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科研推动太阳能产业发展

日期:2011-10-12
国家新能源工程技术研究中心 首席专家何梓年
1、前言
随着国民经济高速发展和人民生活不断改善,能源短缺和环境污染两个问题都日益突出。为了节约常规能源,保护自然环境,提高人民生活水平,我国政府历来对开发利用太阳能十分重视。从上世纪80年代初开始,太阳能热利用技术研究开发先后列入“六五”、“七五”、“八五”和“九五”国家科技攻关计划,并取得一大批科技成果。随着科技体制改革逐步深入,这些科技成果已不同程度地转化为生产力,投入批量生产,加速推广应用,其中以太阳能热水器最为突出。
二十多年来,太阳能热水器产业从无到有,由小变大,发展非常迅速。尤其是近十年,我国太阳能热水器产业25%年平均速度长。目前,我国太阳能热水器的年产量和保有量都已雄居世界首位,名副其实地成为世界太阳能热水器生产和应用大国。与此同时,太阳能热利用技术不断扩大应用范围,正在逐步应用于采暖、空调、工业加热、热发电等领域。
在本文中,笔者将根据自己的亲身经历,简要回顾我国政府早期安排的科研开发项目,以期使太阳能同仁能够进一步了解这些科研开发工作对推动太阳能热利用产业发展所起的作用。
2、太阳能热水器技术开发
为了全面提高我国太阳能热水器技术水平,促进太阳能热水器产业快速发展,国家“七五”科技攻关计划(1986~1990年)在“农村可再生能源技术开发”攻关项目中,安排了“太阳能热水器技术开发”子项。当时,攻关组由全国17个科研单位和高等院校组成,组长单位为中国科学院石家庄农业现代化研究所,副组长单位为北京市太阳能研究所、上海机械学院。
“太阳能热水器技术开发”子项的主要攻关内容、攻关成果及承担单位如表1所示:
表1 国家“七五”科技攻关计划
“太阳能热水器技术开发”子项主要攻关内容、攻关成果及承担单位
主要攻关内容
主要攻关成果
承担单位
高效平板太阳能集热器及工业化生产试验
——铜铝复合太阳能集热器及工业化生产
——平板集热器铝合金壳体型材
——新型玻璃钢盖板
辽宁省能源所、上海市能源所、上海玻璃钢所
家用太阳能热水器研制及系列化
——自然循环式太阳能热水器
——闷晒式太阳能热水器
——非金属塑料太阳能热水器
——全年用相变太阳能热水器
——定温放水太阳能热水器
——复合式太阳能热水器
——蜂窝式太阳能热水器
——整体式太阳能热管集热器
——太阳能热水器各种另配件
中科院石家庄农业现代化所、北京市太阳能所、天津大学、陕西师范大学、中科院广州能源所、甘肃省自然能源所、北京化工学院、上海机械学院、浙江大学、华中理工大学、河北省能源所
全玻璃真空集热管及其热水器
——全玻璃真空集热管
——全玻璃真空管太阳能热水器
清华大学
家用太阳能热水器测试方法及检验标准
——家用太阳能热水器热性能试验方法(报批稿)
——家用太阳能热水器技术条件(报批稿)
北京市太阳能所、中科院石家庄农业现代化所、中科院广州能源所、天津大学、甘肃省自然能源所、陕西师范大学、上海机械学院
太阳能热水系统设计与评价
——太阳能热水系统优化设计方法
——太阳能热水系统性能评价指标
上海机械学院、北京市太阳能所、天津大学
中温太阳能集热器研制及应用
——CPC型及V形隔热膜平板中温集热器
——非跟踪、低倍聚光中温集热器
中科院广州能源所、中科院电工所
由表1可见,国家“七五”科技攻关计划内容广泛,包括高效平板太阳能集热器及工业化生产试验、家用太阳能热水器研制及系列化、全玻璃真空集热管及其热水器、家用太阳能热水器测试方法及检验标准、太阳能热水系统设计与评价、中温太阳能集热器研制及应用等诸多方面。
攻关组经过近五年艰苦奋斗,探索创新,通力合作,取得了一大批科技成果。事实已经证明,太阳能热水器技术的进步,为大力发展我国太阳能热水器产业提供了有利的条件。据当时不完全统计,全国太阳能热水器的年生产量,“七五”末期比“七五”初期增加了一倍多,可以说基本形成了我国的太阳能热水器产业。
由此可见,太阳能热水器技术开发的过程,也是新材料、新工艺、新产品、新方法在实际中应用的过程;技术攻关所取得的成果,不仅来自于实验室,更来自于生产和应用的实践,因此它们能迅速地转化为生产力,有利地推动太阳能热水器产业的发展。
3、高温太阳能集热器研究
鉴于太阳能工业加热及热发电是太阳能热利用中的一个重要领域,国家“八五”科技攻关计划(1991~1995年)在“太阳能热利用”攻关课题中,安排了“太阳能工业加热及热发电高温集热器研究”专题,由北京市太阳能研究所、中国科学院电工研究所、清华大学电子系三个单位组成攻关组,共同承担攻关任务。
本专题的指导思想是借鉴国外先进而成熟的关键技术,消化、吸收并加以发展,从而为尽早实现我国的太阳能热发电打下技术基础。
攻关组经过反复认真的讨论,决定在国外已采用的几种太阳能热发电技术中,选择由抛物柱面聚光器和直通式真空管组成的线聚焦型高温太阳能集热器方案。
根据各自原有的技术基础,攻关组中三个单位的分工如下:
由中国科学院电工研究所承担高反射率抛物柱面聚光器的研制(包括:抛物柱面反射镜、桁架结构、传动系统、单轴自动跟踪系统等);
由北京市太阳能研究所承担直通式真空管的研制(包括:直通式真空管结构、双端玻璃-金属封接、玻璃法兰成型、真空排气工艺等);
由清华大学电子系承担高温选择性吸收涂层的研制(包括:新材料多层渐变吸收膜系、双吸收层干涉膜系等)。
在攻关组各单位的共同努力下,作为国家“八五”科技攻关计划的最终成果是研制出一套线聚焦型高温太阳能集热器的样机,并于1996年4月在中国科学院电工研究所现场通过了专家验收,如图1所示。

图1 国家“八五”科技攻关项目——高温太阳能集热器验收会现场
(中科院电工所,1996年4月)
研制出的高温太阳能集热器样机达到如下主要技术参数:抛物柱面反射镜开口5.76m,长度9m,焦距1.71m,跟踪精度±0.15°直通式真空管直径100mm,长度2m,真空度不低于10―2Pa,可在400℃条件下运行;高温选择性吸收涂层的吸收率0.92~0.94,发射率0.16~0.18(350℃时),经过600℃烘烤。
参加攻关的同仁们都认为,虽然“八五”科技攻关成果的某些技术指标跟国际先进水平相比尚有一定的差距,但它确实为今后实现我国槽式太阳能热发电进行了技术储备,打下了技术基础。
4、太阳能空调及供热示范系统
太阳能空调的最大优点在于季节适应性好,正日益受到世界各国的重视。为了将太阳能空调技术付诸实际应用,根据国家“九五”科技攻关计划(1996~2000年)的要求,北京市太阳能研究所和中国科学院广州能源研究所,各自在我国北方和南方分别建成一套太阳能空调示范系统。
北京市太阳能研究所在山东省乳山市银滩旅游度假区建成的太阳能空调及供热综合示范系统,采用热管式真空管集热器与溴化锂吸收式制冷机相结合的技术方案,具有夏季提供制冷、冬季提供采暖、全年提供热水等多项功能。系统达到的主要技术指标表2所示:
表2 国家“九五”科技攻关计划
太阳能空调及供热示范系统的主要技术指标(山东乳山)

主要参数
技术指标
制冷、供热功率
100kW
空调、采暖面积
1,000m2
热水供应量(非空调采暖季节)
32m3/天
太阳能集热器
类型
采光面积
日平均效率
 
热管式真空管集热器
432m2
35%~40%(空调、采暖时)
51%(提供热水时)
制冷机
类型
热媒水温度
冷媒水温度
性能系数(COP)
 
单级溴化锂吸收式
88℃/83℃
8℃/13℃
0.70

该太阳能空调及供热综合示范系统于1999年9月建成,并在山东乳山现场通过了专家验收,如图2所示。
笔者深切体会到,通过这次技术攻关和系统示范,基本上解决了太阳能空调系统中的技术难题,为今后建立更多、更大的太阳能空调系统提供了有益的经验。迄今为止,北京市太阳能研究所及其合作伙伴已经在国内外先后建成了18套太阳能空调系统。

图2 国家“九五”科技攻关项目——太阳能空调示范系统验收会现场
(山东乳山,1999年9月)
中国科学院广州能源研究所也于1998年6月在广东省江门市建成一套太阳能空调热水示范系统。该系统采用双透明盖层平板集热器和两级溴化锂吸收式制冷机相结合的技术方案,制冷功率100kW集热器面积500m2,夏天为600m2建筑面积提供空调,全年提供生活热水30m3/天,制冷机的热媒水温度65~75℃,冷媒水温度9左右,性能系数(COP)0.40。
5、后语
从以上简要回顾可见,无论是当今已雄居世界首位的我国太阳能热水器产业,还是目前正逐步扩大应用的太阳能空调技术和太阳能热发电技术,都跟历次安排的国家科技攻关计划有着密切的关系。
为要进一步推动我国太阳能热利用产业发展,使我国早日成为世界太阳能热利用强国,中央和各级地方政府都应当继续加强太阳能热利用技术的科研开发工作,一如既往地大力支持太阳能的推广应用。

 

 
 

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