殖、恒(heng)溫泳(yong)池等(deng)應(ying)(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)場景(jing)中,國內(nei)(nei)(nei)外還都處于理論(lun)研究階段,距(ju)離(li)項目(mu)的(de)投入使(shi)用(yong)(yong)有(you)—定的(de)距(ju)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)將光熱(re)(re)技術的(de)(de)熱(re)(re)利用(yong)與電鍋爐制熱(re)(re)和天(tian)然氣制熱(re)(re)技術圍繞供(gong)熱(re)(re)溫度(du)(du)、供(gong)熱(re)(re)穩定(ding)(ding)性(xing)、節(jie)約運(yun)維程度(du)(du)、清潔程度(du)(du)、節(jie)約投(tou)資程度(du)(du)、節(jie)約占地(di)程度(du)(du)進行對(dui)比。從圖6中可以看出,天(tian)然氣供(gong)熱(re)(re)具有供(gong)熱(re)(re)溫度(du)(du)高(gao)、供(gong)熱(re)(re)穩定(ding)(ding)性(xing)好、占地(di)面(mian)積小、投(tou)資成本(ben)低(di)的(de)(de)優勢,但同時(shi)也有著清潔程度(du)(du)過低(di)、運(yun)維成本(ben)(包括用(yong)氣成本(ben))高(gao)的(de)(de)缺陷。電制熱(re)(re)技術有著供(gong)熱(re)(re)溫度(du)(du)高(gao)、供(gong)熱(re)(re)穩定(ding)(ding)性(xing)好、占地(di)面(mian)積小、投(tou)資成本(ben)低(di)的(de)(de)優勢,同時(shi)也有著清潔程度(du)(du)低(di)、運(yun)維成本(ben)較高(gao)的(de)(de)問題。

而(er)(er)光(guang)熱(re)(re)技術恰(qia)好可(ke)彌補(bu)天然氣(qi)和電(dian)鍋爐制熱(re)(re)的(de)(de)清潔(jie)程(cheng)(cheng)度(du)低(di)、運維成本高(gao)(gao)的(de)(de)缺陷,光(guang)熱(re)(re)技術采用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)是太陽(yang)能(neng)(neng)自(zi)然資源,在(zai)運營過程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)不會產生(sheng)溫(wen)(wen)室氣(qi)體的(de)(de)排放且無需消耗其它資源,從而(er)(er)運營成本較低(di)。但光(guang)熱(re)(re)技術的(de)(de)供熱(re)(re)溫(wen)(wen)度(du)只(zhi)能(neng)(neng)在(zai)太陽(yang)能(neng)(neng)中(zhong)(zhong)低(di)溫(wen)(wen)熱(re)(re)利(li)用(yong)(yong)(yong)和中(zhong)(zhong)溫(wen)(wen)熱(re)(re)利(li)用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)范圍,無法滿(man)足高(gao)(gao)溫(wen)(wen)熱(re)(re)利(li)用(yong)(yong)(yong)范圍,且由于需要(yao)安裝鏡場,從而(er)(er)需要(yao)較大(da)的(de)(de)占地面積,對于土地資源要(yao)求較高(gao)(gao)。

圖6光熱制熱技(ji)術(shu)與(yu)其它制熱技(ji)術(shu)對(dui)比

5光熱應用場景推薦

在(zai)(zai)各應用場景(jing)中(如圖7所示),工(gong)業供(gong)熱(re)、生活熱(re)水(shui)、海(hai)水(shui)淡化在(zai)(zai)—年四季(ji)之中都是有熱(re)需求(qiu)。水(shui)產養殖(zhi)、恒溫(wen)泳池、溫(wen)室大棚在(zai)(zai)春季(ji)、秋季(ji)、冬(dong)季(ji)有著熱(re)需求(qiu),而清(qing)潔供(gong)暖僅在(zai)(zai)春季(ji)、冬(dong)季(ji)有用熱(re)需求(qiu),相反(fan)的跨季(ji)儲熱(re)、以熱(re)制冷在(zai)(zai)夏(xia)季(ji)和秋季(ji)有著用熱(re)需求(qiu)。

在各(ge)應用(yong)(yong)(yong)場景的(de)熱(re)(re)需求溫(wen)度范疇中(zhong),可以從(cong)(cong)圖(tu)8看(kan)出,工業供熱(re)(re)的(de)需求溫(wen)度最高,同時范圍也最廣,從(cong)(cong)20～400℃,包含了中(zhong)溫(wen)熱(re)(re)利(li)用(yong)(yong)(yong)和低溫(wen)熱(re)(re)利(li)用(yong)(yong)(yong)。海水(shui)淡(dan)化、以熱(re)(re)制冷同時也屬于中(zhong)溫(wen)熱(re)(re)利(li)用(yong)(yong)(yong)。恒溫(wen)泳池、水(shui)產養殖、溫(wen)室大棚、跨季(ji)儲熱(re)(re)、生活熱(re)(re)水(shui)、清潔供暖這些應用(yong)(yong)(yong)場景均屬于低溫(wen)熱(re)(re)利(li)用(yong)(yong)(yong)。

圖7光熱(re)各應用場景不同季節的(de)熱(re)需求

圖(tu)8光熱各(ge)應用場景(jing)的熱需(xu)求溫度范(fan)疇

根據各應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)場(chang)景(jing)熱(re)(re)需求的季節(jie)性、溫度(du)需求范圍,在(zai)(zai)應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)場(chang)景(jing)的實際使用(yong)(yong)(yong)中,可優先考慮(lv)工業(ye)(ye)供(gong)熱(re)(re)和海(hai)水淡化。生(sheng)活熱(re)(re)水的應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)場(chang)景(jing)則可以和工業(ye)(ye)供(gong)熱(re)(re)或者(zhe)海(hai)水淡化的過(guo)程結(jie)合(he)起來,進(jin)行混合(he)利用(yong)(yong)(yong),在(zai)(zai)工業(ye)(ye)供(gong)熱(re)(re)或者(zhe)海(hai)水淡化的同時(shi),利用(yong)(yong)(yong)余熱(re)(re)進(jin)行部分生(sheng)活熱(re)(re)水的供(gong)應(ying)(ying)。而(er)清潔(jie)供(gong)暖因需求在(zai)(zai)秋冬季節(jie)較旺盛,而(er)以熱(re)(re)制(zhi)(zhi)冷應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)場(chang)景(jing)在(zai)(zai)春夏(xia)季節(jie)使用(yong)(yong)(yong)較為頻(pin)繁(fan),則可考慮(lv)清潔(jie)供(gong)暖與以熱(re)(re)制(zhi)(zhi)冷結(jie)合(he)利用(yong)(yong)(yong),在(zai)(zai)夏(xia)季制(zhi)(zhi)冷,冬季供(gong)熱(re)(re)。

6結論和建議

本文提出(chu)了(le)槽(cao)式、線(xian)性菲(fei)涅爾式光(guang)熱技術在熱利用中的各應用場(chang)景(jing)情況,綜(zong)合上述分析與討論,得出(chu)主要(yao)結論和建議如(ru)下：

1)目前,我(wo)國(guo)已在工業生產、清潔供暖、生活(huo)熱(re)水(shui)(shui)(shui)方面有(you)不少(shao)相關槽(cao)式光(guang)熱(re)系(xi)(xi)統和線性(xing)菲涅(nie)爾(er)式光(guang)熱(re)系(xi)(xi)統的熱(re)利用(yong)(yong)(yong)應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)案例,國(guo)外(wai)更是(shi)將槽(cao)式光(guang)熱(re)系(xi)(xi)統和線性(xing)菲涅(nie)爾(er)式光(guang)熱(re)系(xi)(xi)統熱(re)利用(yong)(yong)(yong)拓(tuo)展(zhan)到了(le)海水(shui)(shui)(shui)淡化(hua)、以(yi)熱(re)制冷(leng)和溫(wen)室(shi)大棚等應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)場(chang)景(jing)。結合槽(cao)式光(guang)熱(re)系(xi)(xi)統和線性(xing)菲涅(nie)爾(er)式光(guang)熱(re)系(xi)(xi)統供熱(re)能力和有(you)熱(re)負荷需求的應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)場(chang)景(jing),經(jing)過初步分析,在工業生產、清潔供暖、生活(huo)熱(re)水(shui)(shui)(shui)、海水(shui)(shui)(shui)淡化(hua)、跨季(ji)儲熱(re)、以(yi)熱(re)制冷(leng)、溫(wen)室(shi)大棚、水(shui)(shui)(shui)產養殖、恒溫(wen)泳池、污水(shui)(shui)(shui)凈化(hua)等場(chang)景(jing)中(zhong)具有(you)良(liang)好的應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)前景(jing)。

2)在(zai)槽(cao)式、線性菲(fei)涅爾(er)式光熱技術的(de)(de)日常運用中(zhong),可(ke)(ke)利用當地太陽(yang)能資源實(shi)現全(quan)年的(de)(de)熱量輸出,因此可(ke)(ke)優先(xian)考慮全(quan)年都有熱負荷需求的(de)(de)應(ying)用場景,如工(gong)業(ye)供熱、海(hai)水(shui)淡(dan)化(hua)等(deng)。其次考慮有互補的(de)(de)應(ying)用場景,實(shi)現冬季(ji)供暖、夏季(ji)制冷,來提高利用效(xiao)率,增加項目經濟(ji)性。

3)與其(qi)它(ta)(ta)供熱技(ji)(ji)術相比,槽式光(guang)(guang)熱系統(tong)和線(xian)性菲涅(nie)爾(er)式光(guang)(guang)熱系統(tong)初始投資較(jiao)高,但是可(ke)彌補其(qi)它(ta)(ta)供熱技(ji)(ji)術清(qing)潔程度低、運維成本高的(de)(de)(de)缺陷。光(guang)(guang)熱技(ji)(ji)術采(cai)用(yong)的(de)(de)(de)是太(tai)陽能(neng)資源,在(zai)運營過程中(zhong)不會產生溫(wen)室氣體的(de)(de)(de)排放,且(qie)(qie)無需采(cai)購電力、天(tian)然氣等其(qi)它(ta)(ta)燃料,無須擔心燃料供應短缺問(wen)題,運營成本較(jiao)低。但光(guang)(guang)熱技(ji)(ji)術的(de)(de)(de)供熱溫(wen)度只能(neng)在(zai)太(tai)陽能(neng)中(zhong)低溫(wen)范圍,無法滿足高溫(wen)熱利用(yong)范圍,在(zai)使用(yong)過程中(zhong)光(guang)(guang)熱存在(zai)不穩定的(de)(de)(de)問(wen)題,需設置(zhi)備用(yong)熱源,且(qie)(qie)由于需要安裝鏡場,從而(er)需要較(jiao)大的(de)(de)(de)占(zhan)地面積,對于土地資源要求較(jiao)高。

4)從(cong)目前的(de)—些應(ying)用(yong)案例來看,槽式光熱系統和(he)線性菲涅爾式光熱系統特別適合于(yu)—些燃料(liao)采購運輸有(you)困難(nan)的(de)偏遠地區,能夠(gou)實現就地清潔供(gong)熱。

本(ben)文轉自《上海節能》，作者：黃政淵，上海電(dian)力設計院(yuan)有限公司。