中國太陽能五大領域熱利用技術發(fā)展現狀

　　1.太陽能熱水器

　　太陽能熱利用是可再生能源技術領域商業(yè)化程度最高、推廣應用最普遍的技術之一。1998年世界太陽能熱水器的總保有量約5400萬平方米。按照人均使用太陽能熱水器面積，塞浦路斯和以色列居世界一、二位，分別為1平方米/人和0.7平方米/人。日本有20%的家庭使用太陽能熱水器，以色列有80%的家庭使用太陽能熱水器。

　　20多年來，太陽能熱水器在我國得到了快速發(fā)展和推廣應用。70年代后期開始開發(fā)家用熱水器。目前全國有500多個熱水器生產廠家，1998年的產量約400萬平方米，總安裝量約1400萬平方米，產量占世界第一位。我國太陽能熱水器平均每平方米每年可節(jié)約100～150公斤標準煤。

　　80年代后期，我國開始研制高性能的真空管集熱器。清華大學開發(fā)的全玻璃真空管集熱器結構簡單，類似拉長的暖水瓶，內管外表面上選擇性吸收涂層是其關鍵技術。全玻璃真空管集熱器已經實現了產業(yè)化，目前全國有60多個全玻璃真空管集熱器生產廠，年產300多萬只真空管。80年代后期至90年代初，北京市太陽能研究所相繼在我國政府、UNDP支持下，并與德國合作研制成功熱管式真空管集熱器，1996年與德國DASA公司合資建立了熱管式真空管集熱器生產廠，實現了規(guī)?；a，1998年生產了11萬只真空管，產品銷往國內外。

　　目前在市場上占主導地位的太陽能熱水器主要有平板型和真空管型兩種。平板型太陽能熱水器國內市場份額約65%;真空管熱水器分全玻璃和熱管式兩種，國內市場份額約35%。目前太陽能熱水器主要用于家庭，其次是廠礦、機關、公共場所等。

　　我國的太陽能熱水器工業(yè)逐步走向成熟，除了技術不斷改進、產品質量不斷提高外，幾種熱水器的國家標準已經頒布并開始實施。如《平板熱水器熱性能評價實驗方法)(GB4271-84)、《平板熱水器產品技術指標)(GB6424--86)、《家用熱水器熱性能實驗方法)(GB12915一91)、全玻璃真空管集熱器)(GB/T17O49--1997)等。但同時應當看到，我國太陽能熱水器市場還遠沒有開發(fā)出來，熱水器的戶用比例只有3%，與日本的2O%和以色列的80%相比相差甚遠，因此中國的市場容量還非常巨大。

　　2.太陽能空調降溫

　　就世界范圍而言，太陽能制冷及在空調降溫上應用還處在示范階段，其商業(yè)化程度遠不如熱水器那樣高，主要問題是成本高。但對于缺電和無電地區(qū)，同建筑結合起來考慮，市場潛力還是很大的。我國"九五"期間，太陽能空調降溫示范工程列入國家技術攻關項目，廣州能源所和北京市太陽能研究所分別進行平板集熱器和真空管集熱器的示范工程。西北工業(yè)大學對除潮降溫系統進行了基礎性的研究工作，研究工作重點是尋找高效吸收和蒸發(fā)材料，優(yōu)化系統熱特性，建立數學模型和計算機程序，研究新型制冷循環(huán)等。實驗室建立了除潮系統的樣機和使用條件。

　　3.太陽能熱發(fā)電

　　太陽能熱發(fā)電是利用集熱器將太陽輻射能轉換成熱能并通過熱力循環(huán)過程進行發(fā)電，是太陽能熱利用的重要方面。

　　8O年代以來美、歐、澳等國相繼建立起不同型式的示范裝置，促進了熱發(fā)電技術的發(fā)展。

　　世界現有的太陽能熱發(fā)電系統大致有三類：槽式線聚焦系統、塔式系統和碟式系統。

　　(1)槽式線聚焦系統。

　　該系統是利用拋物柱面槽式反射鏡將陽光聚焦到管狀的接收器上，并將管內傳熱工質加熱，在換熱器內產生蒸汽，推動常規(guī)汽輪機發(fā)電。Luz公司198O年開始開發(fā)此類熱發(fā)電系統，5年后實現了商業(yè)化。1985年起先后在美國加州的Mojave沙漠上建成9個發(fā)電裝置，總容量354兆瓦，年發(fā)電總量10.8億千瓦時。9個電站都與南加州愛迪生電力公司聯網。隨著技術不斷發(fā)展，系統效率由起初的11.5%提高到13.6%。建造費用由5976美元/千瓦降低到3011美元/千瓦，發(fā)電成本由26.3美分/千瓦時降低到12美分/千瓦時。

　　(2)塔式系統。

　　塔式太陽能熱發(fā)電系統的基本型式是利用一組獨立跟蹤太陽的定日鏡，將陽光聚集到一個固定在塔頂部的接收器上，用以產生高溫。80年代初，美國在南加州建成第一座塔式太陽發(fā)電系統裝置--SolarOne。起初，太陽塔采用水一蒸汽系統，發(fā)電功率為10兆瓦。1992年SolarOne經過改裝，用于示范熔鹽接收器和儲熱系統。由于增加了儲熱系統，使太陽塔輸送電能的負載因子可高達65%。熔鹽在接收器內由288℃加熱到565℃，然后用于發(fā)電。第二座太陽塔SolarTwo于1996年開始發(fā)電，計劃試運行三年，然后進行評估，SolarTwo發(fā)電的實踐不僅證明熔鹽技術的正確性，而且將進一步加速30～200兆瓦范圍的塔式太陽能熱發(fā)電系統的商業(yè)化。

　　以色列Weizmanm科學研究所最近正在對塔式系統進行改進。利用一組獨立跟蹤太陽的定日鏡，將陽光反射到固定在塔的頂部的初級反射鏡--拋物鏡上，然后由初級反射鏡將陽光向下反射到位于它下面的次級反射鏡--復合拋物聚光器(CPC)，最后由CPC將陽光聚集在其底部的接收器上。通過接收器的氣體被加熱到1200℃，推動一臺汽輪發(fā)電機組，500℃左右的排氣再用于推動另一臺汽輪發(fā)電機組，從而使系統的總發(fā)電效率可達到25%～28%。由于次級反射鏡接收到很強的反射輻射能，因而CPC必須進行水冷。目前整個實驗仍處于安裝、調試階段。

　　(3)碟式系統。

　　拋物面反射鏡/斯特林系統是由許多鏡子組成的拋物面反射鏡組成，接收器在拋物面的焦點上，接收器內的傳熱工質被加熱到750℃左右，驅動發(fā)動機進行發(fā)電。

　　美國熱發(fā)電計劃與Cummins公司合作，1991年開始開發(fā)商用的7千瓦碟式/斯特林發(fā)電系統，5年投入經費1800萬美元。1996年Cummins向電力部門和工業(yè)用戶交付7臺碟式發(fā)電系統，計劃1997年生產25臺以上。Cummins預計10年后年生產超過1000臺。該種系統適用于邊遠地區(qū)獨立電站。

　　美國熱發(fā)電計劃還同時開發(fā)25千瓦的碟式發(fā)電系統。25千瓦是經濟規(guī)模，因此成本更加低廉，而且適用于更大規(guī)模的離網和并網應用。1996年在電力部門進行實驗，1997年開始運行。

　　由于碟式/斯特林系統光學效率高，啟動損失小，效率高達29%，在三類系統中位居首位。

　　(4)三種系統性能比較。

　　三種系統目前只有槽式線聚焦系統實現了商業(yè)化，其他兩種處在示范階段，有實現商業(yè)化的可能和前景。三種系統均可單獨使用太陽能運行，也可安裝成燃料混合系統。

　　我國太陽能熱發(fā)電技術的研究開發(fā)工作早在70年代末就開始了，但由于工藝、材料、部件及相關技術未得到根本性的解決，加上經費不足，熱發(fā)電項目先后停止和下馬。國家"八五"計劃安排了小型部件和材料的攻關項目，帶有技術儲備性質，目前還沒有試驗樣機，與國外差距很大。

　　4.太陽房

　　太陽房是直接利用太陽輻射能的重要方面。把房屋看作一個集熱器，通過建筑設計把高效隔熱材料、透光材料、儲能材料等有機地集成在一起，使房屋盡可能多地吸收并保存太陽能，達到房屋采暖目的。太陽房概念與建筑結合形成了"太陽能建筑"技術領域，成為太陽能界和建筑界共同關心的熱點。太陽房可以節(jié)約75%～90%的能耗，并具有良好的環(huán)境效益和經濟效益，成為各國太陽能利用技術的重要方面。在太陽房技術和應用方面歐洲處于領先地位，特別是在玻璃涂層、窗技術、透明隔熱材料等方面居世界領先地位。

　　我國太陽房開發(fā)利用自80年代初開始，截至1997年底，全國已經建起740萬平方米的太陽房，主要分布在山東、河北、遼寧、內蒙古、甘肅、青海和西藏的農村地區(qū)。其中，遼寧省的400所中小學校建造了被動式太陽房，總面積達50萬平方米。我國被動式太陽房平均每平方米建筑面積每年可節(jié)約20～40公斤標準煤。

　　我國太陽房的發(fā)展目前還存在以下問題：太陽房的設計和建造沒有和建筑真正結合起來變成建筑師的設計思想和概念，沒有納入建筑規(guī)范和標準，一定程度上影響快速發(fā)展和實現商業(yè)化。其次是相關的透光隔熱材料、帶涂層的控光玻璃、節(jié)能窗等沒有商業(yè)化，使太陽房的水平受到限制。

　　用于蔬菜和花卉種植的太陽能溫室在中國北方地區(qū)較多采用。全國太陽能溫室面積總計約700萬畝，發(fā)揮著較好的經濟效益。

　　5.熱利用的其他方面

　　我國是太陽灶的最大生產國，主要在甘肅、青海、西藏等西北邊遠地區(qū)和農村應用。目前大約有15萬臺太陽灶在使用中。主要為反射拋物面型。其開口面積在1.6～2.5平方米。每個太陽灶每年可節(jié)約300千克標準煤。

　　太陽能干燥是熱利用的一個方面。目前我國已經安裝了有1000多套太陽能干燥系統，總面積約2萬平方米。主要用于谷物、木材、蔬菜、中草藥于燥等。