太阳能热利用技术发展的现状及其研究方向

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1．太阳能热水器
　　太阳能热利用是可再生能源技术领域商业化程度最高、推广应用最普遍的技术之一。1998年世界太阳能热 水器的总保有量约5400万平方米。按照人均使用太阳能热水器面积，塞浦路斯和以色列居世界一、二位，分别为1平方米／人和O．7 平方米／人。日本有2O％的家庭使用太阳能热水器，以色列有80％的家庭使用太阳能热水器。
　　20多年来，太阳能热水器在我国得到了快速发展和推广应用。7O年代后期开始开发家用热水器。目前全国有5OO多个热水器生产厂家，1998年的产量约400万平方米，总安装量约1400万平方米，产量占世界第一位。我国太阳能热水器平均每平方米每年可节约1OO～15O公斤标准煤。
　　8O年代后期，我国开始研制高性能的真空管集热器。清华大学开发的全玻璃真空管集热器结构简单，类似拉长的暖水瓶，内管外表面上选择性吸收涂层是其关键技术。全玻璃真空管集热器已经实现了产业化，目前全国有6O多个全玻璃真空管集热器生产厂，年产300多万只真空管。8O年代后期至9O年代初，北京市太 阳能研究所相继在我国政府、UNDP支持下，并与德国合作研制成功热管式真空管集热器，1996年与德国 DASA公司合资建立了热管式真空管集热器生产厂，实现了规模化生产，1998年生产了 11万只真空管，产品销往国内外。
　　目前在市场上占主导地位的太阳能热水器主要有平板型和真空管型两种。平板型太阳能热水器国内市场份额约65％；真空管热水器分全玻璃和热管式两种，国内市场份额约35％。目前太阳能热水器主要用于家庭，其次是厂矿、机关、公共场所等。
& Q9 O2 C/ A" e% {: G　　我国的太阳能热水器工业逐步走向成熟，除了技术不断改进、 产品质量不断提高外，几种热水器的国家标准已经颁布并开始实施。如《平板热水器热性能评价实验方法）（GB4271-84）、《平板热水器产品技术指标）（GB6424--86）、《家用热水器热性能实验方法）（GB12915一91）、全玻璃真空管集热器）（GB／T17O49--1997）等。但同时应当看到，我国太阳能热水器市场还远没有开发出来，热水器的户用比例只有3％，与日本的2O％和以色列的80％相比相差甚远，因此中国的市场容量还非常巨大。
8 B* r  ?- ?  f" Q0 K: r5 O! B2．太阳能空调降温
: a; y: n+ r6 ?* W7 L3 ]. u　　就世界范围而言，太阳能制冷及在空调降温上应用还处在示范阶段，其商业化程度远不如热水器那样高， 主要问题是成本高。但对于缺电和无电地区，同建筑结合起来考虑，市场潜力还是很大的。我国"九五"期间，太阳能空调降温示范工程列入国家技术攻关项目，广州能源所和北京市太阳能研究所分别进行平板集热器和真空管集热器的示范工程。西北工业大学对除潮降温系统进行了基础性的研究工作，研究工作重点是寻找高效吸收和蒸发材料，优化系统热特性，建立数学模型和计算机程序，研究新型制冷循环等。实验室建立了除潮系统的样机和使用条件。
- Z; S# d4 L+ }( [9 j. |3．太阳能热发电
# l2 g8 T- C, |- l! X$ b　　太阳能热发电是利用集热器将太阳辐射能 转换成热能并通过热力循环过程进行发电，是太阳能热利用的重要方面。8O年代以来美、欧、澳等国相继建立起不同型式的示范装置，促进了热发电技术的发展。世界现有的太阳能热发电系统大致有三类：槽式线聚焦系统、塔式系统和碟式系统。
! z3 O% Y: j; Q1 v. q（1）槽式线聚焦系统。
! k* O0 C  x& B0 d0 o: z/ _　　该系统是利用抛物柱面槽式反射镜将阳光聚焦到管状的接收器上，并将管内传热工质加热，在换热器内产生蒸汽，推动常规汽轮机发电。Luz公司198O年开始开发此类热发电系统，5年后实现了商业化。1985年起先后在美国加州的Mojave沙漠上建成9个发电装置，总容量354兆瓦，年发电总量10.8亿千瓦时。9个电站都与南加州爱迪生电力公司联网。随着技术不断发展，系统效率由起初的11．5％提高到13．6％。建造费用由5976美元／千瓦降低到3011美元／千瓦，发电成本由26．3美分／千瓦时降低到12美分／千瓦时。
) M4 n& u1 y8 A7 r7 f" \5 R（2）塔式系统。
7 b  B8 m- R, X- l7 f8 y　　塔式太阳能热发电系统的基本型式是利用一组独立跟踪太阳的定日镜，将阳光聚集到一个固定在塔顶部的接收器上，用以产生高温。80年代初，美国在南加州建成第一座塔式太阳发电系统装置--Solar One。起初，太阳塔采用水一蒸汽系统，发电功率为10兆瓦。1992年 Solar One经过改装，用于示范熔盐接收器和储热系统。由于增加了储热系统，使太阳塔输送电能的负载因子可高达65％。熔盐在接收器内由288℃加热到565℃，然后用于发电。第二座太阳塔 Solar Two于 1996年开始发电，计划 试运行三年，然后进行评估，Solar Two发电的实践不仅证明熔盐技术的正确性，而且将进一步加速3O～200兆瓦范围的塔式太阳能热发电系统的商业化。
　　以色列Weizmanm科学研究所最近正在对塔式系统进行改进。利用一组独立跟踪太阳的定日镜，将阳光反射到固定在塔的顶部的初级反射镜--抛物镜上，然后由初级反射镜将阳光向下反射到位于它下面的次级反射镜--复合抛物聚光器（ CPC），最后由CPC将阳光聚集在其底部的接收器上。通过接收器的气体被加热到1200℃，推动一台汽轮发电机组，500℃左右的排气再用于推动另一台汽轮发电机组，从而使系统的总发电效率可达到25％～ 28％。由于次级反射镜接收到很强的反射辐射能，因而CPC必须进行水冷。目前整个实验仍处于安装、调试阶段。
# U1 q: r7 \" ^* r* |2 k（3）碟式系统。
# E& O) d, V' H2 ]) i/ D2 ^! z5 I　　抛物面反射镜／斯特林系统是由许多镜子组成的抛物面反射镜组成，接收器在抛物面的焦点上，接收器内的传热工质被加热到75O℃左右，驱动发动机进行发电。
　　美国热发电计划与Cummins公司合作，1991年开始开发商用的7千瓦碟式／斯特林发电系统，5年投入经费1800万美元。1996年 Cummins向电力部门和工业用户交付 7台碟式发电系统，计划 1997年生产25台以上。Cummins预计10年后年生产超过1OOO台。该种系统适用于边远地区独立电站。
! X; ~( U) B% K% o0 Q" l　　美国热发电计划还同时开发25千瓦的碟式发电系统。25千瓦是经济规模，因此成本更加低廉，而且适用于更大规模的离网和并网应用。1996年在电力部门进行实验，1997年开始运行。
: T/ M/ d9 _" e* S* D8 y( S　　由于碟式／斯特林系统光学效率高，启动损失小，效率高达29％，在三类系统中位居首位。
6 s; L1 f3 d5 X6 v, P. k（4）三种系统性能比较。
　　三种系统目前只有槽式线聚焦系统实现了商业化，其他两种处在示范阶段，有实现商业化的可能和前景。三种系统均可单独使用太阳能运行，也可安装成燃料混合系统。  
　　我国太阳能热发电技术的研究开发工作早在70年代末就开始了，但由于工艺、材料、部件及相关技术未得到根本性的解决，加上经费不足，热发电项目先后停止和下马。国家"八五"计划安排了小型部件和材料的攻关项目，带有技术储备性质，目前还没有试验样机，与国外差距很大。
6 F* ^1 \, D1 D+ j& [6 f/ Q7 G4．太阳房
　　太阳房是直接利用太阳辐射能的重要方面。把房屋看作一个集热器，通过建筑设计把高效隔热材料、透光材料、储能材料等有机地集成在一起，使房屋尽可能多地吸收并保存太阳能，达到房屋采暖目的。太阳房概念与建筑结合形成了"太阳能建筑"技术领域，成为太阳能界和建筑界共同关心的热点。太阳房可以节约75％～90％的能耗，并具有良好的环境效益和经济效益，成为各国太阳能利用技术的重要方面。在太阳房技术和应用方面欧洲处于领先地位，特别是在玻璃涂层、窗技术、透明隔热材料等方面居世界领先地位。
　　我国太阳房开发利用自80年代初开始，截至1997年底，全国已经建起74O万平方米的太阳房，主要分布在山东、河北、辽宁、内蒙古、甘肃、青海和西藏的农村地区。其中，辽宁省的400所中小学校建造了被动式太阳房，总面积达5O万平方米。我国被动式太阳房平均每平方米建筑面积每年可节约2O～4O公斤标准煤。
( H2 y" y/ ?/ @' p+ x　　我国太阳房的发展目前还存在以下问题：太阳房的设计和建造没有和建筑真正结合起来变成建筑师的设计思想和概念，没有纳入建筑规范和标准，一定程度上影响快速发展和实现商业化。其次是相关的透光隔热材料、带涂层的控光玻璃、节能窗等没有商业化，使太阳房的水平受到限制。
9 g+ m" z4 m+ p! q" S# `　　用于蔬菜和花卉种植的太阳能温室在中国北方地区较多采用。全国太阳能温室面积总计约700万亩，发挥着较好的经济效益。
. M, J- T4 r6 q) I5．热利用的其他方面
4 ^9 G8 a8 D8 o- \9 s* l( L. C. ~　　我国是太阳灶的最大生产国，主要在甘肃、青海、西藏等西北边远地区和农村应用。目前大约有15万台太阳灶在使用中。主要为反射抛物面型。其开口面积在1．6～2．5平方米。每个太阳灶每年可节约300千克标准煤。
　　太阳能干燥是热利用的一个方面。目前我国已经安装了有1000多套太阳能干燥系统，总面积约2万平方米。主要用于谷物、木材、蔬菜、中草药于燥等。
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