中国太阳能热利用进展与发展对策

中国太阳能热利用进展与发展对策摘要：中国12亿人口，70%生活在农村。中国的一次能源供应仍以煤为主。中国有较丰富的太阳能资源。太阳热转换技术在中国已有20余年的发展历史，重点发展低温热转换技术。至今在农村已发展了600万亩太阳能温室种植蔬菜，在西北有30万台太阳灶为农户提供炊事能源，已建成750万平方米的被动太阳房，和安装了1500万平方米的太阳热水器。太阳能热转换技术在缓解农村能源短缺，保护农村生态环境提高农民生活质量方面已取得显著成效。关键词：太阳能热利用进展发展对策近十年来中国太阳热转换方面的最突出的成绩是实现了太阳集热器和热水器技术的产业化。迄今中国已有500多家大中型企业生产平板集热器和真空管热水器，2000年销售量达600万m2，总保有量达2600万m2，并以20%年增长率发展。太阳热转换装置的产业化使太阳能技术有可能在建筑节能的领域(热水，采暖，空调)发挥它的潜力。中国的太阳能热转换产业正在与建筑界一起研究太阳热水系统与建筑一体化问题，并已有一些示范。太阳能空调已列入科技攻关，已有较大规模的示范装置其经济性尚待评估。中国太阳热转换技术的应用有广泛的市场。特别是西部开发中有潜力。本文也指出了当前存在的发展障碍，并提出了有关政策和技术进步的建议。1引言中国人口众多，已接近13亿，其中70%生活在农村。近20年来中国经济快速发展，人民生活不断提高，对能源的需求亦随之递增。煤是中国主要的一次能源的资源。燃煤引起的环境问题已成为中国可持续发展战略中的要认真对待的问题。中国政府十分关注国家的人口，资源和环境的可持续发展，并积极采取对策。她对1992年在里约日内卢召开的联合国环境与发展大会作出的全球可持续发展战略的决议作了迅速的反响。国务院于1994年讨论通过了关于中国可持续发展战略与对策的白皮书—《中国21世纪议程》。在该文件中指出:“把开发可再生能源放到国家能源发展战略的优先地位….”，并“要加强太阳能直接和间接利用技术的开发”。在该文件的基础上，国家计委，国家经贸委和国家科委于1996年联合制定了《新能源和可再生能源发展纲要（1996-2010）》。中国有较丰富的太阳能资源。其太阳辐射资源区划分为四个资源带：一类为资源丰富地区（H≥6700MJ/m2）；二类为资源较丰富地区（H=5400-6700MJ/m2）；三类为资源一般地区（H=4000-5400MJ/m2）和四类为贫乏地区（H4200MJ/m2）。年太阳能总辐射量超过5MJ/m2，年太阳辐照时数超过2200小时的太阳能利用条件较好的地区占国土的2/3，故开发太阳能利用是实现中国可持续发展战略的有效措施之一。经初步预测，到2010年太阳能利用可达4.67Mtce。在中国的特定条件下，太阳能热利用已为农村能源的开发做出了贡献。2太阳能热利用在中国农村能源建设中的贡献中国的太阳能热利用技术研究开发始于20世纪70年代末，其重点置于简单，价廉的低温热利用的适用技术，如太阳能温室，太阳灶，被动太阳房，太阳热水器，和太阳干燥器。这类技术在农村得到推广应用，为缓解农村能源短缺，改善农村生态环境和农民生活起了积极的作用，并收到了实效。目前已发展了600万亩太阳能温室种植蔬菜，年收入300亿元以上，农民的经济状况得到了改善。在中国西北地区有30万台太阳灶投入使用，每台太阳灶每年节约600-1000公斤柴草。在农村已安装了750万m2的被动太阳房，每年总共可节约18万吨标煤。在中小城市和村镇已安装了1500万m2的太阳热水器，年节约180万吨标煤。这些成功的实践充分表明低温太阳能热转换技术确实在农村能源建设中发挥了重要作用，为持续发展的总目标做出了贡献。3蓬勃发展的中国太阳热水器产业20世纪80年代太阳热水器列入国家“六·五”和“七·五”科技攻关项目。主要的研发项目是高效平板太阳集热器和全玻璃真空集热管。在90年代全玻璃真空集热管的科技成果通过中试转化为生产力—形成自行设计和配套的集热管生产线是科技攻关的最杰出的成果。产品上市后得到了用户的认可。1986年引进了加拿大的铜铝复合平板集热器板芯的生产线，并自行研制了与之配套的阳极氧化的选择性涂层的生产线，它们使国内的平板集热器的制造水平上了新台阶。在90年代开发了热管真空集热管并已投产。这些努力为中国太阳热水器产业的诞生奠定了物质基础。随着人们生活的不断提高，对生活热水需求的激增促进了太阳热水器市场的迅速发展，成为产业发展的原动力。到2000年中国已有约500个具有一定规模生产的太阳能热水器生产企业。其中，有10个企业的年销售额超过1亿元，12个的年销售额在5000万至1亿元之间，31个在1000万至5000万之间。近年来，太阳热水器的市场以30%的速率递增，见表1。2000年的销售量已达600万m2，总安装量已达2600万m2。现在，太阳热水器的性能价格比已可与电热水器和燃气热水器相竞争，见表2。它已与电热水器和燃气热水器并列成为在市场上提供生活热水三种设备之一。中国成为名副其实的世界上最大的太阳热水器的生产和应用的国家中国的太阳热水器品种主要有真空管型热水器（含热管真空管型），平板型热水器和闷晒型热水器三大类，其市场份额见表2。市场的地区分布见表3。为加强对太阳热水器产品质量的监督，国家技术与产品质量监督局先后颁布了以下五项有关太阳热水器的国家标准平板太阳集热器热性能试验方法GB/T4271-2000(为原标准GB4271-84的修订版)平板太阳集热器产品技术条件GB/T6424-1997(为原标准GB6424-86的修订版)家用太阳热水器的热性能试验方法GB12915-1991全玻璃真空集热管GB/17049-1997全玻璃真空管太阳集热器GB/T17683-19994太阳能热利用与节能建筑4.1太阳能热利用在节能建筑中的重要地位建筑业，交通运输和工业一直是三大耗能用户，在发达国家建筑能耗已占总能耗的25-40%。在建筑能耗中，采暖，制冷，空调和热水占75%。太阳能低温热转换技术能实现以合理成本来满足部分建筑用能的需求。因而它作为一种建筑节能技术将有宽广的市场。在20世纪90年代中国建筑用能以采暖为主，采暖占总能耗的12%。随着改革开放，人民生活不断提高，商品住宅开发已将成为国民经济的主要支柱产业之一。据1996年统计：已建成的建筑有310亿m2，在1995—2000年间新建住宅55亿m2，到2010年新建住宅将增至150亿m2，建筑用能亦将急剧增加，接近发达国家的水平。为此，建设部制定了《建筑节能技术政策1996—2010》，其目标是在1996—2000年，在新建住宅的采暖能耗要在1980年当地通用设计能耗的基础上节约50%；从2005年起新建住宅的采暖能耗因在2000年的基础上再节约30%。文件指出：在太阳能较丰富的地区要积极推广太阳能利用。它将太阳能热利用纳入国家建筑节能的范畴，为太阳能利用发展奠定了重要的政策基础。目前在城市中30%的家庭拥有热水设备。生活热水能耗将是建筑能耗中不可忽略的份额。而太阳热水技术是目前太阳热利用中最为成熟的技术，用太阳能解决住宅的部分生活热水将是太阳能在建筑中应用的首选。4.2太阳热利用系统与建筑结构的一体花目前在中国，用于建筑的太阳热利用系统是太阳热水器和被动太阳采暖。被动太阳房本身就是通过建筑结构设计和新材料的应用来实现太阳能采暖的技术。而在近十多年来，在大量的现有建筑上，特别是住宅建筑上，就地零乱地安装太阳热水器，普遍出现了热水器与建筑美学不协调的问题，在一定程度上影响了城市的景观，而且又增加了工程安装[来源:论文天下论文网lunwentianxia.com]的造价。澈底解决的办法是预先将太阳能装置（包括集热器，热水箱，管道和附件等）的布置考虑到建筑设计中去，实现太阳能系统与建筑的一体化。这个战略措施必将起到扩大和规范太阳热水器的市场，推动太阳能热利用产业的进一步发展的积极作用。1996年在全国建筑节能大会期间，中国农村能源行业协会太阳能热利用专委会组织了50家太阳热水器生产厂商参加建筑节能的展览会，开创了太阳热利用产品及进入建筑业的先驱。太阳热水器生产厂商也看到了与建筑一体化的市场前景。目前，在江苏，浙江，安徽，山东和北京等地已有一些太阳热水器生产厂商主动联合当地的建筑设计院进行太阳热水器与小区住宅一体化设计的试点和示范。取得了较好的效果。成果有待总结。4.3太阳能空调近年来，随着太阳热水系统的成功开发利用，进一步开发太阳能热水，采暖和空调的综合系统，扩大太阳能热利用的范围已提到日程上来。太阳能热驱动的空调系统列入国家攻关项目，分别在山东乳山和广东江门设立示范工程项目，并取得了有价值的结果。1)山东乳山项目该项目是为一个新建的体育馆（1000m2建筑面积）在夏季提供空调，冬季采暖，春秋季供应热水。它于1999年完成。该系统拥有2160支热管真空集管，净吸热面积为364m2和一台溴化锂吸收式制冷机组。集热器的布置与建筑屋顶一体化。在典型的夏日可提供1777.4MJ/日的冷量，制冷COP=0.6—0.7。而在典型的冬日可提供2996.6MJ/日的供暖热能，在春，秋季能提供32000立升的45C的热水。2)广东江江门项目该项目是为一座办公大厦的一层(600m2)的空调和整个大楼的热水。它采用了500m2的平板集热器和100kW两级溴化锂吸收式制冷系统。它于1996能建成。这些综合系统的经济性尚待进一步的评估。5太阳能热利用的发展潜力予测在下10—15年间低温太阳热利用仍是太阳热利用的发展主流。太阳能系统与建筑一体化的理念为太阳热利用开拓了发展空间。太阳热水器的发展预测见表4。在太阳资源丰富的一类地区，如西藏，甘肃，新疆，青海和宁夏等部分地区，有发展中高温太阳热利用的前景，如工业用热或热发电。它取决与技术进步和资金的到位表4.太阳热水器的发展及其效益预测6发展对策6.1目前存在的障碍太阳热水器市场规范不力，产品质量良莠不齐。对中高温转换技术的研究科技投入不足，至今尚无优秀的成果。无可操作的激励体制。管理体制不明确。6.2政策建议政府有关部门要在建筑节能技术政策(1996-2010)的基础上，制定相应的鼓励太阳能在建筑中应用的法规。进一步扩大市场，结合西部大开发计划的实施，将太阳热利用的技术和产品推向西部市场。制定激励政策，拓宽资金渠道，强化科技投入。加强对太阳能热利用产品的质量监督，确立质量认证制度。要加强国际合作，推动技术进步。6.3技术进步太阳能低温热转换系统与建筑一体化仍需组织攻关，鼓励创新，最终要提出可参考的标准图。要开发和推广使用太阳能热利用系统优化设计的应用软件。太阳能空调要在示范的基础上认真做好经济性评价并要在提高系统的性能指标上继续攻中高温转换系统研究开发要有高的起点，吸取国外的先进技术和经验教训。一篇关于建造宇宙太阳能发电站的论文所谓宇宙太阳能发电站是指在宇宙空间进行大规模的太阳能发电，然后通过无线电波将电力输送到地面。此系统如果建成，人类将会获得取之不尽的绿色能源。1990年，日本政府在休斯顿举行的各国政府首脑会议上提出了“地球新生计划”，该计划列出了今后100年可使地球环境新生的战略技术，这就是核聚变和宇宙太阳能发电。所谓太阳能发电就是利用半导体将光能直接转换成电能的发电方法，利用当前的技术可将10％的光能转换成电能。为使发电过程不排放对人体有害的氮氧化物等气体、放射性废弃物及造成地球变暖的二氧化碳，人们期待着开发绿色发电技术。依靠太阳光发电不仅能满足人类活动所需的大部分能源，而且能对地球环境问题的解决做出重大贡献。但是，在地面上每平方米太阳能仅能获得约1千瓦的电力，而且太阳能的利用还要受天气因素的影响。为了弥补这一不足，有人曾提出在日照充足的沙漠地带建造大规模太阳光发电站的设想，但在地面上夜间不能发电。利用阳光发电的最好方法是不断地用太阳能在宇宙空间发电。1968年，美国人格雷齐尔提出了建造宇宙太阳能发电卫星的设想。他提出将卫星发射到静止轨道，然后利用微波将太阳电池获得的电力送到地面，这样人类便可获得无限的绿色能源。静止轨道就是位于赤道上