中國太陽能五大領(lǐng)域熱利用技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

　　1.太陽能熱水器

　　太陽能熱利用是可再生能源技術(shù)領(lǐng)域商業(yè)化程度最高、推廣應(yīng)用最普遍的技術(shù)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(yīng)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(chǎn)廠家，1998年的產(chǎn)量約400萬平方米，總安裝量約1400萬平方米，產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(xué)開發(fā)的全玻璃真空管集熱器結(jié)構(gòu)簡單，類似拉長的暖水瓶，內(nèi)管外表面上選擇性吸收涂層是其關(guān)鍵技術(shù)。全玻璃真空管集熱器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，目前全國有60多個全玻璃真空管集熱器生產(chǎn)廠，年產(chǎn)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(chǎn)廠，實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)，1998年生產(chǎn)了11萬只真空管，產(chǎn)品銷往國內(nèi)外。

　　目前在市場上占主導(dǎo)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(nèi)市場份額約65%;真空管熱水器分全玻璃和熱管式兩種，國內(nèi)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(jī)關(guān)、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(shù)不斷改進(jìn)、產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高外，幾種熱水器的國家標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)頒布并開始實(shí)施。如《平板熱水器熱性能評價實(shí)驗(yàn)方法)(GB4271-84)、《平板熱水器產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo))(GB6424--86)、《家用熱水器熱性能實(shí)驗(yàn)方法)(GB12915一91)、全玻璃真空管集熱器)(GB/T17O49--1997)等。但同時應(yīng)當(dāng)看到，我國太陽能熱水器市場還遠(yuǎn)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(yuǎn)，因此中國的市場容量還非常巨大。

　　2.太陽能空調(diào)降溫

　　就世界范圍而言，太陽能制冷及在空調(diào)降溫上應(yīng)用還處在示范階段，其商業(yè)化程度遠(yuǎn)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(jié)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(diào)降溫示范工程列入國家技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目，廣州能源所和北京市太陽能研究所分別進(jìn)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(xué)對除潮降溫系統(tǒng)進(jìn)行了基礎(chǔ)性的研究工作，研究工作重點(diǎn)是尋找高效吸收和蒸發(fā)材料，優(yōu)化系統(tǒng)熱特性，建立數(shù)學(xué)模型和計算機(jī)程序，研究新型制冷循環(huán)等。實(shí)驗(yàn)室建立了除潮系統(tǒng)的樣機(jī)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(zhuǎn)換成熱能并通過熱力循環(huán)過程進(jìn)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(jìn)了熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展。

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

　　(1)槽式線聚焦系統(tǒng)。

　　該系統(tǒng)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(nèi)傳熱工質(zhì)加熱，在換熱器內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，推動常規(guī)汽輪機(jī)發(fā)電。Luz公司198O年開始開發(fā)此類熱發(fā)電系統(tǒng)，5年后實(shí)現(xiàn)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?cè)萘?54兆瓦，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(lián)網(wǎng)。隨著技術(shù)不斷發(fā)展，系統(tǒng)效率由起初的11.5%提高到13.6%。建造費(fèi)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(tǒng)。

　　塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的基本型式是利用一組獨(dú)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(chǎn)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(tǒng)裝置--SolarOne。起初，太陽塔采用水一蒸汽系統(tǒng)，發(fā)電功率為10兆瓦。1992年SolarOne經(jīng)過改裝，用于示范熔鹽接收器和儲熱系統(tǒng)。由于增加了儲熱系統(tǒng)，使太陽塔輸送電能的負(fù)載因子可高達(dá)65%。熔鹽在接收器內(nèi)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(yùn)行三年，然后進(jìn)行評估，SolarTwo發(fā)電的實(shí)踐不僅證明熔鹽技術(shù)的正確性，而且將進(jìn)一步加速30～200兆瓦范圍的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的商業(yè)化。

　　以色列Weizmanm科學(xué)研究所最近正在對塔式系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。利用一組獨(dú)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(fù)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(jī)組，500℃左右的排氣再用于推動另一臺汽輪發(fā)電機(jī)組，從而使系統(tǒng)的總發(fā)電效率可達(dá)到25%～28%。由于次級反射鏡接收到很強(qiáng)的反射輻射能，因而CPC必須進(jìn)行水冷。目前整個實(shí)驗(yàn)仍處于安裝、調(diào)試階段。

　　(3)碟式系統(tǒng)。

　　拋物面反射鏡/斯特林系統(tǒng)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(diǎn)上，接收器內(nèi)的傳熱工質(zhì)被加熱到750℃左右，驅(qū)動發(fā)動機(jī)進(jìn)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(tǒng)，5年投入經(jīng)費(fèi)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(tǒng)，計劃1997年生產(chǎn)25臺以上。Cummins預(yù)計10年后年生產(chǎn)超過1000臺。該種系統(tǒng)適用于邊遠(yuǎn)地區(qū)獨(dú)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(tǒng)。25千瓦是經(jīng)濟(jì)規(guī)模，因此成本更加低廉，而且適用于更大規(guī)模的離網(wǎng)和并網(wǎng)應(yīng)用。1996年在電力部門進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，1997年開始運(yùn)行。

　　由于碟式/斯特林系統(tǒng)光學(xué)效率高，啟動損失小，效率高達(dá)29%，在三類系統(tǒng)中位居首位。

　　(4)三種系統(tǒng)性能比較。

　　三種系統(tǒng)目前只有槽式線聚焦系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，其他兩種處在示范階段，有實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的可能和前景。三種系統(tǒng)均可單獨(dú)使用太陽能運(yùn)行，也可安裝成燃料混合系統(tǒng)。

　　我國太陽能熱發(fā)電技術(shù)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(guān)技術(shù)未得到根本性的解決，加上經(jīng)費(fèi)不足，熱發(fā)電項(xiàng)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(guān)項(xiàng)目，帶有技術(shù)儲備性質(zhì)，目前還沒有試驗(yàn)樣機(jī)，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(shè)計把高效隔熱材料、透光材料、儲能材料等有機(jī)地集成在一起，使房屋盡可能多地吸收并保存太陽能，達(dá)到房屋采暖目的。太陽房概念與建筑結(jié)合形成了"太陽能建筑"技術(shù)領(lǐng)域，成為太陽能界和建筑界共同關(guān)心的熱點(diǎn)。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(jīng)濟(jì)效益，成為各國太陽能利用技術(shù)的重要方面。在太陽房技術(shù)和應(yīng)用方面歐洲處于領(lǐng)先地位，特別是在玻璃涂層、窗技術(shù)、透明隔熱材料等方面居世界領(lǐng)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(jīng)建起740萬平方米的太陽房，主要分布在山東、河北、遼寧、內(nèi)蒙古、甘肅、青海和西藏的農(nóng)村地區(qū)。其中，遼寧省的400所中小學(xué)校建造了被動式太陽房，總面積達(dá)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(biāo)準(zhǔn)煤。

　　我國太陽房的發(fā)展目前還存在以下問題：太陽房的設(shè)計和建造沒有和建筑真正結(jié)合起來變成建筑師的設(shè)計思想和概念，沒有納入建筑規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，一定程度上影響快速發(fā)展和實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。其次是相關(guān)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(jīng)濟(jì)效益。

　　5.熱利用的其他方面

　　我國是太陽灶的最大生產(chǎn)國，主要在甘肅、青海、西藏等西北邊遠(yuǎn)地區(qū)和農(nóng)村應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)煤。

　　太陽能干燥是熱利用的一個方面。目前我國已經(jīng)安裝了有1000多套太陽能干燥系統(tǒng)，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。