太阳能中温规模利用

热空气
热空气
35-75℃
80-90℃ 当前的平均水平，烤1Kg烟需要消 耗1.5~3.2Kg标准煤。2007年烟草 的总能耗为230.2万吨标煤，其中
热力消耗94.29万吨，若热力消耗
10%由太阳能提供，则可节约9.43 万吨，减热排CO2 30.74万吨。
14
福建三明化工厂
从调查表中可以看出，
化工业用热品位要求比 较高，用量也相当可观 据国家统计局数据，近5 年来，化工业的能耗均 占工业能耗的14%以上
• 利用中温太阳能集热器，则可进一步提高太阳能
空调效率，使得装置更加紧凑。
• 特别是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
• 实现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，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
夏季集热 器热能 制冷
建筑空调
>88℃?
驱动热源温度要求：>88℃ 难以小型化！
太阳能集热器
夏季常规集热器集 溴化锂吸收式空调 热温度60～90℃
建筑
与普通集热器集热温度匹配、小型化机组是太阳能空 调技术亟需突破的瓶颈！
21
太阳能空调技术
• 以往太阳能空调多以利用普通集热
器夏季过剩热量（60－90℃）为目 的；
格相对适中；
(b)太阳能冷量贮存过程（吸附化学反应）
相变蓄能材料
• 显热蓄存：石英砂，卵石等，
成本低，适于推广；
显热蓄热器
31
3. 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 ;
35
太阳能加热与工业节能
• 目前中温集热器技术有了突破（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，
同时经济性也是规模应用的重要指标
• 高效性－新型集热器技术 • 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－降低成本、规模化
36
研究基础
• 上海交大：太阳能空调，腔体吸
行业 烟草业 食品业 造纸业 纺织业
2007年 2005年 2007年
2007年
化工业 木材业 塑料业
医药业
16917.34 305.24 210.05
548.79 总计
1691.73 30.52 21.00
54.88
16,151 291 200
524 25429
16
应用潜力与社会效益
集热器面积对比
• 我国已有较好的太阳能产
业基础
——集热器年产量超过4200万 平米，占世界70％以上； ——集热器安装保有量1.45亿 平米，占世界80％以上。
我国太阳能热利用目前多数 仅用于生活热水
3
中国工业能耗现状
工业能耗占全国能耗的70%，并且逐年递增
资料来源：中国国家统计局
4
工业电耗与热耗
2007年 热力能耗占工业能耗的53% 热力能耗占工业能耗的67% 电力能耗占工业能耗的33%
• 效率不高（热力COP0.4~0.7， 太
阳能COP =0.16~0.28)，在利用辅 助热源时不具经济性，或者需要两 套空调装置
山东乳山九五太阳能空调
4
吸附式（60－90℃）
固体除湿空调（50 －90℃）
吸收式（88－150℃）
溶液除湿空调（50 －90℃）
22
德国SORTECH 家用太阳能空调市场预测
2.5亿平 米
CO2减排量
8千7百 万吨
年产值对比
1100亿
1.45亿m^2
3千万吨 650亿
现状
增加
现状
增加
现状
增加
现状：太阳能热水系统安装保有量；
增加：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、 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：若整个工业用热能10％被太阳能替代，则CO2减排量可达3.4亿吨，以我 国最新61亿吨CO2排放总量为基础，减排量可达5％。 17
28
（1）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 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 方法）多用于太阳能热发电，温度集热温度300℃以 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 杂、能量利用过程不稳定； 发展适应工业用热（80～250 ℃），适宜规模化、 低成本应用的集热装置和方法是重大需求。
• 商用空调的巨大前景！
26
2、总体目标
• 完成80 C -250 C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
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 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。
34
5：多能互补的太阳能中温利用集成技术及多参数耦
合优化
500
400
辐射照度（W/m2）
300
200
100
0 2010-4-26
2010-4-27
2010-4-28
2010-4-30
2010-5-1
2010-5-2
日 期
问题：太阳能系统因太阳辐射间 歇性和天气原因，存在供能不连 续问题！
太阳能集热； 贮热（充热、放 热）；热输出；冷输出；热变 温输出；变负荷动态响应匹配 特性；理论建模与实验研究！
• 国拨：1.8亿 • 自筹：1.8亿
资金投入支持：
• 太阳能中温集热器的研发和工程应用。 • 太阳能中温贮能技术的研发和产业化示范。 • 与太阳能中温集热结合的太阳能空调研发及工程
38
太阳能中温集热器在工业加热和太阳能空调领域规 模化应用关键技术研究
茶 叶 联 盟
科 技 部 太 阳 能 光 热 联 盟
科研 机构
上海交 通大学
清华 大学
。。。
太阳 能企 业
力诺
皇明
。。。
烟 草 联 盟
纺 织 联 盟 。 。。 39
空调 企业
江苏 双良
。。。
工程 应用
资金计划
• 总计：3.6亿
太阳能在工业领域应用前景预测
18
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 面积预测（全部工业用热10％）
19
太阳能中温集热器在建筑节能中的应用
建筑能耗比例
全年综合利用
供热、空调、通风等
居住建筑能耗结构
充分有效利用太阳能，则可能实现 80%的建筑供能！
20
太阳能空调技术瓶颈
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 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。
7
太阳能应用现状与潜力
行业 造纸 企业 个数 8376 总产值 （亿元） 6325
纺织
食品 烟草
27914
18140 150
18733
17496 3776
• 研究开发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。
27
3。研究内容
• • • • •
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
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 多能互补的太阳能中温利用集成技术及多参数耦 合优化
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。
• 。。。
37
力诺零碳馆采用了中温集热器和吸收制冷机
150oC下集热效率42%， 可以驱动双效溴化锂吸收制冷机。
德国肖特公司（Schott）和 西门子公司（Siemens）的 真空管式太阳能吸收器
29
•
太阳能高效经济中温集热器？
如何根据辐射能量转换和 传热学原理构建性能可靠 稳定、具有经济性的太阳 能集热－吸热装置？
一种基于黑腔辐射换 热原理的线聚焦腔体 式太阳能吸收器
30
2.高效太阳能储能(工业应用80－ 250℃）
• 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2~5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 和制冷需求
冷凝热 太阳能 热能
储液器 固/气化学反应器
(a)太阳能热量贮存过程（解吸化学反应）
蒸发 制冷量
储液器 固/气化学反应器
吸附热
• 相变贮能：蓄能密度高，价
23
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=1.2~1.5; 太阳能COP=0.5~0.6!
• 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 24
太阳能冷冻制冰技术
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 25
中温集热器用于太阳能空调
欧洲工业终端能耗的电热耗比
电力能耗占工业能耗的47%
电耗 33%
热耗 67%
中国
欧洲
5
工业领域用热要求
工业用热温度大部 分在80 ℃~250 ℃ 之间
6
国内外情况
资料来源：IEA task33 solar heat for industrial heat
欧洲太 阳能工 业加热 应用领 域
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 是90~112 GWth (1.28 – 1.60 亿 m2)，占工业用热总需求的2.5%
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 降低2/3.
12
上海江崎格力高饼干厂
若使用太阳能供热 集热器面积：1000m2 年节约电：41.75万度 年节省费用：25.5万 一次投资：120万
投资回收期：4.7年
13
云南烟草研究所
烟草干燥
初烤 复烤
木材
化工 塑料
7852
22981 15376
3520
26798 8120
所选行业生产总值占工业 生产总值23%
医药
5748
6361
8
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：
造纸，食品，烟草，木材， 化工，医药，纺织，塑料等
上述行业的能耗占ຫໍສະໝຸດ Baidu业总能耗大于22.7%
9
调研行业及单位
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 关键技术研究
上海交通大学 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
内容提要
1 需求分析 2 总体目标 3 主要研究内容 4 已有基础及组织方式 5 资金投入需求 6 预期成果及效果
2
国家需求
• 开发可再生能源已成为紧
迫的课题
——国家能源局7月20日表示， 《新兴能源产业发展规划》将累 计增加直接投资5万亿元。
食品业
上海格 力高饼 干厂
烟草业
云南烟草 科学研究 院
纺织业
浙江达 利印染 厂
粮食
中央储 备粮昆 明直储 库
化工业
福建三 明化工 厂
上海卷烟 厂
10
应用实例：浙江达利印染厂
验布 分批 打印 烧毛 退浆
煮炼 100-140
漂白 30-60℃
酸洗 30-35℃
水洗 45-60℃
开幅
轧水
烘干
丝光
水洗
烘干
32
•
• •
太阳能锅炉
33
4。太阳能中温集热器驱动的太阳能空调
250℃
工 业 加 热 100℃ 冷冻
热能
制冷 空调
1. 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COP。 2. 重点突破全尺度双效溴化锂吸收制冷； 以及能适应 于变热源的双/单效自适应溴化锂吸收式制冷机
集热器面积：13000 m2 年节约蒸汽：36000吨
蒸汽热价：130元/吨
年节省费用：468万 一次投资：1400万元
投资回收期：3年
CO2减排量：4788吨标煤
11
太阳能粮食干燥－中央储备粮昆明直属库
粮食干燥
干燥
热风
40 ℃
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
15
8个行业太阳能工业加热节能潜力
热力能耗 （万吨标煤） 94.29 1091.06 1723.68 5744.9 太阳能替代10%省煤 量 （万吨标煤） 9.43 109.11 172.37 574.49 所需集热器面 器 （万平方米） 90 1,042 1,646 5,485
年份 2007年 2007年 2007年 2007年