日前印發的《河北省2018年冬季清潔取暖工作方案》稱，在全省試“光伏+”、“光熱+”0.85萬戶，預計投資3.4億元。

 

去年十部委印發的《北方地區冬季清潔取暖規劃（2017-2021）》要求，配合其他清潔供暖方式，到2021年，實現太陽能供暖面積目標5000萬平方米。

 

常見太陽能供暖系統主要由熱量提供部分（集熱器和輔助熱源）、儲熱蓄熱部分、熱量使用部分（采暖末端設備）與控制部分這四個部分組成。為提高集熱效率，降低系統成本，更加高效可靠的太陽能采暖系統往往重視集熱器和輔助熱源的選擇，并輔以蓄熱系統進行優化。

 

 

目前對太陽能供暖系統中集熱器的研究主要集中在集熱器的面積優化、在不同地區的最佳傾角和最佳安裝角度、供暖溫度對集熱器效率的影響等。

 

根據實際情況，不同項目對集熱器選擇不同。集熱器按照是否聚光分為兩大類，即非聚光集熱器與聚光集熱器。

 

圖：阿壩州人民醫院太陽能采暖項目（真空管集熱器）

 

平板集熱器與真空管集熱器常見于太陽能熱水+采暖系統，其結構簡單可靠，但容易結垢，嚴寒環境下易結冰。北方地區眾多辦公與住宅太陽能采暖項目均使用這兩種集熱器，例如北京就有諸多案例。

 

北京市太陽能辦公采暖應用——辦公項目

（來源：中國太陽能采暖現狀與趨勢分析報告）

 

北京市太陽能采暖項目——住宅應用

（來源：中國太陽能采暖現狀與趨勢分析報告）

 

聚光集熱器能將陽光會聚在面積較小的吸熱面上，可獲得較高溫度，但只能利用直射輻射，且需要跟蹤太陽。

 

目前在中溫熱利用領域，已有不少采用槽式聚光集熱器的太陽能采暖項目建成。

 

一個典型案例是，內蒙古旭宸新能源有限公司在包頭建成了10萬平方米的太陽能槽式光熱鏡場，可以滿足50萬平方米的供熱面積。該項目采用太陽能槽式聚光，通過導熱油輸送到地下的熱交換系統，經過油水換熱設備，把太陽能儲存在保溫水箱，加熱后的熱水直接輸送到用戶家中，實現全程零排放、零污染，經濟成本只有燃煤的四分之一，而且后期維護費用很少。

 

圖：內蒙古旭宸光熱供暖項目供熱的溫室

 

今年8月1日，成都博昱新能源有限公司（簡稱“博昱新能”）3400余平米高原型槽式集熱器開始裝車發往西藏，計劃在西藏阿里地區建設當地最大規模的槽式太陽能中溫熱利用項目，于今年十月投運。而在此前，博昱新能已在寧夏、陜西、西藏等多地建成槽式太陽能供暖項目。其產品可提供60攝氏度以上熱水到250攝氏度蒸汽的熱源，尤其適合太陽能資源好，電和燃氣供需不平衡或者傳統供熱成本過高的用戶。

 

圖：博昱西藏日喀則太陽能槽式中溫項目

 

在線性菲涅爾式集熱器利用方面，蘭州大成科技股份有限公司新區廠房提供了一個案例。經測算，其屋頂菲涅爾式系統在2017年共承擔2萬平米廠房供暖和7000㎡辦公、生活設施供暖需求，采用太陽能作為主要供熱能源，低谷電作為輔助能源，在一個供暖季整體運營費用低于60萬元，運營費用比燃煤供暖降低75%，較天然氣供暖降低80%以上，極大節省了公司供暖成本。

 

圖：蘭州大成屋頂菲涅耳太陽能供暖系統

 

太陽能是一種不穩定的能源，一個穩定的太陽能采暖系統通常有經濟可靠的輔助熱源。目前常用的輔助熱源有電加熱器、燃油鍋爐、燃氣鍋爐、燃煤鍋爐、生物質鍋爐、熱泵等。

 

今年初，河北省住房和城鄉建設廳下發了《河北省農村地區太陽能取暖試點實施方案》。目前，“光伏+”“光熱+”的取暖模式正在河北地區推廣。

 

“光伏+空氣源熱泵”取暖系統實現光伏電站、空氣能熱泵、能源管理平臺三者的適配組合，使用光伏電站作為空氣能熱泵的電能補充，空氣能熱泵通過空氣能、電能進行供暖，光伏電站將太陽能轉化為電能，補充空氣能熱泵所需的電力，能源管理平臺實現智能控制，提高能源利用效率，真正實現清潔取暖與能源投資的雙重目標。

 

從河北保定市阜平城南莊、雄安新區安新縣馬村兩個示范項目的試運行情況看，效果理想。以阜平縣城南莊的“光伏+空氣源熱泵”示范項目為例，面積為123.5平方米的農戶家中，安裝了功率為5.4千瓦的屋頂光伏電站，以及功率5千瓦的空氣源熱泵及地暖系統。合計每個采暖季每平方米的采暖成本為23.2元。在采暖期外，光伏電站生產的電能，還能賣給國家電網，享受國家政策補貼。年可發電14萬度，相當于節省標煤48噸，減排二氧化碳約125噸、氮氧化物0.7噸、二氧化硫1.1噸。

 

光熱+電輔供暖系統晴天時，主要采用室外太陽能集熱器模塊提供熱源采暖，夜間或白天溫度達不到供暖要求的溫度時，電輔系統自動加熱送暖，冬季室內溫度設計溫度時，電輔系統自動停止。

 

作為中關村產業園首批落戶雄安的12家高新技術企業之一，北京首航艾啟威節能技術股份有限公司在安新縣“太陽能光熱+電輔+儲熱”采暖案被評選為優秀典型案例。

 

該項目供熱側為單戶100㎡采暖，2018年3月建成，用熱側為單戶建筑面積100平方米，非節能建筑（房齡20年），末端為暖氣片。該項目將收集的熱水儲存在專利分層式結構儲水箱中，有效的將不同溫度的水分層儲存，降低熱損失。在太陽能儲熱量不足的前提下，以谷區低電價進行電輔助加熱蓄能，從而戶溫不低于18度的采暖需求，系統設置為全區和谷區兩種模式，滿足不同用電補貼政策。

 

該系統太陽能供暖比例約40%，自動調節保證室內溫度在18度以上。進水溫度不低于55度，回水溫度不低于45度。建設費用單位采暖面積260元/㎡（單戶），一個采暖季(120天)理論用電量約4000度，折合標準煤12.81kg/㎡。一個采暖季的運行費用不高于1500元。

 

利用太陽能進行供熱，需要克服太陽能周期性和不穩定的缺點，研究解決太陽能蓄熱技術，努力提高太陽能貢獻率，才能降低運行費用。

 

太陽能采暖蓄熱方式主要分為短期蓄熱和長期蓄熱。對應同一蓄熱系統形式，有兩種以上可選擇的蓄熱方式時，需要根據工程投資規模，當地的氣象、水文、土壤條件進行選擇。

 

短期蓄熱以天或周為蓄熱周期，其目的是為了維持一天（或一周）的熱能供需平衡。短期蓄熱主要有蓄熱水箱和相變蓄熱兩種。目前常用蓄熱方式為儲熱水箱和卵石蓄熱。儲熱水箱蓄熱時儲熱水箱的材質和構造強度應滿足要求，能夠滿足所貯存水的容積，并且與系統最高工作壓力相匹配，確保不滲，不漏；水箱應選擇耐腐蝕材料制作，并做內表面防腐處理；還要做好水箱的保溫。空氣蓄熱系統的蓄熱裝置通常采用卵石蓄熱堆，卵石蓄熱堆可水平或垂直放在箱內，卵石堆得熱分層可提高蓄熱性能，宜優先選用垂直方式。

 

長期蓄熱以季節或年為儲存周期，其目的是為了調節季節（或年）的熱量供需關系。長期蓄熱以季節蓄熱為主。跨季節太陽能蓄熱系統根據蓄熱系統分為：水箱蓄熱、埋管蓄熱、蓄水層蓄熱和礫石-水蓄熱。

 

河北經貿大學太陽能季節性蓄熱綜合利用項目是國內最大的商業化跨季節儲熱采暖及熱水綜合利用項目。該學項目與國外太陽能采暖的儲熱方式，如土壤儲熱、水池儲熱(地表之下)和一個整體大水罐儲熱、相變材料儲熱相比均不相同，采用228個大水箱進行跨季節儲熱。

 

圖：河北經貿河北經貿大學太陽能季節性蓄熱采暖及熱水應用綜合項目

 

該項目由四季沐歌太陽能總體設計，總投資7000余萬元，采用橫雙排全玻璃真空管集熱器1380組，鋪設在14個樓面(宿舍樓樓面)，共使用真空管6.9萬支，總計集熱面積1.16萬㎡，總儲熱容量2萬余噸，末端采用翅片式散熱器采暖，采暖面積為48萬㎡。在節能減排方面，以系統運行壽命15年計算，扣除非采暖季的熱能消耗，該項目可節電7006萬余度，節約標準煤近1萬噸。