摘要：光熱技術逐漸趨向成熟,在發電領域之外,隨著環境保護與生產生活清潔化的需求增長,太陽能熱利用在農業、畜牧業、工業、城鎮居民供暖供冷等綜合能源供給領域成為最有發展前景的能源方式。主要圍繞槽式、線性菲涅爾式光熱技術熱利用應用場景進行研究和分析,提出光熱熱利用技術在不同供熱需求下的應用場景,如工業用熱、清潔供暖、生活熱水、海水淡化、跨季儲熱、溫室大棚、水產養殖、以熱制冷、恒溫泳池、污水凈化,并圍繞這些應用場景進行用能分析。通過國內外應用場景的發展情況對比,發掘進一步拓展這些應用場景的潛力,并通過光熱技術與天然氣、電鍋爐制熱進行對比,獲得光熱技術在熱利用場景下的優勢。通過對于這些應用場景的熱需求的季節性分析和熱負荷分析,得到光熱熱利用的優先應用場景與最佳應用方案。

引言

截至2021年底,全球光熱發電建成裝機容量達6 692 MW,其中2021年建成裝機容量新增110 MW。隨著世界各地光熱市場的擴展,供應鏈的不斷拓寬和行業經驗的逐步增加,全球光熱發電成本持續下降。儲熱系統的加持、向資源條件較好的地點轉移、較低的總裝機成本、更長或更靈活的購電協議和更高的容量因素降低了光熱發電的度電成本。

我國對光熱發電研究與應用起步較晚,但發展速度較快,目前首批20個光熱示范項目已陸續建成并網發電,總裝機達到134.9萬kW,包括9個塔式光熱、7個槽式光熱和4個線性菲涅爾式光熱。考慮到太陽能作為可再生能源發展的巨大前景,以及光熱產業發展的需要,預計“十四五”期間光熱技術的應用將得到進—步推廣。

在發電領域之外,隨著環境保護與生產生活清潔化的需求增長,太陽能熱利用在農業、畜牧業、工業供汽、城鎮居民供暖供冷、熱化學制氫等綜合能源供給領域成為最有發展前景的能源方式。利用光熱發電技術的中間產品——高品質的熱能,通過各種傳熱介質應用于工業(稠油開采、化工、制藥、紡織、食品加工等)、農業、城鎮供暖、冷熱電聯供、海水淡化等的綜合能源供給項目發展迅速。

本項目旨在“雙碳”目標背景下,針對槽式和線性菲涅爾式光熱技術路線,對光熱熱利用潛在的應用場景進行分析研究,主要研究內容包括利用光熱的集熱系統和儲熱系統對有蒸汽和熱水需求的應用場景開展分析,研究光熱供熱系統的適用性、應用發展潛力及節能減排等系統綜合效益方面的效果。

1光熱熱利用技術應用現狀

光熱發電及熱利用憑借其獨特的技術優勢,獲得了越來越廣泛的關注和應用,具有強大的生命力和競爭力。整體來看,國外對光熱技術的研究應用起步較早,國內起步相對較晚。隨著我國首批光熱發電示范項目的建設和投運,國內已基本掌握了光熱發電系統設計關鍵技術,設備國產化率也已達到90%以上。隨著國際光熱發電市場的蓬勃發展,國內多家設計、設備制造與建設公司積極參與到國際光熱發電項目中,影響力日益提升。目前,國內和國外的技術發展可以說基本處于同—水平,整體技術路線和發展路徑也基本相同。在光熱熱利用及綜合能源供給方面,國內目前已建設的應用場景較國外來說仍略顯單—,應用場景的拓展還有很大發展空間。

2光熱應用場景分類

太陽能在供熱中的應用是非常廣泛的,在各種類型的熱需求中都可以考慮采用槽式和線性菲涅爾式光熱技術,其主要是利用集熱器將熱量傳遞給導熱油,再將導熱油作為熱源參與其它的熱交換過程,根據導熱油所達到的溫度,可以將熱應用分為太陽能中低溫熱利用和太陽能中溫熱利用兩個主要類型。中低溫熱利用的最高熱應用溫度為100℃,中溫熱利用的熱應用溫度通常能達到400℃,中低溫熱技術通常用于商業、住宅和工業部門的預熱和干燥過程,中溫熱技術普遍用于蒸汽供應和光熱發電。表1中展示了潛在的光熱技術應用場景下不同行業中的對于熱負荷需求。

表1不同行業的工作溫度范圍分布

根據表1,本章圍繞工業用熱、清潔供暖、生活熱水、海水淡化、跨季儲熱、溫室大棚、水產養殖、以熱制冷、恒溫泳池、污水凈化等應用場景進行討論。

2.1應用場景一——工業用熱

根據工業和信息化部統計數據,工業領域能源消費量占全國總體消費量65%左右。在工業過程中,有許多行業采用了太陽能熱電廠來為自己的生產過程提供熱量,主要包括食品行業和酒業、紡織業、運輸設備、金屬和塑料處理以及化工。最適合的工藝過程是清洗、干燥、蒸發和蒸餾、焯水、巴氏殺菌、滅菌、烹飪、熔化、噴漆和表面處理。

在工業使用的總能源中,很大—部分(大約45%～65%)的能源是用來給工業過程中制備和處理產品時提供直接熱量的。工業過程中的熱能需求普遍在300℃以下,其中37.2%的工業熱能總需求在92～204℃之間。根據EC○HEATC○○L在32個國家進行的研究,27%的工業用熱所需熱能在100～400℃之間。因此,槽式和線性菲涅爾式光熱技術可以在工業用熱中廣泛應用。

光熱技術的熱利用對于工業用熱上不僅僅可以提供大量的熱源,也可以很大程度地降低企業的用熱成本,并且減少各企業的溫室氣體排放,然而在工業用熱的推廣中也存在著難點：

1)土地可用性和成本

現有的屋頂通常不夠大或不夠堅固,不足以支撐太陽能設備的安裝,且配套系統的費用高,導致前期的投資成本高。

2)工業廢水侵害

與商業或住宅環境相比,工業環境涉及更高的太陽能集熱器腐蝕風險。

3)非恒定能源

光熱技術高度依靠太陽資源,在不同的天氣情景下可能會造成熱源的波動性,從而必須搭配儲熱或者其它供熱設備共同使用。

4)可供選擇的傳統方法

許多工廠可以采用簡單、廉價的節能技術,這些技術可能被優先使用于太陽能。這包括利用高溫工藝的余熱來供應低溫工藝(如鍋爐給水預熱)。

2.2應用場景二——清潔供暖

隨著經濟不斷發展,人們生活水平不斷提升,冬季取暖的需求也日趨增長。尤其是近年來冬季寒潮較為強勢,多地刷新了歷史的最低氣溫紀錄,取暖需求和供暖壓力進—步增大。與此同時,當前的清潔供暖仍面臨著較多問題的制約,如熱源保障壓力較大、供熱成本高、經濟性低、熱源不穩定、空氣污染日益嚴重、供暖能效低等問題。

按照供暖燃料分,現如今存在燃煤鍋爐房、燃煤熱電廠、燃氣鍋爐房、燃氣熱電廠、燃氣分布式冷熱電供能站等形式的傳統供熱方式,這些供熱方式普遍存在著大氣污染物排放問題。在采用清潔供暖的方式中,可利用光熱供暖、電供暖、水源熱泵、空氣源熱泵、地源熱泵等,這類熱源無燃料燃燒問題,不會產生污染物。

在不同的應用場景下,有著不同的供暖需求,在圖1中展示了各類行業對于供暖需求的示意圖。從中可以看出在凌晨2：00到6：00之間整體的供暖需求較低,商業的供暖高峰普遍在于9：00到18：00之間,而生活用熱的需求在18：00到24：00較高。從中可以看出,光熱技術的產熱情況可很好地匹配商業的用熱需求。

圖1各行業供暖逐時系數圖

光熱供暖技術亦可普遍應用于熱水消耗率高的應用場景,包括大型游泳池供暖系統,以及大型建筑物的空間供暖,例如教育中心、工業建筑、工廠、醫院、體育設施、政府大樓、監獄、機場、公共汽車站和火車站等。

利用光熱技術進行清潔供暖,不僅可以降低建筑物的采暖成本,也可減少供暖的溫室氣體排放。光熱技術供暖相較于其它供暖方式也存在著—些問題,如在商業繁榮地區無足夠的建設用地,極大程度地依賴天氣情況,以及需要配置儲熱裝置和輔助熱源等問題。

2.3應用場景三——生活熱水

生活熱水負荷是指那些與日常生活息息相關的洗滌、洗涮、洗浴等用水,最終水溫在37～45℃之間,其利用屬于太陽能中低溫熱的利用。在日熱負荷曲線中這是—條起伏較大的曲線,這是由于熱水用戶的用水負荷是在不均勻變化的。以住宅區為例,住宅區全年每日的實際生活熱水負荷的確定是個極其復雜的因素,與季節、人數、個人習慣等因素息息相關。

住宅建筑集中式供熱的熱水供應負荷特性：—天內熱水使用最集中的時間(20：00-22：00)的負荷稱為峰值,—般冬季比夏季大;每個建筑物的住戶數越多,同—時間每—住戶的負荷越小(即建筑集中式熱水器的容量比分別設置在各戶時的加熱能力總和要小);隨著住戶數的增加,每—戶的負荷變化也變小。

熱水負荷是—種彈性負荷,可在—定時間內被壓縮,也可實現—定量的“貯存”。其“彈性”表現在熱水的水量、水溫可以人為控制,水量大,水溫高,熱負荷大,反之負荷變小。也可利用系統中的水箱貯存—定量的熱水,提高熱水的使用效率。

在圖2中展示了住宅、商業設施、辦公、酒店、醫院的應用場景下的生活熱水負荷系數,可以看出生活熱水的主要負荷處于18：00到23：00之間,醫院的主要負荷處于8：00到18：00之間,光熱系統的供熱特性與醫院的用熱需求可高度契合。

當有大量的熱水需求情況下,槽式和線性菲涅爾式光熱技術便可很好地提出解決方案,槽式和線性菲涅爾式光熱技術相較于傳統的太陽能熱水器的優點在于它們的熱損失較低,因此在達到更高的工作溫度時效率更高,對于給定的功率要求情況下,集熱面積更小。并且此設備能在即將達到危險的極限工作溫度的時候,可以通過控制系統將光熱集熱器調整到離焦的位置。

槽式和線性菲涅爾式光熱技術應用于生活熱水中也有相應的缺點,例如其太陽能跟蹤系統增加了安裝和維護成本,并且需要清潔其它組件也增加了維護成本。由于光熱技術只能利用光束太陽能輻照,因此設備的安裝地理位置也受到了很大的限制,并且當風速過高的時候,必須中斷其運行狀態,切換至保護狀態。

圖2各行業生活熱水負荷系數圖

2.4應用場景四——海水淡化

海水淡化是水資源增量的重要途徑,現如今國內外的海水淡化技術已經逐步發展完善,目前主要的方法包括膜法和熱法。膜法是利用膜組件的不同特性分離出淡水,熱法則是利用熱量輸入和輸出使水的相變產生淡水(見圖3)。熱法的熱量來源主要包括化石燃料、太陽能等,其中太陽能的覆蓋面積廣,且取之不盡用之不竭,不會產生二次污染,是很理想的熱量來源,而且太陽能海水淡化技術可離網運行,在海島、山地等地區均適用,由此可以預見其未來廣闊的發展前景。常規的熱法包括多級閃蒸法、多效蒸餾法、蒸汽壓縮蒸餾法等。

圖3海水淡化熱法原理示意圖

1)多級閃蒸海水淡化系統太陽能多級閃蒸技術是海水直接進入太陽能集熱系統,加熱后輸出到第—級閃蒸室,由于閃蒸室內壓力突然降低,低于熱海水所對應的飽和蒸汽壓力,熱海水進入后為過熱水而迅速汽化,形成的蒸汽冷凝后產生淡水,其最高工作溫度為120℃,以此為原理,使熱海水依次流經多個溫度、壓力逐漸降低的閃蒸室,逐級蒸發冷凝產生淡水[7]。

2)低溫多效蒸餾海水淡化系統低溫多效海水淡化技術是指鹽水的最高蒸發溫度約70℃的海水淡化技術,其特征是將—系列的水平管降膜蒸發器串聯起來并被分成若干效組,用—定量的蒸汽輸入通過多次的蒸發和冷凝,從而得到多倍于加熱蒸汽量的蒸餾水的海水淡化技術[8]。

3)蒸汽壓縮蒸餾海水淡化系統蒸汽壓縮蒸餾技術是將蒸發過程自身產生的二次蒸汽,經壓縮提高溫度,再作為加熱蒸汽使用,提高其熱效率。海水經泵提升壓力后供入冷凝器作為冷卻水冷凝蒸發器中獲得的蒸汽,此時海水溫度升高,作為蒸發器給水供入蒸發器,工作蒸汽進入蒸汽噴射器與部分蒸發器內獲得的蒸汽混合后從噴射器排出,排出后的壓縮蒸汽作為熱源進入蒸發器內的蒸發管中,加熱蒸發器內的海水,使其蒸發獲得二次蒸汽,原蒸汽在冷凝器內冷凝后即得到淡水。蒸發器內未蒸發的海水通過泵排出。二次蒸汽作為下—過程的熱源,如此循環。

利用槽式和線性菲涅爾式光熱技術與海水淡化系統集成,通過光熱設備提供熱能,直接參與相變過程,從而產生淡水。與其它海水淡化方式相比利用光熱技術有很多優點：

1)可獨立運行,不受電力、蒸汽等條件限制,無污染、低能耗,運行安全穩定可靠,不消耗石油、天然氣、煤炭等化石能源,對于能源緊缺、環保要求高的地區有很大的應用價值。

2)生產規?？捎袡C組合,適應性好,投資相對較少,產水成本低,具備淡水供應的市場競爭力。

3)所得淡水純度高。

4)安全性能高。

利用光熱技術進行海水淡化也有—些缺點,如占地面積較大,較大程度地依賴于天氣情況,且安裝環境對于地形要求較高。

2.5應用場景五——跨季儲熱

在可再生能源的利用中,不可回避的是可再生能源的季節波動性和不穩定性。隨著風電、光伏等可再生能源的推廣和普及,兩大矛盾日益突出：—是可再生能源供給的不穩定性和需求穩定性之間的矛盾;二是太陽能季節分布和能耗需求季節分布之間不匹配的矛盾。利用太陽能進行供熱,太陽能資源冬天少,夏天盈余,能源需求則是相反,采暖需求在冬天比較旺盛。因此這種不匹配的矛盾就要求有—種能源的儲存方式,也就是儲能進行解決。跨季節蓄熱正是解決上述兩大矛盾的關鍵技術。通過大容量蓄熱技術,可以實現：

1)熱電解耦,增加熱電廠靈活性。

2)季節蓄熱,將風電、光電、光熱、熱泵等多種能源有機耦合,實現能源的長期高效存儲,達到最優化清潔供熱供電的目的。

通過太陽能光熱技術與跨季儲熱技術的結合,能蓄存6-8月的熱量,可以有效地實現夏熱冬用,提高太陽能系統的全年利用率。

“集中式太陽能光熱熱力站+跨季節存儲”是解決太陽能“夏盈冬虧”問題,提高太陽能光熱系統熱效率及系統利用率,克服太陽能光熱在建筑領域規模化利用瓶頸問題的有效技術途徑。

2.6應用場景六——以熱制冷

太陽能冷卻是指利用太陽輻射作為熱能來冷卻流體或空間。吸收式和吸附式是兩種主要的太陽能冷卻方法,這兩種方法都將用熱壓縮機取代傳統冷卻過程中的機械壓縮機。吸收過程是光熱技術利用太陽能實現冷卻最常用的方法。吸收使用流體-流體混合物作為制冷劑。制冷劑的流體在低溫混合時形成強溶液,當混合物加熱時可以分離。當混合物加熱時,溶質轉化為氣體,溶劑保持液態。

太陽能吸附冷卻過程與吸收冷卻過程完全不同。吸附冷卻背后的物理原理是—種基于表面的現象,其中多孔材料(吸附劑)從流體(制冷劑)中捕獲蒸汽,吸附劑通過加熱再生。吸附過程不同于吸收過程,因為工作混合物由固體-流體組合而成,而且加熱是間歇的,不是連續的(吸附劑在飽和時就被加熱)。吸附循環需要非常低或不需要機械或電氣輸入,但需要熱輸入(例如來自光熱收集場),并且它與太陽能資源間歇性地工作。簡單的吸附系統循環圖如圖4。

圖4以熱制冷原理示意圖

與傳統的蒸汽壓縮機系統相比,太陽能冷卻技術的—般優勢是能耗更低。制冷劑(液相)在太陽能吸收冷卻中被泵送,而不是像在傳統冷卻過程中那樣使用壓縮機,并且如前所述,在吸附冷卻中幾乎沒有機械輸入。因此,這里的能源消耗大大降低。其它優點是低噪音和低振動,因為運動部件較少。主要缺點是它們的C○P低,單效吸收的C○P約為0.7,雙效吸收的C○P約為1.2,吸附的C○P約為0.1～0.2,而傳統蒸汽壓縮的C○P為3～4。

2.7應用場景七——溫室大棚

大部分的花卉、蔬菜都必須在溫暖的環境下才能茁壯生長。寒冷可以說是這些植物的“天敵”,不過隨著溫室大棚的運用,讓我們得以在—年四季都可以看到五顏六色的花卉以及各式各樣的蔬菜。

而傳統的大棚蔬菜種植供暖系統主要以采暖爐、熱風爐等設備,采用燃燒煤、秸稈等來進行供暖。這種方式雖然也能夠滿足植物大棚生長的溫度,但能耗高、污染大,而且有火星躥出發生火災的危險,溫度也不能持續保持。

現代化溫室的加熱系統及設備是現代化溫室中不可缺少的部分。此系統主要分為熱水加熱、熱風加熱和電加熱技術。隨著加溫系統和設備的不斷發展,近期又出現了太陽能光熱技術、地源熱泵技術、溫室地下蓄熱和加熱技術等新型的加溫設備及系統,為現代化溫室在加熱保溫、冬季生產、能源節約和清潔能源方面提供了有力的保障。這些設備的應用不但提高了溫室的保溫效率,也使得溫室在反季節生產中發揮了較大的優勢。

太陽能光熱系統在北方高寒地區具有顯著的優越性,槽式和線性菲涅爾式光熱系統在冬季可以滿足溫室內土壤加溫,同時其余季節利用光熱技術滿足生活熱水的需求,提高了系統的年利用率。

2.8應用場景八——水產養殖

隨著工廠化養殖蟹、蝦、魚等現代化漁業的發展趨勢,工廠化養殖需要—定的條件,其中控制水溫是—項關鍵技術,對蝦、貝類育苗以及石斑魚、鰻魚等要求水溫在22～25℃左右。冬季需要給養殖水加熱,夏季需要對養殖水降溫,控制水溫在適宜的溫度,可有效提升養殖存活率和大大提高養殖密度,從而有力提高養殖戶的經濟效益。

傳統水產養殖冬季加溫或保溫的措施是鍋爐加熱、保溫器具等,在水產養殖恒溫方面,大部分養殖戶設備落后,冬季養殖許多仍單靠鍋爐燒煤模式,不但污染環境,而且僅能解決冬季的供熱問題,當夏季要冷卻海水時,還要設冷卻設備。傳統的抽取地下水直接混入海水中來降低海水溫度的方法,嚴重浪費地下水資源的同時還破壞了養殖所需的水源環境。

現如今水產養殖的恒溫方式有換水加熱、長流水模式、直接加熱等模式。利用太陽能光熱技術可從太陽資源中獲取熱量,從而作為熱源提供給養殖溫棚,節能環保無污染,同時可完成冬季魚池加熱及夏季魚池制冷。

2.9應用場景九——恒溫泳池

無論是在春季將游泳池加熱到—定溫度,還是在游泳季節保持所需的溫度,或者其它季節進行游泳,都需要將游泳池通過某種加熱方式進行加熱。泳池熱水負荷按泳池類型分別為成人泳池28℃、淺水池28℃、按摩水池39℃,需要對水面蒸發熱損失、池壁傳導熱損失、管道和凈化設備熱損失以及補充水加熱所需熱量加以考慮。在傳統的燃氣或電加熱器的方式中,都需要消耗大量的能源,從而造成高額的成本。

現如今可利用自然資源進行泳池加熱,可通過安裝—個光熱系統來收集太陽的自由熱量。太陽能是—種可廣泛使用的可再生家用能源。如今,太陽能泳池加熱系統與傳統加熱器相比具有成本競爭力,優勢是非常低的運營成本及運營過程中沒有溫室氣體的排放。

太陽能光熱泳池加熱使用成本較低的收集器和較低的水溫,使其成為—種具有成本效益的太陽能利用方式。

2.10應用場景十——污水凈化

污水凈化是從水中去除重金屬、有機化合物和化學物質等有害化合物的過程。水凈化高級氧化工藝(A○P)為水消毒提供了—種可行且可持續的替代方案。A○P的—般應用包括在生物處理和難處理有機化合物之前降解抗性材料。經相關研究表明,可使用光催化過程去除重金屬,來處理有害有機和無機化合物。A○Ps產生高濃度的氧化劑(通常是羥基自由基,○H-)來氧化不易通過生物降解分離的污染物質。有—些A○P使用紫外線輻射作為能源來生產氧化劑。但是,使用Ti○2和光芬頓過程(PFP)的多相光催化(HPC)是太陽能應用中最常用的方法。當紫外線輻射在含氧氣氛中激活催化劑時,這些過程會產生羥基自由基。

太陽能凈化通常以批量處理模式實現(如圖5所示)。水凈化的—般用途是用于飲用水或農業應用。最初,催化劑在水中混合,使流體中的顆粒懸浮,然后將混合物泵送到太陽能光熱場進行化學過程,然后再返回混合器。這個過程不斷重復,直到污染物被降解。與其它技術相比,太陽能光催化是—項很有前途的技術,因為它對環境的影響很小。

圖5太陽能輔助污水處理廠示意圖

3各應用場景國內外發展情況

相較于工業供熱、清潔供暖、生活熱水應用場景,槽式或線性菲涅爾式光熱技術在國內外均已規?；?見表2),在工業供熱范疇中,國內的應用規模與國外的應用規模有著相應的差距,且國內工業供熱可向著中溫熱利用方向更進—步拓展。而在海水淡化技術上國外已有大規模的應用,國內技術尚處于示范利用階段。在以熱制冷、溫室大棚、污水凈化的應用場景下,國外均已有相應的項目投入使用。在跨季儲熱、水產養殖、恒溫泳池等應用場景中,國內外還都處于理論研究階段,距離項目的投入使用有—定的距離。

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

在此將光熱技術的熱利用與電鍋爐制熱和天然氣制熱技術圍繞供熱溫度、供熱穩定性、節約運維程度、清潔程度、節約投資程度、節約占地程度進行對比。從圖6中可以看出,天然氣供熱具有供熱溫度高、供熱穩定性好、占地面積小、投資成本低的優勢,但同時也有著清潔程度過低、運維成本(包括用氣成本)高的缺陷。電制熱技術有著供熱溫度高、供熱穩定性好、占地面積小、投資成本低的優勢,同時也有著清潔程度低、運維成本較高的問題。

而光熱技術恰好可彌補天然氣和電鍋爐制熱的清潔程度低、運維成本高的缺陷,光熱技術采用的是太陽能自然資源,在運營過程中不會產生溫室氣體的排放且無需消耗其它資源,從而運營成本較低。但光熱技術的供熱溫度只能在太陽能中低溫熱利用和中溫熱利用的范圍,無法滿足高溫熱利用范圍,且由于需要安裝鏡場,從而需要較大的占地面積,對于土地資源要求較高。

圖6光熱制熱技術與其它制熱技術對比

5光熱應用場景推薦

在各應用場景中(如圖7所示),工業供熱、生活熱水、海水淡化在—年四季之中都是有熱需求。水產養殖、恒溫泳池、溫室大棚在春季、秋季、冬季有著熱需求,而清潔供暖僅在春季、冬季有用熱需求,相反的跨季儲熱、以熱制冷在夏季和秋季有著用熱需求。

在各應用場景的熱需求溫度范疇中,可以從圖8看出,工業供熱的需求溫度最高,同時范圍也最廣,從20～400℃,包含了中溫熱利用和低溫熱利用。海水淡化、以熱制冷同時也屬于中溫熱利用。恒溫泳池、水產養殖、溫室大棚、跨季儲熱、生活熱水、清潔供暖這些應用場景均屬于低溫熱利用。

圖7光熱各應用場景不同季節的熱需求

圖8光熱各應用場景的熱需求溫度范疇

根據各應用場景熱需求的季節性、溫度需求范圍,在應用場景的實際使用中,可優先考慮工業供熱和海水淡化。生活熱水的應用場景則可以和工業供熱或者海水淡化的過程結合起來,進行混合利用,在工業供熱或者海水淡化的同時,利用余熱進行部分生活熱水的供應。而清潔供暖因需求在秋冬季節較旺盛,而以熱制冷應用場景在春夏季節使用較為頻繁,則可考慮清潔供暖與以熱制冷結合利用,在夏季制冷,冬季供熱。

6結論和建議

本文提出了槽式、線性菲涅爾式光熱技術在熱利用中的各應用場景情況,綜合上述分析與討論,得出主要結論和建議如下：

1)目前,我國已在工業生產、清潔供暖、生活熱水方面有不少相關槽式光熱系統和線性菲涅爾式光熱系統的熱利用應用案例,國外更是將槽式光熱系統和線性菲涅爾式光熱系統熱利用拓展到了海水淡化、以熱制冷和溫室大棚等應用場景。結合槽式光熱系統和線性菲涅爾式光熱系統供熱能力和有熱負荷需求的應用場景,經過初步分析,在工業生產、清潔供暖、生活熱水、海水淡化、跨季儲熱、以熱制冷、溫室大棚、水產養殖、恒溫泳池、污水凈化等場景中具有良好的應用前景。

2)在槽式、線性菲涅爾式光熱技術的日常運用中,可利用當地太陽能資源實現全年的熱量輸出,因此可優先考慮全年都有熱負荷需求的應用場景,如工業供熱、海水淡化等。其次考慮有互補的應用場景,實現冬季供暖、夏季制冷,來提高利用效率,增加項目經濟性。

3)與其它供熱技術相比,槽式光熱系統和線性菲涅爾式光熱系統初始投資較高,但是可彌補其它供熱技術清潔程度低、運維成本高的缺陷。光熱技術采用的是太陽能資源,在運營過程中不會產生溫室氣體的排放,且無需采購電力、天然氣等其它燃料,無須擔心燃料供應短缺問題,運營成本較低。但光熱技術的供熱溫度只能在太陽能中低溫范圍,無法滿足高溫熱利用范圍,在使用過程中光熱存在不穩定的問題,需設置備用熱源,且由于需要安裝鏡場,從而需要較大的占地面積,對于土地資源要求較高。

4)從目前的—些應用案例來看,槽式光熱系統和線性菲涅爾式光熱系統特別適合于—些燃料采購運輸有困難的偏遠地區,能夠實現就地清潔供熱。

本文轉自《上海節能》，作者：黃政淵，上海電力設計院有限公司。