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

    1．太陽(yáng)能熱水器。

    太陽(yáng)能熱利用是可再生能源技術(shù)領(lǐng)域商業(yè)化程度z*高、推廣應(yīng)用z*普遍的技術(shù)之一。1998年世界太陽(yáng)能熱水器的總保有量約5400萬(wàn)平方米。按照人均使用太陽(yáng)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O．7平方米／人。日本有2O％的家庭使用太陽(yáng)能熱水器，以色列有80％的家庭使用太陽(yáng)能熱水器。

    20多年來(lái)，太陽(yáng)能熱水器在我國(guó)得到了快速發(fā)展和推廣應(yīng)用。7O年代后期開(kāi)始開(kāi)發(fā)家用熱水器。目前全國(guó)有5OO多個(gè)熱水器生產(chǎn)廠家，1998年的產(chǎn)量約400萬(wàn)平方米，總安裝量約1400萬(wàn)平方米，產(chǎn)量占世界第一位。我國(guó)太陽(yáng)能熱水器平均每平方米每年可節(jié)約1OO～15O公斤標(biāo)準(zhǔn)煤。

    8O年代后期，我國(guó)開(kāi)始研制高性能的真空管集熱器。清華大學(xué)開(kāi)發(fā)的全玻璃真空管集熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，類(lèi)似拉長(zhǎng)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(guó)有6O多個(gè)全玻璃真空管集熱器生產(chǎn)廠，年產(chǎn)300多萬(wàn)只真空管。8O年代后期至9O年代初，北京市太陽(yáng)能研究所相繼在我國(guó)政府、UNDP支持下，并與德國(guó)合作研制成功熱管式真空管集熱器，1996年與德國(guó)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(wàn)只真空管，產(chǎn)品銷(xiāo)往國(guó)內(nèi)外。

    目前在市場(chǎng)上占主導(dǎo)地位的太陽(yáng)能熱水器主要有平板型和真空管型兩種。平板型太陽(yáng)能熱水器國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額約65％；真空管熱水器分全玻璃和熱管式兩種，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額約35％。目前太陽(yáng)能熱水器主要用于家庭，其次是廠礦、機(jī)關(guān)、公共場(chǎng)所等。

    我國(guó)的太陽(yáng)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)頒布并開(kāi)始實(shí)施。如《平板熱水器熱性能評(píng)價(jià)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(shí)應(yīng)當(dāng)看到，我國(guó)太陽(yáng)能熱水器市場(chǎng)還遠(yuǎn)沒(méi)有開(kāi)發(fā)出來(lái)，熱水器的戶(hù)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(guó)的市場(chǎng)容量還非常巨大。

    2．太陽(yáng)能空調(diào)降溫。

    就世界范圍而言，太陽(yáng)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(wèn)題是成本高。但對(duì)于缺電和無(wú)電地區(qū)，同建筑結(jié)合起來(lái)考慮，市場(chǎng)潛力還是很大的。我國(guó)"九五"期間，太陽(yáng)能空調(diào)降溫示范工程列入國(guó)家技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目，廣州能源所和北京市太陽(yáng)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(duì)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(jì)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(yáng)能熱發(fā)電。

    太陽(yáng)能熱發(fā)電是利用集熱器將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成熱能并通過(guò)熱力循環(huán)過(guò)程進(jìn)行發(fā)電，是太陽(yáng)能熱利用的重要方面。

    （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(yáng)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(dòng)常規(guī)汽輪機(jī)發(fā)電。Luz公司198O年開(kāi)始開(kāi)發(fā)此類(lèi)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(guó)加州的Mojave沙漠上建成9個(gè)發(fā)電裝置，總?cè)萘?54兆瓦，年發(fā)電總量10.8億千瓦時(shí)。9個(gè)電站都與南加州愛(ài)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(shí)降低到12美分／千瓦時(shí)。

    （2）塔式系統(tǒng)。

    塔式太陽(yáng)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(yáng)的定日鏡，將陽(yáng)光聚集到一個(gè)固定在塔頂部的接收器上，用以產(chǎn)生高溫。80年代初，美國(guó)在南加州建成第一座塔式太陽(yáng)發(fā)電系統(tǒng)裝置--SolarOne。起初，太陽(yáng)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(guò)改裝，用于示范熔鹽接收器和儲(chǔ)熱系統(tǒng)。由于增加了儲(chǔ)熱系統(tǒng)，使太陽(yáng)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(yáng)塔SolarTwo于1996年開(kāi)始發(fā)電，計(jì)劃試運(yùn)行三年，然后進(jìn)行評(píng)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3O～200兆瓦范圍的塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的商業(yè)化。

    以色列Weizmanm科學(xué)研究所z*近正在對(duì)塔式系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。利用一組獨(dú)立跟蹤太陽(yáng)的定日鏡，將陽(yáng)光反射到固定在塔的頂部的初級(jí)反射鏡--拋物鏡上，然后由初級(jí)反射鏡將陽(yáng)光向下反射到位于它下面的次級(jí)反射鏡--復(fù)合拋物聚光器（CPC），z*后由CPC將陽(yáng)光聚集在其底部的接收器上。通過(guò)接收器的氣體被加熱到1200℃，推動(dòng)一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組，500℃左右的排氣再用于推動(dòng)另一臺(tái)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(jí)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(gè)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75O℃左右，驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行發(fā)電。

    美國(guó)熱發(fā)電計(jì)劃與Cummins公司合作，1991年開(kāi)始開(kāi)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(wàn)美元。1996年Cummins向電力部門(mén)和工業(yè)用戶(hù)交付7臺(tái)碟式發(fā)電系統(tǒng)，計(jì)劃1997年生產(chǎn)25臺(tái)以上。Cummins預(yù)計(jì)10年后年生產(chǎn)超過(guò)1OOO臺(tái)。該種系統(tǒng)適用于邊遠(yuǎn)地區(qū)獨(dú)立電站。

    美國(guó)熱發(fā)電計(jì)劃還同時(shí)開(kāi)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(mén)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，1997年開(kāi)始運(yùn)行。

    由于碟式／斯特林系統(tǒng)光學(xué)效率高，啟動(dòng)損失小，效率高達(dá)29％，在三類(lèi)系統(tǒng)中位居s*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(yáng)能運(yùn)行，也可安裝成燃料混合系統(tǒng)。

    我國(guó)太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)工作早在70年代末就開(kāi)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(guó)家"八五"計(jì)劃安排了小型部件和材料的攻關(guān)項(xiàng)目，帶有技術(shù)儲(chǔ)備性質(zhì)，目前還沒(méi)有試驗(yàn)樣機(jī)，與國(guó)外差距很大。

    4．太陽(yáng)房。

    太陽(yáng)房是直接利用太陽(yáng)輻射能的重要方面。把房屋看作一個(gè)集熱器，通過(guò)建筑設(shè)計(jì)把高效隔熱材料、透光材料、儲(chǔ)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(yáng)能，達(dá)到房屋采暖目的。太陽(yáng)房概念與建筑結(jié)合形成了"太陽(yáng)能建筑"技術(shù)領(lǐng)域，成為太陽(yáng)能界和建筑界共同關(guān)心的熱點(diǎn)。太陽(yáng)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(guó)太陽(yáng)能利用技術(shù)的重要方面。在太陽(yáng)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(guó)太陽(yáng)房開(kāi)發(fā)利用自80年代初開(kāi)始，截至1997年底，全國(guó)已經(jīng)建起74O萬(wàn)平方米的太陽(yáng)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(dòng)式太陽(yáng)房，總面積達(dá)5O萬(wàn)平方米。我國(guó)被動(dòng)式太陽(yáng)房平均每平方米建筑面積每年可節(jié)約2O～4O公斤標(biāo)準(zhǔn)煤。

    我國(guó)太陽(yáng)房的發(fā)展目前還存在以下問(wèn)題：太陽(yáng)房的設(shè)計(jì)和建造沒(méi)有和建筑真正結(jié)合起來(lái)變成建筑師的設(shè)計(jì)思想和概念，沒(méi)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(méi)有商業(yè)化，使太陽(yáng)房的水平受到限制。

    用于蔬菜和花卉種植的太陽(yáng)能溫室在中國(guó)北方地區(qū)較多采用。全國(guó)太陽(yáng)能溫室面積總計(jì)約700萬(wàn)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(guó)是太陽(yáng)灶的z*大生產(chǎn)國(guó)，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(wàn)臺(tái)太陽(yáng)灶在使用中。主要為反射拋物面型。其開(kāi)口面積在1．6～2．5平方米。每個(gè)太陽(yáng)灶每年可節(jié)約300千克標(biāo)準(zhǔn)煤。

    太陽(yáng)能干燥是熱利用的一個(gè)方面。目前我國(guó)已經(jīng)安裝了有1000多套太陽(yáng)能干燥系統(tǒng)，總面積約2萬(wàn)平方米。主要用于谷物、木材、蔬菜、中草藥于燥等。