订阅我们的时事通讯并保持更新
我们使用cookies是为了给您提供更好的体验。继续浏览本网站,即表示您同意我们按照我们的条款使用cookies饼干的政策.
2012年,江森自控公司(Johnson Controls Inc.)发表了一篇名为《太阳能热能:时代已经到来》的白皮书。在这篇文章中,我指出,“太阳能加热,通常被光伏系统所掩盖,是最具成本效益的现场可再生能源。它为公共和私人组织节省化石燃料、削减成本和减少碳排放提供了巨大的机会。”是什么改变了?这些事实在今天更加真实。
在白皮书中,我讨论了太阳能热水在美国的技术潜力;每年可节省一千万亿英热单位的能源,节省数十亿美元的能源成本,减少5000万至7500万吨的二氧化碳排放。
这些数字可能只是理论上的,但它们说明了太阳能热技术取代化石燃料、抵消气候变化、为建筑、企业主和工业过程节省资金(数十万美元)的巨大可能性。
对于那些只知道太阳能是光伏(PV)的人来说,还有另一种太阳能技术具有显著减少温室气体(GHG)排放的潜力,通常被称为另一种太阳能“白肉”;除了太阳能热发电(CSP)之外,它基本上被大多数州和能源部、联邦能源和研发项目所忽视。其他“白肉”的常见用途,或者我应该说其他太阳能技术包括:游泳池加热,锅炉水预热,生活用水和空间加热,空调和高温加热广泛的商业和工业过程,如工业过程加热(IPH)。
国家可再生能源实验室的Parthiv Kurup和Craig Turchi最近进行了一项名为“美国西南部CSP工业过程热潜力的初步调查”的研究,研究了基于太阳能输送和设施温度要求的不同CSP技术的技术潜力和应用。对加州的评估表明,技术热能潜力接近23000太瓦时/年。,远高于估计的每年约48万亿瓦特的需求。加州的工业部门主要利用天然气生产IPH。该报告验证了商业太阳能工业过程热(SIPH)工厂的贡献和机会,这正在成为一个增长型行业,并有机会重新建立太阳能热加热的贡献。
该报告还指出,“在20世纪70年代产生了巨大兴趣,但部署相对较少之后,将太阳能技术用于热应用,包括提高石油采收率(EOR),海水淡化和工业过程热(IPH),再次受到全球的关注。”特别是,欧盟(EU)在SIPH电厂的使用、开发、部署和跟踪方面一直处于领先地位。在非住宅领域,太阳能热技术的用户包括酒店、医院、监狱、餐馆和自助餐厅、政府大楼、大学和学校、体育设施、制造工厂和洗衣店。”
这些都是增长市场,并不局限于欧洲和美国西南部,这些应用在全国的每个社区和城市。该行业和大学,如加州大学默塞德太阳能实验室和国家实验室,继续开发高温聚光技术,能够从230华氏度到350华氏度或更高的温度,并在CSP的存储方面取得进展。美国能源部也在投资研发先进的聚光太阳能发电(CSP)技术,以生产1200华氏度以上的电能。
重要的事实是,SIPH工厂能够达到350华氏度的太阳能热技术目前在市场上是经济可行的。
在当今的可再生能源市场,由于技术效率和成本优势,太阳能热收集系统比任何其他太阳能技术提供更低的平准化能源成本(LCOE),因此比任何其他技术都有更好的商业案例,获得更广泛的市场接受。当综合考虑LCOE、美国相对较低的市场渗透率和太阳能光热市场的制造需求需求时,就会发现巨大的投资机会。
SIPH应用需要高温热技术,这可能需要较大的表面积和跟踪系统,增加了大量的硬件和操作维护成本。这些集中技术需要直接光束辐射,这限制了它们在沙漠和干燥环境中的应用,并且通常在扩散辐射中有重大的生产损失,这构成了美国和整个加勒比地区的大部分地区。新的外部集中抛物面收集器(XCPC)系统是无跟踪的,使用直接和全球水平(扩散)辐射,可以在任何气候下应用。
目前,太阳能热技术面临一些阻力,但长期趋势似乎对其有利。目前,由于水力压裂(fracking)作业大幅增加了国内供应,太阳能供暖取代的主要燃料天然气的价格处于较低水平。
燃料和大宗商品价格本质上是周期性的。2008年,在经济大衰退之前,天然气价格接近历史高点。随着美国出口更多的天然气,随着公用事业公司增加燃气调峰电厂,用小型燃气轮机取代用于基本负荷的老旧、污染严重的燃煤电厂,价格可能会再次上涨。液化天然气(LNG)出口产量的增加以及压缩天然气(CNG)作为公共汽车、出租车、汽车和各种车队燃料的广泛接受,也有可能扩大规模。
越来越多的州和公用事业公司为可再生能源的安装提供奖励和回扣。此外,可再生能源组合标准(RPS),或某种可再生能源要求,已经在大约40个州通过,要求公用事业公司从可再生能源中获得特定比例的电力。其中,大约有16个国家允许太阳能热能达到目标。
电力公司、市政当局和一些州立法机构已经制定了利用光伏发电来满足RPS要求的激励措施和营销活动。正如我刚才所说,在包括太阳能热水的16个州中,13个州允许太阳能空间加热,11个州包括太阳能工业过程加热,以符合RPS的资格。为住宅、商业和工业应用开发太阳能热激励计划还有很多工作要做。很明显,行业和行业协会已经让光伏行业主导了州和国家立法机构和公用事业委员会的讨论。很明显,太阳能热能的潜在用户和管理者可能不完全了解它或欣赏它的多功能性和价值。如今,这是一个不同的行业。这不是关于加热水;它是关于工业过程热,清洁水和空调。
加州能源委员会(California Energy Commission)再次引领能源独立、可再生能源和能源效率的发展,以减少碳排放。该委员会发布了一份RFP,用于先进的热水系统示范、先进的暖通空调和建筑围护结构示范、综合天然气系统示范和应用研究战略,以及零净能耗建筑和规范和标准。
机会比你看到的要多
太阳能热最广泛的应用是水加热。平均而言,每安装一个这样的系统来代替电热水器,0.5千瓦的峰值需求从公用事业公司的负荷中推迟。当像夏威夷这样的公用事业太阳能热水项目安装了数千台太阳能热水器来取代电力时,需求的减少是以兆瓦来衡量的。
商用太阳能热水系统将取代天然气锅炉产生的热水。在更大的范围内,商业SIPH工厂将为以下方面提供必要的能源:
空间加热
与太阳能热水系统类似,这些系统通常使用更多的太阳能集热器,更大的存储单元和更复杂的设计。需要集中或跟踪太阳能热技术来满足空间热负荷。对于水力强迫空气加热系统(180F)所需的更高温度,平板收集器和大多数真空管系统无法在这些温度下持续运行。
冷却
在这里,太阳能加热系统与吸收式制冷机相结合,并使用热化学吸附过程或氨来产生无电空调。这个过程类似于冰箱,只是没有压缩机。吸收循环由来自太阳能集热器的热传递流体(加热水或乙二醇混合物)驱动。冷却到华氏44度左右的水通过铜管,通过管道的强制空气产生了空调。选择包括更换电冷却器或将太阳能吸收式冷却器产生的冷冻水注入冷却负荷较大的建筑物。
尽管潜力巨大,但美国的太阳能热容量仍落后于世界大部分地区。例如,按人均计算,这些国家在太阳能热水(不包括游泳池)方面的排名已从全球第35位降至第50位。
兆瓦级太阳能热应用于区域供热和太阳能加热和冷却在商业和工业部门是一个不断增长的市场。两个最大的太阳能热系统位于丹麦,为区域供热网络提供热量。两个最大的太阳能冷却系统位于新加坡和美国。世界上最大的太阳能加热系统安装在智利的一个铜矿上。
捕捉太阳
许多组织未能从太阳能热能中获益,很大程度上是因为他们不知道它提供的许多可能性。太阳能热能有三个基本级别:
什么时候太阳能热能有吸引力?
太阳能热水系统在有持续甚至间歇性热水需求的设施中具有很高的成本效益。其他形式的太阳能加热在很大范围内都是经济的,这取决于热量需求、当地气候和阳光条件以及其他因素。
热能或季节性储存的进步将对净零能耗建筑产生重大影响。有一些低成本的方法可以将季节性储存整合到建筑物中,这将提高经济效益,并显着减少冬季为建筑物和家庭供暖所需的能源。几年前,冬天用大型太阳能热系统给建筑物供暖,到了夏天就会出现问题。过热、停滞和过热是常见的问题。排水系统的设计解决了过热问题,但经济性却大不相同,因为该系统只在冬季使用。如今,新技术使我们能够在冬季为建筑物供暖,并在夏季驱动吸收式制冷机进行冷却或ORC发电机。如果有必要,这些系统可以很容易地耦合到储热系统,因此全年太阳能热系统的经济性显著提高,但不幸的是利用率不足。
太阳能热能是一种极具成本效益的方式来部署可再生能源,降低长期运营成本,并在可持续发展,减少温室气体或绿色建筑目标方面取得进展。