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暖通动态

太阳能集热系统解决企业用热成本难题

时间:2019-3-14 15:58:55   作者:王文泷   来源:注册发布   评论:0
内容摘要:太阳能集热系统解决企业用热成本难题随着“煤改气”、“煤改电”双替代改造的实行,众多工业企业面热源成本迅速上涨、燃料价的不断攀升的现实问题,目前,成都禅德太阳电力有限公司(简称“成都禅德”)正积极推广和实践槽式太阳能集热系统...

太阳能集热系统解决企业用热成本难题


        随着“煤改气”、“煤改电”双替代改造的实行,众多工业企业面热源成本迅速上涨、燃料价的不断攀升的现实问题,市场亟需提供抑制能源成本增加的有效解决方案。

        经过30余年的产业化发展,太阳能已经从最初单一的生活热水领域向太阳能发电、工业蒸汽、农业生产、采暖、烘干、制冷、太阳能海水淡化等多重领域扩展。在雾霾严重影响健康和环境的今天,太阳能作为清洁可再生能源是促进节能减排、拯救环境的重要法宝。

        作为一种可再生能源技术,槽式太阳能集热系统的高效利用方式应运而生,并逐步走向实施落地。槽式太阳能集热系统,拥有更佳的适应性、经济性、安全性和稳定性,达到不同企业用热模式所要求的最佳耦合运行方案。


太阳能

DNI直接辐射值

1700

1600

1500

1400

1300

kwh/㎡/y

8h无储能

蒸汽价格

100

110

120

130

140

元/t


燃气锅炉

天然气价格

3.3

3.5

3.7

4

4.5

元/m3

蒸汽价格

288

305

320

350

390

元/t

电锅炉

度电价格

0.3

0.5

0.7

0.9

1.1

元/kwh

蒸汽价格

249

415

581

747

913

元/t

830kwh/t

中国供热信息网 http://www.china-heating.com/


案例一

项目名称:北京昌平美佳兴业槽式太阳能集热系统

建设日期:2019年3月建成投产

项目地点:北京市昌平区

建设规模:1蒸吨,集热器面积758.5平米。

        北京美佳兴业贸易有限公司成立于2001年,主要以种植食用菌、生产菌棒为主。企业集生产、加工、观光、采摘、科研、教学于一体,“公司+农户+合作社”的方式发展,生产有机、无公害食用菌。 基地面积600余亩,有温室大棚500多栋。

1、项目建设条件

北京昌平的年平均气温约为11.8℃,7月最热,月平均温度26℃。1月最冷,月平均温度-5℃。历史最低温度是-27.4℃。年平均降水量在550.3毫米。太阳能资源丰富区,日照小时数2684小时。太阳能锅炉系统安装在屋顶上,与电锅炉耦合使用。当地电价0.53元/kwh。

2、主要建设内容

设计使用中海阳槽式太阳能集热系统制取蒸汽,减少电耗量,降低运行费用。太阳能热量使用温度在170~180℃范围内。系统制取的蒸汽服务于菌类的生产工艺,蒸汽产量为1蒸吨/h,工作压力为0.5MPa。蒸汽制取系统压力在0.3-0.5MPa范围内。

3、主要设备

主要设备包括:槽式集热器、蒸汽发生器、传热介质循环系统、蒸汽输送系统、补水系统、控制系统等。集热器的标准为开口2.55m,选用2台0.5t的电磁锅炉作为辅助设备。

4、项目节能量

每年节约煤碳109吨,二氧化碳排放量减少296.48吨、二氧化硫排放量减少2.14吨、粉尘排放量减少1.07吨。


        目前,成都禅德太阳电力有限公司(简称“成都禅德”)正积极推广和实践槽式太阳能集热系统。考虑到目前的工业企业“煤改气、电”为主要的锅炉形式,成都禅德优先开展燃气锅炉、电锅炉用户的太阳能再节约替代方向,该集热系统对于生物质、醇基燃料、清洁煤等其他形式保留下来的锅炉,同样可行有效。同时,该公司根据用户的资源条件设计优化合理的多能互补模式。

        在设计阶段,其摈弃了目前光热发电槽式集热的相对高成本设计思想,利用更匹配应用温度区间采取降低集热温度(集热场出口温度由393℃下降至235℃左右)、从繁到简(采用4片反射镜组成的抛物线减少到2片组成)、从大到小(开口宽度从5770mm降低到3000mm,焦距从1710mm降低到950mm)、从长到短(集热器组合从150m减少到50m)的思路。这样使工程所需材料、导热介质及全系统的配置成本大幅下降,温度和压力的降低则使集热系统也降低了安全风险,反射镜采用两片的设计也极大的降低了施工安装成本。

        成都禅德利用当前市场常规的中高温槽式集热的技术,采取了提高增强的设计思维,在现有中高温集热器开口2550mm的基础上提高了14%的宽度比例,从而达到了2片反射镜产品设计的接近合理极限宽度,同时其焦距设计也在此基础上提高了10%,相应地,采光面积也提高了14%,加之对金属结构部分的优化设计,既可以保证性能,还可以降低成本。

        通过合理降级加上优化升级双重系统设计后,导热介质不仅仅是在最高温度的设计上控制在315°以下,更使导热油的冷凝点从14℃下降到-18℃,从而降低导热、传热系统的防凝成本。通过合理的优化设计,为打造更专业利用光热发电技术的累积经验,充分汲取中高温集热系统的应用特点,以适用于工业企业用热的广泛市场。



参数名称

光热发电

工业蒸汽

备注

SCE单元开口宽度

5770mm

3000mm

抛物线焦距

1710mm

950mm

SCE单元长度

12m

6m


SCE光学效率

≥77%

≥77%

入射角为0,风速≤7m/s

拦截因子

≥96.5%

≥96.5%

入射角为0°

钢结构主要材料

Q235B

Q235B


钢结构表面处理方式

热镀锌

热镀锌


使用寿命

≥25年

≥25年


集热管

3支

3支

Φ70mm/50mm/40mm

反射镜

28片

8片

RP3/RC3A

中国供热信息网 http://www.china-heating.com/


表:集热器单元(SCE)参数


        槽式太阳集热器,设计开口宽度为3000mm、焦距950mm,聚光比70倍左右,集热管可选用管径在40mm-60mm范围大小,适用更大范围的核心部件选择,有利于降低成本增加竞争力,能够满足温度在120℃~300℃范围内的用热需要。采取标准化模块单元每个SCE集热器单元(SCE=6000mm)的长度可以适用于6000mm,或者8000mm以及12000mm的不同场地空间需要灵活合理搭配,整个集热系统的标准回路按照200m设计,由4个标准的SCA集热器组合(SCA=50m)组成,整个系统的设计严格按照光热发电的光学效率控制每项核心部件的严格设计、精细制造、光学检测、过程控制、组装集成、系统优化。


参数名称

单位

光热发电

工业蒸汽

备注

总体长度

m

150

50


有效集热面积

817.5

134.8


SCE数量

12

8

单个SCE为12m/6m

支撑立柱

12

8


驱动立柱

1

1


驱动系统

1

1

液压/减速机

就地控制系统(LOC)

1

1


金属软管

2

2

或者回转接头

最大工作风速

m/s

14

14

风速等级7级

极限风速

m/s


33

33

停机保护状态下集热器不损坏,风速等级12级

工作环境温度范围

-25-50

-25~50


跟踪范围

°

  -30~180°

  -30~180°


中国供热信息网 http://www.china-heating.com/


表:集热器组合(SCA)整体参数


        考虑到集热系统不能影响建工业厂房高度的因素,采用槽式抛物线短焦距的技术形式,可以有效避免光污染问题;考虑到工业有效空间的最大利用,采取单轴跟踪技术能够提高光学接收效率(相比非跟踪技术),为建筑屋顶设计更轻便标准模块化的半抛物面型结构方式;集热系统采用导热油吸热传热换热,能够降低系统压力,提高系统安全稳定性,通过利用导热油缓冲罐的配置能够稳定输出给蒸汽发生器,经过蒸汽发生器内的换热器加热水,从而给客户提供稳定的蒸汽,避免云的遮挡给系统带来的不稳定影响;通过合理的设计储能方案,为用户提供更长时间的太阳能蒸汽利用小时数,目前针对储能的技术在可考虑配置低成本固体储热、导热油、低熔点盐、相变材料等多种模式,为不同用户的需要设计最佳的储热方案,以满足用户的蒸汽稳定需要。

        槽式太阳能集热系统可以和现有燃气锅炉、电锅炉耦合匹配使用,也可以根据项目情况配置有机朗肯、螺杆机等发电系统达到更高利用的模式。槽式集热器采用多倍聚光的方式,提高集热温度及热能品质,突破太阳能只能提供低于80℃热水的局限,专注于解决工业领域的蒸汽需求。


        透过合理优化提供稳定运行可靠的槽式太阳能集热技术,如何能给客户带来好处,是每个企业最为关心的问题,基于槽式光热技术的特性,是直接的光热转换利用,缩短了能量的转换模式。


        如今,槽式太阳能集热技术价值已经突显,以张家口张北地区光资源DNI1700kwh/m2/y为例,不考虑企业场地的成本,仅仅利用槽式太阳能工业蒸汽的技术产生的蒸汽价格低于175元/吨(准确数据需要根据场地规模大小进行核算);就目前的天然气价格参考3.75元/m3来测算,产生的蒸汽成本320元/吨左右,此价格没有考虑供暖季天然气价格上涨的风险,对于天然气未来价格会逐步上涨的风险,工业企业本身的利润率会被能源成本增加逐年抵消,在可预见的未来会让企业难以承受,相比5年前的蒸汽成本,其价格几乎接近翻番的窘境。


        在“煤改气”、“煤改电”之后的新时代,最佳的低成本槽式太阳能集热匹配耦合技术,必将会给企业带来低成本可再生能源多能互补利用时代。

        在未来,提高槽式太阳能集热系统优化,为广大工业企业节约能源成本,需要诸多相关企业携手设计制造、优化技术、精良装备、共赢市场,开展槽式太阳能集热系统的产业化、模块化、规模化、优化集成、合理利用的工业绿色动能发展之路。


作者:王文泷

电话:18511281565



标签:槽式太阳能集热系统 企业用热 太阳能取暖 企业供暖系统 供热节能减排 太阳能热利用 太阳能工业蒸汽 槽式太阳能集热技术 

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