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分析太陽能熱利用工業領域發展前景


我國已具有良好的太陽能的技術基礎太陽能集熱器年產量超過4000萬平米,占世界70%以上;全國集熱面積保有量達到4.42億平方米,年節煤量約6619萬噸,減排二氧化碳約14218萬噸,保持著全球制造和應用大國地位。我國太陽能熱利用仍以生活熱水為主,逐漸向太陽能采暖、制冷、海水淡化等領域擴展,其中工農業應用也一個新的發展方向。國務院印發的《“十二五”節能減排綜合性方案》第十七條表明,加強工業節能減排,重點推進鋼鐵、石油石化、建材、造紙、印染、食品加工等行業節能減排,并實行印染、電力、鋼鐵、造紙等行業主要污染物排放總控量。
“十二五”已經過去,太陽能熱利用行業中的部分先進性企業在過去的五年中已在工農業小有成就。2015年底,中國太陽能熱利用產業聯盟在向國家能源局提交的光熱“十三五”征求意見稿中提及,工農業應用是“十三五”太陽能熱利用行業的重點項目,在新增的5.5億平方米保有量中,工農業應用與海水淡化、苦水處理等項目要有1.5億平方米的保有量。
1太陽能對工業領域的貢獻
1.1太陽能在印染中的應用
印染企業在生產過程中采用的太陽能熱水系統需要在50℃~130℃的溫度下對加工物進行退漿、煮煉、漂白及絲光后水洗煉。采用太陽能分散收集、集中換熱可大規模地應用在紡織印染行業,經太陽能進一步提高溫度60℃~80℃。儲存于高溫水箱中,然后向印染車間的熱水設備供應熱水。
在充分考慮印染污水的復雜性對熱能回收的影響,利用太陽能把水預熱后再用蒸汽加熱,可加快熱水升溫,可提高生產效率20%~25%以上,不必增加生產設備就可增加產能。印染企業利用太陽能技術可減少蒸汽用量、燃煤量,進而減少二氧化碳、二氧化硫等的排放。例如,江蘇凱達印染廠安裝在廠房樓頂太陽能集熱面積1.508萬平方米,日產50℃水能力1300噸,年節約蒸汽20000噸,按目前蒸汽220元/噸折算,年節約費用440萬元。
1.2太陽能加熱在建材業中應用——蒸汽養護
蒸壓養護工藝是為了使制品進行充分有效的養護而制定的有關溫度和時間的具體控制措施。
其工藝以水蒸汽為熱媒,在蒸壓釜壓力容器與適當的蒸汽壓力下達到必要的高溫來實現的。蒸壓釜內的蒸汽給被養護的制品提供了水熱合成反應的必要條件———溫度、濕度和必要的時間。
蒸汽養護需經過“抽真空-升溫-恒溫-降溫”四個階段。恒溫相對濕度不低于90%,其水泥制品最高溫度如表1所示。恒溫時間因蒸養設施效率、水泥品種、摻混凝土外加劑情況、壁厚度而異,應以保證脫模強度為準,一般不少于3小時。
1.3太陽能鍋爐
太陽能鍋爐是指通過太陽能集熱系統產生大量熱水和蒸汽的太陽能系統。可替代或與常規鍋爐結合使用,能夠替代常規能源50%~90%的能源消耗,從而節省使用常規能源(煤、電、氣)所產生的費用,經濟效益高;無排放、無污染,屬于環保節能設備,節能減排效果顯著。
山東力諾瑞特新能源有限公司總體建設規模為10噸太陽能綜合利用鍋爐,共布置太陽能集熱器1728片,總集熱面積5184平方米。每年可節約標煤875噸,減排二氧化碳2275噸,投資回收期4.9年,具有較好的社會效益、環保效益。
山東金號織業有限公司太陽能鍋爐系統項目一期為8583平方米太陽能集熱器集中安裝在整染車間2.5萬平方米房頂,布置既不影響廠房與周邊景觀配套風格,也不影響房頂防水層。項目全年日平均提供70℃、300噸左右熱水用于整染車間生產,每年可節約811噸標準煤,減排二氧化碳約2109噸,具有良好的環境、經濟和社會效益,靜態投資回收期3.2年。
2太陽能工業熱利用市場潛力
根據上海交通大學計算,2015年我國工業總能耗約21億噸標煤,太陽能替代傳統能源的10%,則2015年節省標煤2261.46萬噸,按1000元/噸成本計算,則節約226.1億元,同時每年可以減排7000萬噸左右的二氧化碳。若太陽能集熱器的壽命按15年計算,若投資回收期為5年,在壽命期內可省2261億元。
3太陽能在工業領域應用中的障礙
太陽能工業應用示范案例少,影響小;雖然運行費用低,但投資成本高,但很多情況下回收期超過預期。規范標準方面,目前為止,僅少數機構具有太陽能工業熱利用項目的安裝經驗,并且缺乏合適的規劃指導及技術文件。最關鍵的是,研究太陽能中高溫應用與太陽能工業應用的人才比較匱乏,直接阻礙了太陽能工業加熱領域的騰飛,因此,不論是工業領域還是整個太陽能熱利用行業都對專業研究太陽能工農業等新領域的人才求賢若渴、翹首以盼。
4結語
根據“十二五”目標,到2015年底,單位工業增加值能源消耗量比2010年降低20%。“十三五”已迎來開局之年,從上交國家能源局的“十三五”征求意見稿及國家近年來頒發的關于治理環境、節能減排、綠色經濟等政策中可以窺探,治理環境污染的節能減排的力度將只增不減,太陽能熱利用作為清潔、可再生能源在替代煤炭資源上必然大有作為。工業用熱溫度大部分在80℃~180℃,特殊用熱在250℃左右。隨著太陽能中高溫技術的研發,太陽能工業應用的領域會不斷擴大。

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