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【PPT下载】代彦军教授:中国太阳能工农业应用研究报告
时间:2018-02-07 来源:原创
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2月27日,以“合力取势,智创未来”为主题的2017太阳能行业发展峰会暨IMSIA国际金属太阳能产业联盟2016年会在京成功召开。此次会议由国际铜业协会和国际金属太阳能产业联盟主办,北京四季沐歌太阳能技术集团有限公司、山东力诺瑞特新能源有限公司、江苏迈能高科技有限公司等单位大力支持。国家部门有关领导,银行证券等金融机构大咖、行业专家以及企业代表、新闻媒体记者近200人就太阳能等新能源行业的政策与金融、技术和市场等主题进行了交流与探讨。

 

代彦军

 

上海交通大学制冷与低温工程研究所教授代彦军就工农业应用领域向大家做一个汇报。代彦军说,2016年,我们上海交通大学与国际铜业协会共同完成了《中国太阳能工农业热利用研究报告》(点击查看)。这份报告是与国际金属太阳能产业联盟秘书长黄俊鹏等人一起经过多年的调研、整理,从09年的第一份报告到现在,经过不断更新,拥有非常重要的价值。

 

目前太阳能集热器已经广泛推广,按照去年的数据显示,已经累计达到4点多亿平米,工农业应用发展势头很迅猛。去年“十二五”就有工农业应用的支持计划,力诺、皇明、四季沐歌、太阳雨都参与过,推广大概有4万多平米的供应。干燥、工业锅炉、太阳能工业锅炉、热动力系统、供热、空调都取得了良好的进展,给以后进一步扩张、规划、太阳能供热应用,甚至建立供热智能提供了参考。

 

这是我们从统计年鉴获得的数据,全国的能耗大概40亿吨标煤,工业能耗占到70%。工业能耗我们国家比发达国家要高,通常发达国家只有1/3,服务业为主,我们国家则以制造业为主。而且,我们的工业能耗有50%到70%是热能消耗,其中53%是热能,47%电能。特别是在热能里又有绝大部分的热能。250℃以下热能,是我们通常烧锅炉,烧煤、烧天然气或者用电来解决的,事实上如果用太阳能,我们在座的企业都有这个技术。所以如果把集热器的技术用到工业领域,那么占到全国能耗一半,只有5%用到了太阳能,集热面积完全比现在的热水器市场大得多,这是乐观的一个估计。

 

从全球来看,工业热用也是非常受关注的,太阳能供热制冷计划里面有工业热能专题。全世界特别是欧洲做得比较多,主要是一些纺织、印染、实体、皮革、酿酒、牛奶等等,甚至我们上午看到的四季沐歌,从低温到蒸汽到高温都在用太阳能

 

 

这个图显示不同的国家工业能耗所占的比例,有40%多、50%多,工业用热在整个能源消耗所占比例非常大,而且温度比较适合太阳能利用。

 

 

食品、塑料、玻璃、化工、造纸、相交、烟草、公建、纺织等等,绝大部分在80℃到180℃之间,这个就是太阳能中温的范围。对于不同工业部门,其热负荷的分配很不一样,但温度一般不超过300℃,压力在9个大气压以下。可以看到,太阳能的中温技术、集热技术在180℃的工业领域大有潜力。

 

 

这个是到2016年4月,通过IA统计的,有详细的数据的报告。这样的项目情况,大概有188个详细的数据,量也不是特别大,但是数据详实,可以用来分析节能、减排等数据。

 

我希望在太阳能行业贡献力量,以后在国际上多发声,不仅是国内进出口,东南亚这些市场的需求量也非常大。

 

 

这个是目前工业热利用项目分布,大家可以看到欧洲最多,我们中国也不少,现在美国包括南美都在积极地推进,今年东南亚经济发展比较快,气侯也比较好,太阳资源比较好,有很大的需求。

 

目前来讲从集热面积来看,采矿、食品、纺织、化工、印染等等用得比较多,当然还可以进一步拓展,像我们国家在新疆做抽油开采,拓宽用度。

 

太阳能热利用分为低温(40~80℃)、中温(80~250℃)和高温(>250℃)。太阳能工农业热利用主要为太阳能中低温应用。太阳能集热器从低温到高温都能解决,特别是低温技术,平板、集热器、真空管提供80℃以下的热水,在纺织、印染、食品可以发挥很大的作用。中温生产蒸汽和150℃热空气,要再降低成本,提高可靠性。特别是多能互补方面可以发挥更大的作用,会有很大的发展前景。再高一点可以用小的模式解决牛奶厂消毒、印染蒸汽的需求。

 

适合于工业热利用的中温集热器发展迅速,有减反层双层透明盖板的平板集热器(FPC)、全玻璃或玻璃—金属真空管集热器(ETC)、固定CPC集热器、小型抛物槽式集热器(PTC)与线聚焦菲涅尔集热器。

 

目前在国内很多的热水工程,包括印染业、食品厂。浙江、江苏也有很多太阳能企业都做过这些项目。上海有些食品制药引用了太阳能的热水技术,这是目前经济型最好的,大概三到五年可以回收成本,跟用量、天数有关系,不存在障碍。关键是系统设计合理,稳定运行,太阳能保证率要高一些。目前有挑战性的是工业领域的太阳能蒸汽,要达到150℃甚至200℃、300℃的蒸汽范围。这种集热器成本要高,同时受天气条件的限制,要提高太阳能保证率不容易。这个系统的话怎么样跟燃气、燃煤,甚至电加热结合,提高它的保证率,体现经济型,是技术运用的一个关键。目前我们一些厂家都做不少工作,但是量还没有体现出来,但是未来会有很大的进步空间。

 

除此以外,近年来发展特别快的就是干燥,干燥比较简单,像新疆的葡萄干,高水分的用热风一吹,比传统的自然通风要快得多,而且经济效益显著,特别是平板空气集热器比较迅速。

 

太阳能锅炉,包括三类,热水锅炉、补水预热式以及工业蒸汽,这个是需求最大呼声更高的领域。其中热水和补水的力量问题不大,我们常规的技术可以解决。挑战是在工业蒸汽上,包括新型的集热器,可靠稳定的供热手段,控制策略等等。这些是我们“十二五”攻关的内容,可能以后还要再攻关。怎么样使它在能源结构里面做出攻坚是关键。

 

2014年我们国家发布了《中国可再生能源发展路线图2050》,大家也知道“十三五”又提出了8亿平方米的目标,当然除了集热器外,工农业应用,热发电是单独来谈。就中低温应用来讲,除了建筑,工农业是最大的一块,工农业总量如果挖掘出来,比建筑赚的钱还要多。在干燥、养殖、蒸汽还有很多的工作要做,这里就不举例子,我的报告《中国太阳能工农业热利用研究报告》(点击查看)里面大家可以看到十个行业,从制造、木材、干燥、纺织、造纸……都可以借鉴。

 

以木材干燥为例,怎样利用太阳能实现节能和替代常规能源。近年预计2020年8亿立方米的消耗能耗比较高,2013年1500万吨标煤,木材干燥能耗占总能耗的70%。其中主要依靠的能源现在是烧煤或者是烧气,有的是用电,但是温度只有50℃到140℃之间,用太阳能非常合适,我们就做了这样的分析,用最普通的平板集热器。

 

 

这个是结合我们企业的案例我们做了一个分析。平板集能器提供热量当然可以使用直接控制集热器,一定要有辅助热源锅炉,把空气加热以后,通到木材干燥室里面,排出去的热湿空气还可以热回收,热泵,热回收以后可以用。这个就是多能互补的系统,太阳能因为不能稳定,所以结合起来太阳能保证率在40%、50%稳定的运行,又节能,又经济性,应用费用比较低。

 

 

这是做的一些初步的数据分析:木材的水分状况、干燥的状态,需要的能源,相应的来选择平板集热器的面积、水箱来估算。借助一定的计算方法,把参数带进去以后,对全年木材干燥的经济性和它的能源转化的一些主要指标进行了一些分析,全年的情况,保证率可以看到大概全年42%能耗性。就是说太阳能贡献是新能源的40%以上。比如100立方米的天然气现在只要60个立方米,甚至50,因此节能效益还比较显著。

 

 

按照这个投资回收期分析,大概跟天然气比4.6,跟电相比1.3,跟原煤比7.6,所以太阳能在木材干燥里面运用的潜力还是比较大的。

 

事实上太阳能在纺织、印染、烟草、医药这些金属制品等行业有很大的需求,不仅仅是木材。我们《中国太阳能工农业热利用研究报告》(点击查看)找出十个行业进行分析,这十个行业占工业能耗的26%,就是1/4,工业产值也占了29%,这十个行业大家可以看一看。

 

这十个行业的选择是根据其不同的特点,选择太阳能替代的热能比例稍微有差异。比如烟草干燥,初烤是低温,复烤可能要用到高温,我们按10%替代;纺织主要是低温的,我们替代多一点,30%;医药有高温有低温,10%;造纸主要是低温,20%;木材低温20%;化工主要是高温;按照这个比例确定以后计算,一年可以省3000多万吨标煤,集热面积设定2亿的集热面积。所以这个市场的放量,在我国的热利用行业有非常大的促进作用。按照乐观估计,如果太阳能替代工业热能5%,需要每年新增近4000万平米。我们按照张晓黎理事长去年的报告,按照一年3900平方米的增量计算,如果工农业市场发展出来的话,会达到双倍,这个量是非常可观的。

 

 

我介绍一下最近与新加坡政府合作的一个项目,东南亚太阳能生物质都特别好,新加坡没有那么多的面积,所以做促进生物质的转换,能源化资源化处理,这样的话对新加坡实现零废弃物,改善能源结构有所帮助。这个对中国也有很大的借鉴,上海也在积极引进。另外新加坡也在积极地推进光伏、光热的建筑一体化。前几年八千多平米的面积,太阳能空调、除湿空调,与太阳能结合起来。在印尼主要是生物质太阳能结合。特别是这个管子,是太阳雨的大热管,单双向是我在前几年上海电器做的项目,不过是买日本人的机器按照我们的思路做了改造,它将来和生物质结合起来,市场非常大。

 

我在新加坡和印尼做过交流,他们太阳能生物质结合,很容易被我们吸收开发,所以只要我们眼光放开,不仅是中国,国外对我们的集热器热利用行业也有很大的需求,谢谢!

 


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