目前我國太陽能熱利用主要集中在采暖、熱水,在工業領域的發展較為緩慢,而歐美發達國家恰恰是工業領域的應用占比最高。而值得注意的是,太陽能熱利用企業在深耕國內市場的同時,應更多關注“一帶一路”沿線等海外市場。目前包括印度、斯里蘭卡以及非洲等發展中國家的工業熱利用競爭并不非常激烈,且當地工業發展緩慢的主要障礙就是能源問題,熱水價格也非常高,這對于太陽能熱利用企業來說都是非常大的商機。
政府也明確給于了發展意見:依托國家能源外交,在雙邊和多邊政府合作框架下,結合“一帶一路”中巴經濟走廊、孟中印緬經濟走廊、中亞、中阿能源合作等雙邊或多邊能源政府合作機制,持續加強太陽能光伏發電、熱利用產業國際市場規劃合作,引導重大國際項目開發建設,形成國際化市場發展。
目前,國內積極拓展海外市場的太陽能熱利用企業目前已并不罕見。浙江、山東多家太陽能熱利用企業都已將自有產品成功出口到南非、印度、埃及、越南等國家,且出口量不斷提升,這些實例都為我國太陽能熱利用行業參與“一帶一路”戰略的實施提供了有益的啟示。
太陽能熱水技術早在一個世紀之前就面世了,然而它并沒有像后來的光伏電池板發電技術那樣引人注目。然而近年來,太陽能熱水器的使用范圍越來越大,為全世界各國節省了大量能源。它被用來加熱水體,為家庭、農場、工廠提供了大量熱水,它也可以用來加熱空氣,為工廠輸送干燥物品的熱空氣。
太陽能加熱器雖然沒有像光伏發電一樣風光無限,但是它也是一個巨大的產業,其市場規模在近一兩年正以兩位數的速度快速發展。
太陽能熱水器可節省15%的能源費用
從美國《紐約時報》的報道中可以看到: 生產牛奶和奶酪時,農場需要大量的奶牛和青草,同時也需要巨量的熱水沖刷牛奶生產線和其他設備。
澳大利亞塔斯馬尼亞的國王島上有不少農場,每天都要消耗大量的熱水。奶農們最近很高興,因為工人正在他們的屋頂上安裝太陽能熱水器。澳大利亞陽光強烈,這些熱水器將派上大用場,使奶農的熱水成本大幅下降。
國王島農協會負責人特洛伊•史密斯估計,使用了太陽能熱水器之后,奶農們的能源使用成本將下降10%-15%。國王島居民Ron Muller稱,第一個月使用了太陽能加熱器之后,他節省了30%的能源費用。
塔斯曼尼亞地方政府專門撥款,鼓勵奶農安裝太陽能熱水器,奶農自己只需支付屋頂和電力改造的相關的費用。
各國太陽能加熱器使用成本不同
美國的天然氣價格很低廉,人們不擔心熱水成本會高居不下,在這種情況下,太陽能熱水器的安裝率就比一般國家更低。不過,美國人會使用太陽能集熱器來加熱泳池水,而在世界上其他國家里,人們主要在家庭中使用太陽能集熱器。
國際能源機構(International Energy Agency)稱,2011年至2012年期間,太陽能集熱器市場增長了10%——這是該機構的最新數據,其中包括了少量的加熱空氣的太陽能集熱器。
在很多發展中國家,能源價格高居不下,而經濟收入卻更低,因此對太陽能集熱器技術持著更加歡迎的態度。
縱觀這個世界,中國是太陽能熱水器行業的最大引領者。 在中國,太陽能熱水器的安裝費用相對低廉。馬賽諸塞州技術學院能源工程教授陳剛(音譯)稱,在中國安裝一個屋頂太陽能熱水器的價格差不多只要300美元左右。
然而,在中國廣泛使用的太陽能加熱系統不能承受壓力,這意味著在集熱器旁邊必須搭配一個笨重的水箱。但是在美國使用的是承壓型太陽能加熱器,質量要好很多,不過,美國一個普通家庭安裝一套這樣的設備必須花費4000至50000美元。
國際能源機構稱,就太陽能熱水器的人均安裝率而言,塞浦路斯領先,然后依次是奧地利、以色列、巴巴多斯等。塞浦路斯10戶家庭中有9戶安裝了太陽能熱水器。為了鼓勵居民使用這一設備,政府包攬了30%的設備購買和安裝費。
在奧地利,居民總是砍伐森林并依靠燃燒木材來燒水,這是一個沿襲很久的老傳統。為此,奧地利政府也采取了各種激勵措施,鼓勵民眾使用太陽能加熱器。在德國和瑞典,很多地方安裝了大型的太陽能加熱器,為整個社區提供熱水。
然而,像英國和愛爾蘭之類的國家,太陽能熱水器的安裝費用很高。其安裝標準嚴格,比如要求將熱水系統與建筑物的原有管道融為一體,這大大增加了安裝成本。
太陽能熱水器設備和零件的生產往往分散到世界各地,主要集中在生產成本更低的地方。比如,澳大利亞太陽能熱水器公司Apricus在全世界各地設有很多辦公室,但是它的工廠設立在中國南京。另外,像以色列、塞浦路斯、奧地利等小國家,往往活躍著產能強大的太陽能熱水器工廠。
陳剛教授稱,太陽能熱水技術水平在不同國家差異很大,不過,這一技術還在不斷改進中,包括降低成本(比如安裝起來更便捷)、提高能效等。
此外,太陽能熱水器的用途不斷多樣化。除了在家庭使用之外,一些企業用戶如釀酒廠、食品工廠等,也需要大量的熱水,因此它們也將目光投向了這一技術。另外一個用途就是利用太陽能集熱器加熱空氣,這些空氣將被用于商業用途,比如用來干燥西紅柿。
國內的多種常見的太陽能應用
一、集中熱水供應
集體熱水系統,是指集熱器集中放置,設置滿足需求容量的大型儲熱水箱,控制系統、循環裝置及其他輔助設備放置在設備間或樓頂。
工作原理:集中放置的集熱器接受太陽照射溫度升高,系統控制裝置控制系統循環裝置啟動,將儲熱水箱底部的低溫水頂入集熱器將集熱器中高溫的熱水頂入儲熱水箱,通過往復循環,加熱儲熱水箱中的水。熱水供應采用落水式或強制式,可以實現定時供水和恒溫供水等功能。太陽能系統與常規能源(電或燃氣等)結合實現全天候熱水供應。
二、太陽能采暖
太陽能采暖是一種全新的方式,一般可用于住宅、辦公樓、集體宿舍等建筑的供暖。只要具備系統所需必要的水壓、結構承重、必備設備用電等安裝條件即可安裝。系統可以與多種輔助熱源結合,如電鍋爐、燃氣鍋爐、燃煤鍋爐等。
太陽能采暖優點
1)清潔能源、解決了傳統采暖的污染問題;
2)運行費用相對較低;
3)系統安全系數高
4)對于南方地區,冬季陰冷,有采暖需求,但室外溫度相對北方較高,采暖量并不大,是非常不錯的選擇
5)單戶采暖系統施工方便,沒有市政供暖或者打算獨立供暖可以選用的獨立系統
6)可與太陽能洗浴用熱水系統、游泳池等多種家用熱水需求結合,設計整套熱水解決方案。
三、太陽能制冷
利用太陽能轉換成的熱能,不僅可以提供熱水和采暖,還可以提供制冷。太陽能制冷極具優勢:夏季太陽輻射越強、天氣越熱,建筑負荷越大,太陽能制冷系統的制冷效果越好,同時還節省了對常規能源的消耗,符合節能和環保的要求。
1) 采用高效太陽能系統與空氣源熱泵復合的綠色能源,作為家用供熱制冷的能量來源,在節約大量常規能源消耗的同時,實現了陽光-空氣-水的綠色生態宜居住宅環境。
2) 冬季,太陽能和空氣源熱泵復合系統為建筑提供采暖及生活熱水,太陽能承擔少量的熱負荷;
3) 夏季,空氣源熱泵機組用作水冷式空調系統,作為戶式中央空調系統使用;
4) 全年生活熱水由太陽能系統提供。
5) 系統主要包括空氣源熱泵室外機(主機)、室內機(換熱器、緩存水箱、循環泵)、太陽能集熱器(陽臺式)、儲熱/生活熱水水箱、風機盤管、地暖盤管等部分。
四、太陽能沼氣加熱
沼氣來源豐富,成本低廉,無論發達國家還是在發展中國家均得到高度重視。但沼氣的獲取,需要發酵,而發酵需要有適合的溫度,目前來說,沼氣發酵溫度是限制沼氣產氣量的重要原因。太陽能沼氣加熱系統,很好的解決了,沼氣池在寒冷冬季,或氣溫低時,沼氣的產氣率低、綜合效益差的問題。
太陽能沼氣加熱系統,主要是利用太陽能熱水器吸收太陽熱量提高水溫,通過水循環,加熱沼液,從而提高冬季沼氣池產氣溫度,利于產氣。系統如上圖所示,主要包括:水壓式保溫沼氣池(8m3)、太陽能熱水系統、控制柜和數據采集模塊、位于沼氣池內的加熱盤管與攪拌裝置、電加熱帶、沼氣包、循環水泵、氣表、脫硫器以及水管路配件和溫度傳感器等。
五、太陽能油田/氣田加熱系統
我國的原油凝點普遍較高,粘度大,常溫下流動性差,因此從油井出油后的運輸過程中必須進行加熱與保溫。從各個單井口的油匯集到地面站計量后,在送達下一站的過程中,通過使用太陽能油田系統,對原油進行加熱,加熱溫度至50℃-60℃,就可以保證原油良好的流動性,提高原油的輸出量。
由于,太陽能油田(氣田)系統,是將太陽能轉化為低溫熱能,不存在明火、高溫、漏電等可能引發問題的因素,是目前油田(氣田)輔助加熱的首要選擇。
工作原理
在正常太陽能輻射條件下,蓄熱水箱的熱水進入換熱器中,進入換熱器的熱水與原油換熱后進入集熱器中,經集熱器加熱后再進入蓄熱水箱,如此循環,不斷將原油加熱,保障原油原氣的流動性。