太阳能中温规模利用

1、1太阳能中温集热器在工业节能太阳能中温集热器在工业节能和太阳能空调领域规模化应用和太阳能空调领域规模化应用关键技术研究关键技术研究上海交通大学上海交通大学 机械与动力工程学院机械与动力工程学院教育部太阳能发电与制冷工程研究中心教育部太阳能发电与制冷工程研究中心2内容提要 6 预期成果及效果 4 已有基础及组织方式 3 主要研究内容 2 总体目标5 资金投入需求 1 需求分析3国家需求开发可再生能源已成为紧开发可再生能源已成为紧迫的课题迫的课题国家能源局国家能源局7月月20日表示，日表示，新兴能源产业发展规划新兴能源产业发展规划将累将累计增加直接投资计增加直接投资5万亿元。万亿元。我国已有较好的

2、太阳能产我国已有较好的太阳能产业基础业基础 集热器年产量超过集热器年产量超过4200万万平米，占世界平米，占世界70以上；以上； 集热器安装保有量集热器安装保有量1.45亿亿平米，占世界平米，占世界80以上以上。我国太阳能热利用目前多数我国太阳能热利用目前多数仅用于生活热水仅用于生活热水4工业能耗占全国能耗的工业能耗占全国能耗的70%，并且逐年递增，并且逐年递增资料来源：中国国家统计局资料来源：中国国家统计局中国工业能耗现状52007年年 热力能耗占工业能耗的热力能耗占工业能耗的53% 电力能耗占工业能耗的电力能耗占工业能耗的47%工业电耗与热耗中国欧洲 热力能耗占工业能耗的热力能耗占工业能耗

3、的67% 电力能耗占工业能耗的电力能耗占工业能耗的33%6工业领域用热要求工业用热温度大部分在80 250 之间7国内外情况国内外情况我国太阳能热利用主要是太阳能热水系统，在我国工业领我国太阳能热利用主要是太阳能热水系统，在我国工业领域的应用则几乎是一片空白，除了常熟凯达印染厂、佛山域的应用则几乎是一片空白，除了常熟凯达印染厂、佛山佳利达纺织印染厂和浙江达利印染厂等几家公司外，少见佳利达纺织印染厂和浙江达利印染厂等几家公司外，少见报道。报道。在欧盟在欧盟25国，近期太阳能的热利用技术应用于工业加热过程的潜力国，近期太阳能的热利用技术应用于工业加热过程的潜力是是90112 GWth (1.28

4、1.60 亿亿 m2)，占工业用热总需求的，占工业用热总需求的2.5%欧洲太阳能工业加热应用领域资料来源：资料来源：IEA task33 solar heat for industrial heat8太阳能应用现状与潜力太阳能应用现状与潜力所选行业生产总值占工业生产总值23%行业企业个数总产值（亿元）造纸造纸8376837663256325纺织纺织27914279141873318733食品食品18140181401749617496烟草烟草15015037763776木材木材7852785235203520化工化工22981229812679826798塑料塑料153761537681208

5、120医药医药57485748636163619太阳能工业加热分析太阳能工业加热分析跟踪聚焦集热器非跟踪CPC集热器主要应用领域：主要应用领域：造纸，食品，烟草，木材，造纸，食品，烟草，木材，化工，医药，纺织，塑料等化工，医药，纺织，塑料等上述行业的能耗占工业总能耗大于22.7%10化工业福建三明化工厂纺织业浙江达利印染厂食品业上海格力高饼干厂烟草业云南烟草科学研究院上海卷烟厂粮食中央储备粮昆明直储库调研行业及单位11应用实例：浙江达利印染厂 集热器面积：集热器面积：1300013000 m2 m2 年节约蒸汽：年节约蒸汽：3600036000吨吨 蒸汽热价：蒸汽热价：130130元元/ /吨

6、吨 年节省费用：年节省费用：468468万万 一次投资：一次投资：14001400万元万元 投资回收期：投资回收期：3 3年年 CO2CO2减排量：减排量：47884788吨标煤吨标煤12粮食干燥粮食干燥干燥干燥热风热风40 太阳能粮食干燥中央储备粮昆明直属库如果采用自然通风方式，将玉米水分降低1%约需90h,采用太阳能加热通风方式后，降低1%的水分只需要30h左右，干燥时间仅为常规通风的1/3，从而可以得出：太阳能集热器的使用可以使干燥能耗干燥能耗降低降低2/3.13 上海江崎格力高饼干厂若使用太阳能供热若使用太阳能供热集热器面积：集热器面积：1000m2年节约电：年节约电：41.75万度万

7、度年节省费用：年节省费用：25.5万万一次投资：一次投资：120万万投资回收期：投资回收期：4.7年年14烟草干燥烟草干燥初烤初烤热空气热空气35-75复烤复烤 热空气热空气80-90云南烟草研究所当前的平均水平，烤当前的平均水平，烤1Kg烟需要消烟需要消耗耗1.53.2Kg标准煤。标准煤。2007年烟草年烟草的总能耗为的总能耗为230.2万吨标煤，其中万吨标煤，其中热力消耗热力消耗94.29万吨，若热力消耗万吨，若热力消耗10%由太阳能提供，则可节约由太阳能提供，则可节约9.43万吨，减热排万吨，减热排CO2 30.74万吨。万吨。15 福建三明化工厂从调查表中可以看出，从调查表中可以看出，

8、化工业用热品位要求比化工业用热品位要求比较高，用量也相当可观较高，用量也相当可观据国家统计局数据，近据国家统计局数据，近5年来，化工业的能耗均年来，化工业的能耗均占工业能耗的占工业能耗的14%以上以上168个行业太阳能工业加热节能潜力年份行业热力能耗（万吨标煤）太阳能替代10%省煤量（万吨标煤）所需集热器面器（万平方米）2007年烟草业94.299.43 90 2007年食品业1091.06109.11 1,042 2007年造纸业1723.68172.37 1,646 2007年纺织业5744.9574.49 5,485 2007年化工业16917.341691.73 16,151 2005

9、年木材业305.2430.52 291 2007年塑料业210.0521.00 200 2007年医药业548.7954.88 524 总计2542917应用潜力与社会效益应用潜力与社会效益集热器面积对比CO2减排量年产值对比：太阳能热水系统安装保有量；：指烟草业、食品加工业、造纸业、纺织业、化工业、木材加工业、塑料业、烟草业、食品加工业、造纸业、纺织业、化工业、木材加工业、塑料业、医药业医药业 八个典型行业，根据2007年年鉴，八个行业热能总消耗为2.26亿吨标煤，表中为太阳能替代热能消耗10折算成集热器面积计算结果；潜力潜力：若：若，则，则，以我，以我国最新国最新61亿吨亿吨CO2排放总量

10、为基础，减排量可达排放总量为基础，减排量可达5。1.45亿m22.5亿平米现状增加3千万吨8千7百万吨现状增加650亿1100亿现状增加18太阳能在工业领域应用前景预测19太阳能在工业领域应用前景预测太阳能在全部工业领域推广过程中所需集热器太阳能在全部工业领域推广过程中所需集热器面积预测（全部工业用热面积预测（全部工业用热10）20充分有效利用太阳能，则可能实现全年综合利用建筑能耗比例居住建筑能耗结构80%的建筑供能！21太阳能空调技术瓶颈太阳能空调技术瓶颈太阳能集热器太阳能集热器溴化锂吸收式空调88?夏季集热器热能制冷建筑空调建筑驱动热源温度要求：88夏季常规集热器集热温度6090难以小型化

11、！与普通集热器机组是太阳能空调技术亟需突破的瓶颈！22以往太阳能空调多以利用普通集热器夏季过剩热量（6090）为目的；效率不高（热力COP0.40.7， 太阳能COP =0.160.28)，在利用辅助热源时不具经济性，或者需要两套空调装置4吸附式（6090）固体除湿空调（5090）吸收式（88150）溶液除湿空调（5090）山东乳山九五太阳能空调23德国SORTECH 家用太阳能空调市场预测24新一代太阳能空调技术采用太阳能中温集热器采用双效溴化锂吸收制冷机， 热力COP=1.21.5; 太阳能COP=0.50.6!可以与燃气或燃油锅炉紧密高效结合！双效溴化锂吸收制冷机25太阳能冷冻制冰技术太

12、阳能冷冻制冰技术集热器吸附制冰机氨水吸收式热水驱动空调机（水冷）吸附制冰机26中温集热器用于太阳能空调利用中温太阳能集热器，则可进一步提高太阳能中温太阳能集热器，则可进一步提高太阳能空调效率，使得装置更加紧凑空调效率，使得装置更加紧凑。特别是与常规能源结合应用，从一次能源利用效与常规能源结合应用，从一次能源利用效率方面讲，具有和常规电空调相比拟的优越性率方面讲，具有和常规电空调相比拟的优越性实现一套太阳能空调与常规能源结合即可解决建一套太阳能空调与常规能源结合即可解决建筑空调采暖问题的难题筑空调采暖问题的难题，与低温热源驱动的太阳能空调相比，经济性改善，适用性也可进一步得到提高 商用空调的巨大

13、前景！272 2、总体目标、总体目标完成80C -250C的太阳能中温集热系统及单元技术的太阳能中温集热系统及单元技术研究和产业化工艺研究，并形成规模化示范。在利用不同工质的太阳能中温集热器、太阳能中温蓄热不同工质的太阳能中温集热器、太阳能中温蓄热介质，太阳能中温利用集成技术介质，太阳能中温利用集成技术方面取得突破。积极开展太阳能中温热利用在工农业生产和太阳能空调领域应用示范，加速产业化开发步伐，特别把太阳能集太阳能集热器逐步向蒸气发生（太阳能锅炉）、干燥、纺织印染热器逐步向蒸气发生（太阳能锅炉）、干燥、纺织印染等工业应用方向拓展和示范等工业应用方向拓展和示范。研究开发基于太阳能中温利用的太阳

14、能空调技术基于太阳能中温利用的太阳能空调技术，为太阳能中温热利用技术的实用化和产业化打下坚实的基础。283。研究内容研发高效率太阳能中温集热技术研发高效率太阳能中温集热技术研发太阳能中温蓄热介质研发太阳能中温蓄热介质 开发太阳能中温利用热源技术开发太阳能中温利用热源技术 太阳能中温集热器驱动的太阳能空调技术太阳能中温集热器驱动的太阳能空调技术 多能互补的太阳能中温利用集成技术及多参数耦多能互补的太阳能中温利用集成技术及多参数耦合优化合优化 29（1）高效率太阳能中温集热技术）高效率太阳能中温集热技术我国普及的太阳能集热器多用于生活热水，难以满足我国普及的太阳能集热器多用于生活热水，难以满足高温

15、位、工业化用能需求；高温位、工业化用能需求；现有聚焦集热技术（如槽式、塔式和碟式太阳能集热现有聚焦集热技术（如槽式、塔式和碟式太阳能集热方法）多用于太阳能热发电，温度集热温度方法）多用于太阳能热发电，温度集热温度300以以上，对吸收器和控制要求高；上，对吸收器和控制要求高；用于工业过程用热，初投资大、生产成本高、运行复用于工业过程用热，初投资大、生产成本高、运行复杂、能量利用过程不稳定；杂、能量利用过程不稳定；发展适应工业用热（发展适应工业用热（80250 ），适宜规模化、低），适宜规模化、低成本应用的集热装置和方法是重大需求。成本应用的集热装置和方法是重大需求。德国肖特公司（德国肖特公司（S

16、chott）和）和西门子公司（西门子公司（Siemens）的）的真空管式真空管式太阳能吸收器太阳能吸收器30太阳能高效经济中温集热器？一种基于一种基于黑腔辐射换黑腔辐射换热原理热原理的线聚焦的线聚焦腔体腔体式式太阳能吸收器太阳能吸收器如何根据如何根据辐射能量转换辐射能量转换和和传热学原理传热学原理构建构建性能可靠性能可靠稳定、具有经济性稳定、具有经济性的太阳的太阳能集热吸热装置？能集热吸热装置？312.高效太阳能储能(工业应用80250）热化学贮能热化学贮能：与传统显热贮能和相变潜热贮能相比，热化学贮能密度高，约为相变潜热贮能的25倍；同时实现太阳能的热量贮存和制冷冷量贮存 ，满足用户供热和制

17、冷需求 相变贮能相变贮能：蓄能密度高，价格相对适中；显热蓄存显热蓄存：石英砂，卵石等，成本低，适于推广；蒸发制冷量储液器储液器固/气化学反应器固/气化学反应器太阳能热能吸附热储液器储液器(a)太阳能热量贮存过程（解吸化学反应）(a)太阳能热量贮存过程（解吸化学反应）(b)太阳能冷量贮存过程（吸附化学反应）(b)太阳能冷量贮存过程（吸附化学反应）固/气化学反应器固/气化学反应器冷凝热相变蓄能材料显热蓄热器323. 太阳能中温利用热源技术太阳能中温利用热源技术太阳能用于工业加热，应用宽、范围广;需要针对具体工艺开发太阳能中温利用集成技术。如针对印染、皮革行业等工业蒸汽用户，重点需要研究太阳能蒸气锅

18、炉技术；针对茶叶、烟草和木材干燥，则需要重点解决高温干燥空气的产生和利用问题；针对建筑集成太阳能中温利用，重点需要研究解决非跟踪类太阳能中温集热器与建筑集成集热器模块化和热能应用问题 ;33太阳能锅炉34研究实现输出冷量品位多样性的同时保证能量的多效研究实现输出冷量品位多样性的同时保证能量的多效利用，提出多模式太阳能制冷，提高整体系统利用，提出多模式太阳能制冷，提高整体系统COP。重点突破全尺度双效溴化锂吸收制冷；重点突破全尺度双效溴化锂吸收制冷； 以及能适应以及能适应于变热源的双于变热源的双/单效自适应溴化锂吸收式制冷机单效自适应溴化锂吸收式制冷机4 4。太阳能中温集热器驱动的太阳能空调。太

19、阳能中温集热器驱动的太阳能空调制冷制冷空调空调冷冻冷冻热能热能100250工工业业加加热热355：多能互补的太阳能中温利用集成技术及多参数耦合优化 2010-4-272010-4-282010-4-302010-5-12010-5-20100200300400500辐射照度（W/m辐射照度（W/m2 2）日 期日 期2010-4-26问题问题：太阳能系统因太阳辐射间：太阳能系统因太阳辐射间歇性和天气原因，存在供能不连歇性和天气原因，存在供能不连续问题！续问题！太阳能集热；太阳能集热； 贮热（充热、放贮热（充热、放热）；热输出；冷输出；热变热）；热输出；冷输出；热变温输出；温输出；变负荷动态响应

20、匹配变负荷动态响应匹配特性；理论建模与实验研究！特性；理论建模与实验研究！36太阳能加热与工业节能太阳能加热与工业节能目前中温集热器中温集热器技术有了突破突破（槽式集热器、CPC集热器等）工业应用关键问题是解决供热可靠性和稳定性解决供热可靠性和稳定性，同时经济性经济性也是规模应用的重要指标 高效性高效性新型集热器技术 稳定性稳定性高效蓄热材料和蓄热技术，多能互补能源系统控制技术 经济性经济性降低成本、规模化37研究基础上海交大：太阳能空调，腔体吸收器，聚焦集热器。，太阳能工程研究中心，力诺合作清华大学：太阳能中温集热管；力诺：中温集热管生产皇明：槽式集热器吸热管镀膜关键技术北京欧科能：直流式吸收管；双良集团：太阳能吸附空调，吸收式空调。38力诺零