5月26日,由河北省太陽能利用行業協會、河北省光熱產業技術研究院、國際銅業協會、IMSIA國際金屬太陽能產業聯盟聯合舉辦的“2016中國河北第三屆可再生能源工農業利用峰會”在保定市電谷國際酒店隆重召開。上海交通大學代彥軍教授(由國際銅業協會、IMSIA國際金屬太陽能產業聯盟太陽能工農業應用研究工作組成員賀鵬代講)對太陽能工農業熱利用領域的調研做了介紹分析。
從去年開始上海交通大學太陽能發電與制冷工程研究中心便與國際金屬太陽能產業聯盟進行了一項有關太陽能工業領域的調研,今天我就將調研的結果向大家進行介紹。
這個圖顯示了我國從2006年到2013年的能源消費總量變化,可以看到在2013年工業能源消費達到了29.1億,占到了全國總能耗的70%,然而在相應的發達國家,工業能耗大概只有三分之一左右。據統計,工業能耗的50%到70%為加工用熱。其中,工業中低溫占到了45%以上。近年來,我國太陽能光熱行業取得了飛速的發展,到目前為止,我國集熱器流量已經超過了四億平方米,份額超過了全世界的80%。同時我國在全世界提供了最多的就業崗位,僅在供應商一端就提供了60萬個崗位,還有將近100個城市提出了太陽能熱水系統。然而我國光熱產業的發展目前主要集中在太陽能光熱建筑領域,太陽能在工農業領域的應用還不是很充分。
這個圖顯示了2013年全球新增太陽能集熱容量分布,我國占到了80%。工業領域用熱,大部分在80℃到180℃之間,屬于太陽能中低溫用熱,可以看到在食品、紡織、化工、造紙、木材等等行業,都可以利用太陽能來進行生產。
這張圖顯示的是全球不同地區,工業能耗占總能耗的比例,可以看出工業能耗還是占據了相當大的部分,不同地區工業能耗所占比例不同。
這個圖顯示的是全球太陽能工業熱利用集熱器裝機容量。
上圖顯示了太陽能工業熱利用項目在全球的分布。
這是全球太陽能工業熱利用項目的行業分布。我們可以發現食品行業是太陽能工業熱利用項目最多的行業,在食品加工業和紡織業,太陽能利用技術較為成熟,有一套相對比較成熟的流程。煙草業和木材加工整合業主要利用的是干燥技術,石油業運用太陽能的項目則非常少。
這個表格顯示的是全球擁有最大太陽能工業熱利用集熱器面積的國家。我國太陽能工業熱利用在2012年開始有了較為快速的發展,據估算到目前為止,至少應該已經達到20萬平方米。
介紹一下工業中利用太陽能的主要方式。首先是工業熱水。在工業生產當中,太陽能熱水系統可以為很多領域提供熱水,比如說產品烘干,生產預熱,主、被動采暖,熱電廠、冶金、發酵工業、制革、食品、造紙、石油化工等行業生產用水的預加熱處理等等。充分利用太陽能這種廉價的低溫熱源可以為眾多企業減少生產成本。
太陽能工業蒸汽系統,通過聚光集熱器自動跟蹤太陽并收集太陽能,從而產生高溫高壓蒸汽,為工業領域提供所需的熱能,屬于太陽能中高溫熱利用形式。可以替代傳統蒸汽鍋爐來供應蒸汽需求。全球首個可以應用于工業領域的屋頂式太陽能中高溫蒸汽系統于2011年5月在山東德州皇明中國太陽谷試機成功,該系統可提供100-250℃的工業用熱。力諾瑞特160℃太陽能中溫蒸汽系統,屬于160℃以下中溫蒸汽應用解決方案,利用太陽能生產中高溫蒸汽,專門針對工農業領域的熱能、熱水需求,以CPC中溫太陽能集熱器與蒸汽發生器結合產生160℃以下蒸汽。
太陽能干燥,太陽能干燥與傳統的干燥裝置來相比,其節能效果更明顯,同時運行費率也更低。
還有太陽能海水淡化技術,太陽能熱發電,以及太陽能養殖、太陽能溫室等等一些太陽能在工農業領域中應用的方式。
接下來這部分主要是對收集到的相關案例進行介紹。
大理卷煙廠太陽能干燥項目,它設計了2000平方米的熱管式全玻璃真空太陽能集熱器來提供熱水。
四川省煙草公司瀘州市分公司煙草育苗大棚水加溫工程,采用531㎡的真空管集熱器來集聚熱量,通過地埋管將熱量從地面傳遞到大棚內,滿足作物對地溫的要求。
樂泉食品公司工業鍋爐改造太陽能應用項目,總計321.6㎡的真空管集熱器,系統用水量按每天10噸設計,軟水熱水溫度設計為70℃。利用原有蒸汽鍋爐作為太陽能熱水系統的輔助加熱裝置生產需要的蒸汽。
佳士博食品有限公司太陽能熱利用項目,一期工程太陽能集熱面積總計為1450㎡。采用溫差循環,熱水儲熱溫度為75℃,儲熱水箱為60噸。熱水主要用于食品蒸煮車間。輔助熱源采用150℃蒸汽。通過遠程進行監控和熱計量。
另外還有寧夏太陽能熱泵枸杞干燥項目、海南香料干燥太陽能工程、青島天地薈食品干燥工程等等。
山東金號紡織工業園熱水工程,采用三腔全玻璃真空管式集熱器,共1250組,總計面積8583㎡,設計日用水量500噸,熱水溫度60℃。通過集熱系統將冷水進行預熱,循環系統將熱水送至儲熱系統,為染整車間提供所需織染熱水。
亞太特寬幅印染有限公司工業太陽能加熱系統項目,采用50000㎡的全玻璃真空管集熱器,與余熱回收系統結合使用,晴好天氣時每日提供5000噸60℃的熱水,供該廠主要的工業用水加熱需求。
臨沂慶元木業太陽能熱水系統項目,總集熱面積1440㎡,把水從10℃升溫至70℃后再進入鍋爐使用,產生高溫蒸汽用于木材烘干。每天提供60噸熱水。
蘇州艾德萬太陽能木材烘干系統,采用100㎡的串聯式集熱器,布置于廠房屋頂,設計供給溫度為100℃,可滿足400m³的烘干房對木材進行烘干。
上海羅氏制藥有限公司太陽能熱水系統工程,共將240㎡的真空直流熱管集熱器安裝于二層廠房屋面的鋼結構上面,傳熱介質為水/乙二醇,將地緣熱泵、太陽能、蒸汽三能源結合,為制藥工藝提供熱水,如清洗工具等。
昆明南疆制藥廠太陽能蒸汽項目,采用一套3800支工業級太陽能蒸汽管裝置產出的太陽能蒸汽,進入太陽能鍋爐調溫調壓后,通過蒸汽管道與工業鍋爐蒸汽并網運行。
還有在其他行業中的應用,如寧夏靈武智能型五連棟節能日光溫室太陽能工程、四川甘孜種植大棚太陽能與多能源互補采暖項目、海爾黃島電熱生產基地太陽能供熱系統、德州市污水處理廠太陽能污泥干化系統、上海造幣廠造幣工藝熱水太陽能系統等等。
最后一部分是太陽能工業前景分析。根據2013年國家統計局的數據進行測算,以煙草、食品加工、造紙、紡織、化工、木材加工、醫藥、塑料和橡膠這八個行業為主,可以看到,假設太陽能替代10%的熱力能耗,這八個行業就能減少4624萬噸標準煤,同時可以減排10377.2萬噸二氧化碳,需要的集熱器面積為28697.53萬平方米。
以2012年到2013年我國能源增長的速率來進行估算的話,從下圖可以看到從2013年到2020年我國工業總能耗的增長,以及太陽能替代10%熱力消耗的省煤量和二氧化碳減排量。可以看到其節能減排的效果非常巨大。
下圖顯示的是將太陽能在全部工業領域進行推廣,所需集熱面積的預測。
2014年我國發布了《中國可再生能源發展路線圖2050》,提出到2020年,要實現太陽能干燥、海水淡化和工農業用太陽能中溫熱水、蒸汽系統的優化設計,工農業熱需求的1.5%將會由太陽能來供應;在2020-2030年期間,基本實現太陽能干燥、海水淡化和工農業用太陽能中溫熱水、蒸汽系統的智能化運行,保持太陽能工農業熱利用系統的應用面積每年增長12%;在2030-2050年期間,全面實現太陽能干燥、海水淡化和工農業用太陽能中溫熱水、蒸汽系統的智能化運行,保持應用面積每年增長6%。從中遠期看,到2050年,太陽能中低溫熱利用在工農業領域有望發揮巨大節能減排作用。
這是我國太陽能工農業熱利用技術發展路線圖.
與此同時,我國也相繼推出一些利于太陽能工農業熱利用的利好政策。山東省出臺“工業綠動力”計劃,獎勵標準為日產熱水每噸補貼6000元,以推廣和使用綠色低碳新能源;發改委《重大節能技術與裝備產業化工程實施方案》,鼓勵采用太陽能工業熱利用系統,推動鍋爐房系統節能改造;《國家發展改革委辦公廳關于組織申報資源節約和環境保護2016年中央預算內投資備選項目的通知》,太陽能工業熱利用項目在享受中央補助的范圍之內;“十三五” 規劃指出,到2020年太陽能熱利用集熱面積保有量達到8億平方米(560GWth),年度總投資額約1000億元,工農業供熱應用示范項目集熱面積保有量1.5億平方米,建設一批工農業應用示范項目。通過以上種種,可以看出太陽能在我國工農業領域的應用具有非常巨大的潛力和廣闊的市場,謝謝大家。