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太阳能热利用工业领域发展前景分析
更新时间:2017-03-03

我国已具有良好的太阳能的技术基础太阳能集热器年产量超过4000 万平米,占世界70%以上;全国集热面积保有量达到4.42 亿平方米,年节煤量约6619 万吨,减排二氧化碳约14218万吨,保持着全球制造和应用大国地位。我国太阳能热利用仍以生活热水为主,逐渐向太阳能采暖、制冷、海水淡化等领域扩展,其中工农业应用也一个新的发展方向。国务院印发的《“十二五”节能减排综合性方案》第十七条表明,加强工业节能减排,重点推进钢铁、石油石化、建材、造纸、印染、食品加工等行业节能减排,并实行印染、电力、钢铁、造纸等行业主要污染物排放总控量。

“十二五”已经过去,太阳能热利用行业中的部分先进性企业在过去的五年中已在工农业小有成就。2015年底,中国太阳能热利用产业联盟在向国家能源局提交的光热“十三五”征求意见稿中提及,工农业应用是“十三五”太阳能热利用行业的重点项目,在新增的5.5亿平方米保有量中,工农业应用与海水淡化、苦水处理等项目要有1.5亿平方米的保有量。

1太阳能对工业领域的贡献

1.1太阳能在印染中的应用

印染企业在生产过程中采用的太阳能热水系统需要在50℃ ~130℃的温度下对加工物进行退浆、煮炼、漂白及丝光后水洗炼。采用太阳能分散收集、集中换热可大规模地应用在纺织印染行业,经太阳能进一步提高温度60℃~80℃。储存于高温水箱中,然后向印染车间的热水设备供应热水。

在充分考虑印染污水的复杂性对热能回收的影响,利用太阳能把水预热后再用蒸汽加热,可加快热水升温,可提高生产效率20%~25%以上,不必增加生产设备就可增加产能。印染企业利用太阳能技术可减少蒸汽用量、燃煤量,进而减少二氧化碳、二氧化硫等的排放。例如,江苏凯达印染厂安装在厂房楼顶太阳能集热面积1.508万平方米,日产50℃水能力1300 吨,年节约蒸汽20000吨,按目前蒸汽220元/吨折算,年节约费用440万元。

1.2太阳能加热在建材业中应用——蒸汽养护

蒸压养护工艺是为了使制品进行充分有效的养护而制定的有关温度和时间的具体控制措施。

其工艺以水蒸汽为热媒,在蒸压釜压力容器与适当的蒸汽压力下达到必要的高温来实现的。蒸压釜内的蒸汽给被养护的制品提供了水热合成反应的必要条件———温度、湿度和必要的时间。

蒸汽养护需经过“抽真空- 升温- 恒温- 降温”四个阶段。恒温相对湿度不低于90%,其水泥制品最高温度如表1 所示。恒温时间因蒸养设施效率、水泥品种、掺混凝土外加剂情况、壁厚度而异,应以保证脱模强度为准,一般不少于3小时。

1.3太阳能锅炉

太阳能锅炉是指通过太阳能集热系统产生大量热水和蒸汽的太阳能系统。可替代或与常规锅炉结合使用,能够替代常规能源50%~90%的能源消耗,从而节省使用常规能源(煤、电、气)所产生的费用,经济效益高;无排放、无污染,属于环保节能设备,节能减排效果显著。

山东某公司总体建设规模为10吨太阳能综合利用锅炉,共布置太阳能集热器1728片,总集热面积5184平方米。每年可节约标煤875吨,减排二氧化碳2275吨,投资回收期4.9年,具有较好的社会效益、环保效益。

山东某公司太阳能锅炉系统项目一期为8583 平方米太阳能集热器集中安装在整染车间2.5万平方米房顶,布置既不影响厂房与周边景观配套风格,也不影响房顶防水层。项目全年日平均提供70℃、300 吨左右热水用于整染车间生产,每年可节约811 吨标准煤,减排二氧化碳约2109吨,具有良好的环境、经济和社会效益,静态投资回收期3.2年。

3太阳能工业热利用市场潜力

根据上海交通大学计算,2015年我国工业总能耗约21亿吨标煤,太阳能替代传统能源的10%,则2015年节省标煤2261.46万吨,按1000元/ 吨成本计算,则节约226.1亿元,同时每年可以减排7000万吨左右的二氧化碳。若太阳能集热器的寿命按15年计算,若投资回收期为5年,在寿命期内可省2261亿元。

4 太阳能在工业领域应用中的障碍

太阳能工业应用示范案例少,影响小;虽然运行费用低,但投资成本高,但很多情况下回收期超过预期。规范标准方面,目前为止,仅少数机构具有太阳能工业热利用项目的安装经验,并且缺乏合适的规划指导及技术文件。最关键的是,研究太阳能中高温应用与太阳能工业应用的人才比较匮乏,直接阻碍了太阳能工业加热领域的腾飞,因此,不论是工业领域还是整个太阳能热利用行业都对专业研究太阳能工农业等新领域的人才求贤若渴、翘首以盼。