中國太陽能熱利用進展與發(fā)展對策

中國太陽能熱利用進展與發(fā)展對策

近十年來中國太陽熱轉(zhuǎn)換方面的最突出的成績是實現(xiàn)了太陽集熱器和熱水器技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。 迄今中國已有500 多家大中型企業(yè)生產(chǎn)平板集熱器和真空管熱水器，2000 年銷售量達600 萬m 2 ，總保有量達2600 萬m 2 ，并以20%年增長率發(fā)展。

太陽熱轉(zhuǎn)換裝置的產(chǎn)業(yè)化使太陽能技術(shù)有可能在建筑節(jié)能的領(lǐng)域(熱水，采暖，空調(diào))發(fā)揮 它的潛力。中國的太陽能熱轉(zhuǎn)換產(chǎn)業(yè)正在與建筑界一起研究太陽熱水系統(tǒng)與建筑一體化問題， 并已有一些示范。太陽能空調(diào)已列入科技攻關(guān)，已有較大規(guī)模的示范裝置其經(jīng)濟性尚待評估。

中國太陽熱轉(zhuǎn)換技術(shù)的應(yīng)用有廣泛的市場。特別是西部開發(fā)中有潛力。本文也指出了當(dāng)前存在的發(fā)展障礙，并提出了有關(guān)政策和技術(shù)進步的建議。

1 引言

中國人口眾多，已接近13 億，其中70% 生活在農(nóng)村。近20 年來中國經(jīng)濟快速發(fā)展， 人民生活不斷提高，對能源的需求亦隨之遞增。煤是中國主要的一次能源的資源。燃煤引起的環(huán)境問題已成為中國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中的要認真對待的問題。

中國政府十分關(guān)注國家的人口，資源和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，并積極采取對策。她對 1992 年在里約日內(nèi)盧召開的聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會作出的全球可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的決議作了 迅速的反響。國務(wù)院于1994 年討論通過了關(guān)于中國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略與對策的白皮書 —《中 國21 世紀議程》。在該文件中指出: “把開發(fā)可再生能源放到國家能源發(fā)展戰(zhàn)略的優(yōu)先地 位….”，并“要加強太陽能直接和間接利用技術(shù)的開發(fā)”。在該文件的基礎(chǔ)上，國家計委，國家經(jīng)貿(mào)委和國家科委于1996 年聯(lián)合制定了《新能源和可再生能源發(fā)展綱要（1996 - 2010 ）》。

中國有較豐富的太陽能資源。其太陽輻射資源區(qū)劃分為四個資源帶：一類為資源豐富地區(qū)（H ≥6700 MJ/m 2 ）；二類為資源較豐富地區(qū)（H =5400 -6700 MJ/m 2 ）；三類為資源一 般地區(qū)（H =4000 -5400 MJ/m 2 ）和四類為貧乏地區(qū)（H<4200 MJ/m 2 ）。年太陽能總輻射量 超過5 MJ/m 2 ，年太陽輻照時數(shù)超過2200 小時的太陽能利用條件較好的地區(qū)占國土的2/3 ， 故開發(fā)太陽能利用是實現(xiàn)中國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的有效措施之一。 經(jīng)初步預(yù)測，到2010 年 太陽能利用可達4.67 Mtce 。在中國的特定條件下，太陽能熱利用已為農(nóng)村能源的開發(fā)做出 了貢獻。

2 太陽能熱利用在中國農(nóng)村能源建設(shè)中的貢獻

中國的太陽能熱利用技術(shù)研究開發(fā)始于20 世紀70 年代末，其重點置于簡單，價廉的 低溫?zé)崂�用的適用技術(shù)，如太陽能溫室，太陽灶，被動太陽房，太陽熱水器，和太陽干燥 器。這類技術(shù)在農(nóng)村得到推廣應(yīng)用，為緩解農(nóng)村能源短缺，改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境和農(nóng)民生活起了積極的作用，并收到了實效。目前已發(fā)展了600 萬畝太陽能溫室種植蔬菜，年收入300 億元以上，農(nóng)民的經(jīng)濟狀況得到了改善。在中國西北地區(qū)有30 萬臺太陽灶投入使用，每臺太陽灶每年節(jié)約600 -1000 公斤柴草。在農(nóng)村已安裝了750 萬m 2 的被動太陽房，每年總 共可節(jié)約18 萬噸標(biāo)煤。在中小城市和村鎮(zhèn)已安裝了1500 萬m 2 的太陽熱水器，年節(jié)約180 萬噸標(biāo)煤。這些成功的實踐充分表明低溫太陽能熱轉(zhuǎn)換技術(shù)確實在農(nóng)村能源建設(shè)中發(fā)揮了 重要作用，為持續(xù)發(fā)展的總目標(biāo)做出了貢獻。

3 蓬勃發(fā)展的中國太陽熱水器產(chǎn)業(yè)

20 世紀80 年代太陽熱水器列入國家“六·五”和“七·五”科技攻關(guān)項目。主要的 研發(fā)項目是高效平板太陽集熱器和全玻璃真空集熱管。在90 年代全玻璃真空集熱管的科技成果通過中試轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力—形成自行設(shè)計和配套的集熱管生產(chǎn)線是科技攻關(guān)的最杰出的 成果。產(chǎn)品上市后得到了用戶的認可。1986 年引進了加拿大的銅鋁復(fù)合平板集熱器板芯的生產(chǎn)線，并自行研制了與之配套的陽極氧化的選擇性涂層的生產(chǎn)線，它們使國內(nèi)的平板集 熱器的制造水平上了新臺階。在90 年代開發(fā)了熱管真空集熱管并已投產(chǎn)。 這些努力為中國太陽熱水器產(chǎn)業(yè)的誕生奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

隨著人們生活的不斷提高，對生活熱水需求的激增促進了太陽熱水器市場的迅速發(fā)展，成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的原動力。到2000 年中國已有約500 個具有一定規(guī)模生產(chǎn)的太陽能熱水器生 產(chǎn)企業(yè)。其中，有10 個企業(yè)的年銷售額超過1 億元，12 個的年銷售額在5000 萬至1 億元 之間，31 個在1000 萬至5000 萬之間。近年來，太陽熱水器的市場以30%的速率遞增，見 表1 。2000 年的銷售量已達600 萬m 2 ，總安裝量已達2600 萬m 2 �，F(xiàn)在，太陽熱水器的性 能價格比已可與電熱水器和燃氣熱水器相競爭，見表2 。它已與電熱水器和燃氣熱水器并列成為在市場上提供生活熱水三種設(shè)備之一。中國成為名副其實的世界上最大的太陽熱水 器的生產(chǎn)和應(yīng)用的國家

中國的太陽熱水器品種主要有真空管型熱水器（含熱管真空管型），平板型熱水器和悶曬型熱水器三大類，其市場份額見表2 。市場的地區(qū)分布見表 3 。

為加強對太陽熱水器產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)督，國家技術(shù)與產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督局先后頒布了以下五項有關(guān)太陽熱水器的國家標(biāo)準

• 平板太陽集熱器熱性能試驗方法 GB/T4271 -2000 (為原標(biāo)準GB4271-84 的修訂版)
• 平板太陽集熱器產(chǎn)品技術(shù)條件 GB/T6424-1997 (為原標(biāo)準GB6424-86 的修訂版)
• 家用太陽熱水器的熱性能試驗方法 GB 12915-1991
• 全玻璃真空集熱管 GB/17049-1997
• 全玻璃真空管太陽集熱器GB/T17683-1999

4 太陽能熱利用與節(jié)能建筑

4.1 太陽能熱利用在節(jié)能建筑中的重要地位

建筑業(yè)，交通運輸和工業(yè)一直是三大耗能用戶，在發(fā)達國家建筑能耗已占總能耗的 25 -40%。 在 建筑能耗中，采暖，制冷，空調(diào)和熱水占75%。太陽能低溫?zé)徂D(zhuǎn)換技術(shù)能 實現(xiàn)以合理成本來滿足部分建筑用能的需求。 因而它作為一種建筑節(jié)能技術(shù)將有寬廣的市 場。 在20 世紀 90 年代中國建筑用能以采暖為主，采暖占總能耗的12%。隨著改革開放， 人民生活不斷提高，商品住宅開發(fā)已將成為國民經(jīng)濟的主要支柱產(chǎn)業(yè)之一。據(jù)1996 年統(tǒng)計： 已建成的建筑有310 億m 2 ，在1995 — 2000 年間新建住宅 55 億m 2 ，到2010 年新建住 宅將增至 150 億m 2 ，建筑用能亦將急劇增加，接近發(fā)達國家的水平。為此，建設(shè)部制定了《建筑節(jié)能技術(shù)政策1996 — 2010 》，其目標(biāo)是在1996 — 2000 年，在新建住宅的采暖 能耗要在1980 年當(dāng)?shù)赝ㄓ迷O(shè)計能耗的基礎(chǔ)上節(jié)約 50%；從2005 年起新建住宅的采暖能耗 因在2000 年的基礎(chǔ)上再節(jié)約30%。文件指出：在太陽能較豐富的地區(qū)要積極推廣太陽能利 用。它將太陽能熱利用納入國家建筑節(jié)能的范疇，為太陽能利用發(fā)展奠定了重要的政策基礎(chǔ)。目前在城市中30%的家庭擁有熱水設(shè)備。 生活熱水能耗將是建筑能耗中不可忽略的份 額。而太陽熱水技術(shù)是目前太陽熱利用中最為成熟的技術(shù)，用太陽能解決住宅的部分生活熱水將是太陽能在建筑中應(yīng)用的首選。

4.2 太陽熱利用系統(tǒng)與建筑結(jié)構(gòu)的一體花

目前在中國，用于建筑的太陽熱利用系統(tǒng)是太陽熱水器和被動太陽采暖。被動太陽房本身就是通過建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計和新材料的應(yīng)用來實現(xiàn)太陽能采暖的技術(shù)。而在近十多年來， 在大量的現(xiàn)有建筑上，特別是住宅建筑上，就地零亂地安裝太陽熱水器，普遍出現(xiàn)了熱水器與建筑美學(xué)不協(xié)調(diào)的問題，在一定程度上影響了城市的景觀，而且又增加了工程安裝的 造價。澈底解決的辦法是預(yù)先將太陽能裝置（包括集熱器，熱水箱，管道和附件等）的布置考慮到建筑設(shè)計中去，實現(xiàn)太陽能系統(tǒng)與建筑的一體化。這個戰(zhàn)略措施必將起到擴大和 規(guī)范太陽熱水器的市場，推動太陽能熱利用產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展的積極作用。1996 年在全國 建筑節(jié)能大會期間，中國農(nóng)村能源行業(yè)協(xié)會太陽能熱利用專委會組織了50 家太陽熱水器生 產(chǎn)廠商參加建筑節(jié)能的展覽會，開創(chuàng)了太陽熱利用產(chǎn)品及進入建筑業(yè)的先驅(qū)。太陽熱水器生產(chǎn)廠商也看到了與建筑一體化的市場前景。目前，在江蘇，浙江，安徽，山東和北京等 地已有一些太陽熱水器生產(chǎn)廠商主動聯(lián)合當(dāng)?shù)氐慕ㄖ�設(shè)計院進行太陽熱水器與小區(qū)住宅一體化設(shè)計的試點和示范。取得了較好的效果。成果有待總結(jié)。

4.3 太陽能空調(diào)

近年來，隨著太陽熱水系統(tǒng)的成功開發(fā)利用，進一步開發(fā)太陽能熱水，采暖和空調(diào)的綜合系統(tǒng)，擴大太陽能熱利用的范圍已提到日程上來。太陽能熱驅(qū)動的空調(diào)系統(tǒng)列入國家 攻關(guān)項目，分別在山東乳山和廣東江門設(shè)立示范工程項目，并取得了有價值的結(jié)果。

1) 山東乳山項目 該項目是為一個新建的體育館（1000 m 2 建筑面積）在夏季提供空調(diào)，冬季采暖，春秋 季供應(yīng)熱水。它于1999 年完成。該系統(tǒng)擁有2160 支熱管真空集管，凈吸熱面積為364 m 2 和一臺溴化鋰吸收式制冷機組。集熱器的布置與建筑屋頂一體化。 在典型的夏日 可提供1777.4 MJ/日的冷量，制冷COP=0.6 —0.7 。而在典型的冬日可提供 2996.6 MJ/ 日的供暖熱能，在春，秋季能提供32000 立升的45C 的熱水。

2) 廣東江江門項目 該項目是為一座辦公大廈的一層(600 m 2 )的空調(diào)和整個大樓的熱水。它采用了500 m 2 的平板集熱器和100kW 兩級溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)。它于1996 能建成。 這些綜合系統(tǒng)的經(jīng)濟性尚待進一步的評估。

5 太陽能熱利用的發(fā)展?jié)摿τ铚y

在下10 — 15 年間低溫太陽熱利用仍是太陽熱利用的發(fā)展主流。太陽能系統(tǒng)與建筑一 體化的理念為太陽熱利用開拓了發(fā)展空間。太陽熱水器的發(fā)展預(yù)測見表4 。

在太陽資源豐富的一類地區(qū)，如西藏，甘肅，新疆，青海和寧夏等部分地區(qū)，有發(fā)展中高溫太陽熱利用的前景，如工業(yè)用熱或熱發(fā)電。它取決與技術(shù)進步和資金的到位

表4. 太陽熱水器的發(fā)展及其效益預(yù)測

6 發(fā)展對策

6.1 目前存在的障礙

• 太陽熱水器市場規(guī)范不力，產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊。
• 對中高溫轉(zhuǎn)換技術(shù)的研究科技投入不足，至今尚無優(yōu)秀的成果。
• 無可操作的激勵體制。
• 管理體制不明確氧氣分析儀·氣味檢測器·臭氧檢測儀·冰箱空調(diào)泄露檢測。

6.2 政策建議

• 政府有關(guān)部門要在<建筑節(jié)能技術(shù)政策(1996-2010)> 的基礎(chǔ)上，制定相應(yīng)的
• 鼓勵太陽能在建筑中應(yīng)用的法規(guī)。
• 進一步擴大市場，結(jié)合西部大開發(fā)計劃的實施，將太陽熱利用的技術(shù)和產(chǎn)品 推向西部市場。
• 制定激勵政策，拓寬資金渠道，強化科技投入。
• 加強對太陽能熱利用產(chǎn)品的質(zhì)量監(jiān)督，確立質(zhì)量認證制度。
• 要加強國際合作，推動技術(shù)進步。

6.3 技術(shù)進步

• 太陽能低溫?zé)徂D(zhuǎn)換系統(tǒng)與建筑一體化仍需組織攻關(guān)，鼓勵創(chuàng)新，最終要提出
• 可參考的標(biāo)準圖。 要開發(fā)和推廣使用太陽能熱利用系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的應(yīng)用軟件。
• 太陽能空調(diào)要在示范的基礎(chǔ)上認真做好經(jīng)濟性評價并要在提高系統(tǒng)的性能 指標(biāo)上繼續(xù)攻中高溫轉(zhuǎn)換系統(tǒng)研究開發(fā)要有高的起點，吸取國外的先進技術(shù)和經(jīng)驗教訓(xùn)。