聚光中温热利用或将成为奇兵
提起光热利用,许多人首先想到的或许是自家屋顶的太阳能热水器。的确,我国目前太阳能热利用的应用领域多为低温利用,我国也是全球最大的太阳能热水器生产国和使用国。而本文主要说的光热发电则属于光热高温利用,是光热利用范畴中一种相对高级的应用形式。
但光热利用领域其实是非常广的,家用热水器和光热发电都只是众多光热利用形式中的一种而已。具体来说,因集热温度的不同,太阳能热利用应用于不同的领域。集热和供应温度在40-100℃的,称为低温热利用,家用热水器即属此列;集热和供应温度在100-400℃的,称为中温热利用。太阳能中低温热利用,主要用于供热和制冷。集热和供应温度在400-800℃的,称为高温热利用,主要用于太阳能热发电。
下面我们主要聊一下聚光型中温热利用系统。
从工作原理来讲,聚光型中温热利用与光热发电系统一样,可以用槽式、塔式、碟式和菲涅尔式,可以使用水、导热油和熔盐等介质,通过热交换替代其他能源形式。
但从应用领域方面来讲,聚光型中温热利用温度区间更大,应用范围更广,也更贴近寻常百姓。可利用太阳能中温系统提供工业热源的领域主要包括:能源、建筑、食品加工、海水淡化、化学、造纸、木材加工、合成橡胶、纺织和烟草、制冷等,热能利用方式为水蒸气或热空气为主,主要应用温度集中在120~180℃范围。
随着光热发电行业逐步走向规模化,与其同宗同源的聚光型中温热利用行业必然将受到有益影响而获得前所未有的发展良机,而庞大的聚光型中温热利用领域的发展又可能将带动光热发电行业成本的进一步下降。
数据显示,我国工业能源消耗量占能源消费总量的70%以上,而工业用热在整个工业用能中约占50%。近年来,在造纸、食品、烟草、木材、化工、医药、纺织和塑料八大行业中,工业热水、蒸汽和干燥用能总量约在4.5亿吨标准煤左右,约占工业用能的20%,如果10%的能源来自于太阳能,则需要3亿-4亿平方米的集热器。而粗略计算来看,首批1.349GW光热发电示范项目所需集热面积仅为1400万平方米而已。
此外,工业锅炉的用能需求更大。据统计,我国目前在用燃煤工业燃煤锅炉约47万余台,每年消耗标准煤约4亿吨,约占我国煤炭消耗总量的1/4;排放二氧化碳约占全国排放总量的10%,占全国排放总量的21%。若全国锅炉都能与太阳能相结合,一年节约原煤约4000万吨,减排二氧化碳约8000万吨。太阳能产业的市场总量超过万亿。
2015年11月,国家能源局、国家发改委、环保部等七部委联合发布《燃煤锅炉节能环保综合提升工程实施方案》,规划到2018年,推广高效锅炉50万吨,淘汰落后燃煤锅炉40万吨,完成节能改造40万吨,提高燃煤工业锅炉运营效率6个百分点,计划节约4000万吨标准煤。
而通过利用太阳能锅炉以淘汰燃煤锅炉的思路有不少企业已经开始尝试并取得了良好效果。例如山东禹城鲁银集团便投资96万元建设了太阳能集热系统以替代原有2台燃煤锅炉,每天可将48吨20摄氏度的水升温到80摄氏度,每年可节约燃煤300吨以上,减少粉尘排放4.3吨,减少二氧化硫排放2.5吨。该项目每年可节约蒸汽费23万元,取得了良好的社会效益和经济效益。
国家发展和改革委员会能源研究所副研究员胡润青曾表示,随着太阳能热利用技术的进步,特别是太阳能中高温热利用技术的进步,太阳能热利用的应用领域不断拓展,从传统的民用热水拓展到建筑供暖、工业热水、制冷、发电等更多的领域。太阳能热利用的应用观念也在发生着转变,从传统的以太阳能为主的热水系统,转变为以太阳能作为常规能源系统的基础能源和辅助能源。
总体说来,聚光中温热利用的应用领域和市场空间都相当惊人,与光热发电一样,目前成本应该是行业发展的最大障碍。但由于聚光系统组成相近,光热发电行业启动所带来的规模化效益也势必将对聚光中温热利用行业带来一定利好,而这一巨大市场体量的行业一旦获得发展,所带来的规模化效益将更大,或将反过来带动光热发电行业的进一步发展,如此循环,一场光热依靠自身不同利用形式互相促进的良性发展模式有望上演。