北苑太陽能應用示范工程摘要：北苑太陽能應用示范工程集太陽能空調制冷、采暖、熱水工程、太陽能光伏并網發(fā)電和獨立發(fā)電于一身，是我國到目前為止太陽能利用最全的一個示范工程，在規(guī)模上也堪稱一流，故而稱之為中國太陽能第一樓。在中華人民共和國可再生能源法通過的今天，這個項目更具有現實的意義。關鍵字：太陽能應用能源電力供應一、前言穩(wěn)定可靠的能源和電力供應是關系國計民生的基礎條件，是關系社會安定、經濟可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略問題。北京市委八屆四次會議提出了要“加強環(huán)境保護領域的技術創(chuàng)新”，“擴大環(huán)保產業(yè)規(guī)模，把北京建設成為環(huán)境保護模范城市和節(jié)能型城市，實現首都的可持續(xù)發(fā)展”。在2000年北京市申辦2008年夏季奧運會的過程中，北京市太陽能研究所積極支持申辦行動，向北京奧申委捐資了五個太陽能電話亭和五個太陽能庭院燈，分別安裝在奧體中心、首都體育館和工人體育場，在國際奧委會的官員訪問北京時，對這些太陽能利用的產品特別感興趣，中央電視臺的轉播節(jié)目中也給予了特別的關注。為了響應北京市委八屆四次會議的號召，特別是為2008年北京奧運會的“綠色奧運、科技奧運和人文奧運”提供一個良好的范例，北京市太陽能研究所根據北京市發(fā)改委的安排，先期啟動了“北苑太陽能應用示范工程”。該工程正好處于設計中的2008年北京奧運會奧運公園的東側，重點安排了可安裝在奧運村、奧運場館和奧運公園的太陽能利用系統(tǒng)，解決太陽能利用同建筑物結合，有效地利用建筑物和裝飾建筑物的課題，為在奧運場館和奧運村中使用太陽能光伏發(fā)電和光熱綜合利用積累經驗和數據，同時也為我國今后推廣應用太陽能于建筑做出示范。太陽能應用示范工程項目主要包括100千瓦太陽能光伏并網發(fā)電系統(tǒng)和360千瓦太陽能空調制冷、采暖和熱水綜合系統(tǒng)。示范項目的實施充分可靠地展現了太陽能利用的魅力，為把首都建設成為環(huán)境保護模范城市和節(jié)能型城市，實現首都的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。與此同時，該示范基地也將建成我國最大的太陽能專業(yè)孵化基地，配備各種先進的研究、開發(fā)和產業(yè)化設備，為使我國太陽能利用更上一層樓作出更大的貢獻。二、項目的意義及必要性1．意義和重要性常規(guī)化石燃料的無節(jié)制使用和二十世紀七十年代發(fā)生的兩次石油危機，使得人們越來越清醒地認識到化石燃料資源遲早會枯竭耗盡。根據我國現已探明可丌采的化石能源儲量的統(tǒng)計和使用這些能源的速度，可以預計，煤可以應用的時間約為54-81年，石油為15-20年，天然氣的時間28-58年，核燃料使用的時間也不會超過百年，前一個數字是預測的估計，后一個數字是保守的估計。因此找到一條可持續(xù)發(fā)展的包括太陽能在內的可再生能源等的新出路，將是我們避免人類能源短缺與枯竭的緊迫任務。八十年代人們進一步認識到，化石燃料對環(huán)境的嚴重污染所導致的生態(tài)破壞、地球溫室效應等正日趨嚴重地威脅著人類的生存。能源短缺和環(huán)境污染是當前經濟發(fā)展面臨的兩大問題，制約著經濟和社會的發(fā)展。太陽能作為新能源和可再生能源的一種，是取之不盡、用之不竭的潔凈能源。開發(fā)利用太陽能，對于節(jié)約常規(guī)能源、保護自然環(huán)境、促進經濟發(fā)展和提高人民生活都有極為重要的意義。2．國內外發(fā)展概況在太陽能熱利用方面，太陽熱水器技術日趨成熟，應用領域已從生活熱水擴大到泵水、采暖、制冷空調、海水淡化、工業(yè)加熱、熱發(fā)電等。上述諸多應用中，又以太陽能采暖、空調以及生活熱水這樣的綜合應用系統(tǒng)最具潛在的價值；它可以更為充分地利用太陽能，更為充分地實現建筑節(jié)能，更為充分地體現與建筑相結合。利用太陽能提供采暖和生活熱水的技術已經相當成熟。利用太陽能提供空調，目前采用的主要技術方案則是太陽能吸收式空調系統(tǒng)；．太陽能吸收式空調系統(tǒng)主要由太陽能集熱器和吸收式制冷機兩大部分組成。隨著溴化鋰吸收式制冷機的商品化，太陽能吸收式空調技術得到了相應的發(fā)展，意大利、西班牙、美國、德國、日本等國都相繼建立起不同規(guī)模的太陽能空調示范系統(tǒng)。國內在“九五”期間根據國家科委的安排，由北京市太陽能研究所承擔了“九五”國家科技攻關項目——山東省乳山太陽能吸收式空調及供熱綜合示范系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用540平米的熱管式真空管太陽集熱器，空調、采暖面積為1200平米。該綜合示范系統(tǒng)為本太陽能采暖、空調以及生活熱水示范項目的實施，積累了寶貴的經驗。在太陽能光伏利用方面，近年來光伏技術一直保持著快速發(fā)展。從1998年開始，世界光伏市場更是出現了供不應求的局面，年增長率保持在30～40％，2004年更是創(chuàng)造歷史的新高，增長率達到67％，年產量達到1253兆瓦。在各國減排行動和優(yōu)惠政策的拉動下，產業(yè)發(fā)展將進一步加快。．國際上各國都紛紛制定了光伏產業(yè)和市場發(fā)展的未來規(guī)劃。美國“百萬屋頂計劃”，德國政府在順利完成十萬天棚計劃之后，2003年又通過了新的光伏法案，日本的70萬戶并網發(fā)電計劃。除政府計劃外，各大公司業(yè)紛紛擴大產量，太陽能光伏發(fā)電的產業(yè)正在騰飛，預測卸明年將達到年產量5300兆瓦。光伏電池的應用正在逐步從解決邊遠地區(qū)和農村用電向全社會的替代能源過渡。國際上，光伏應用的發(fā)展主要向兩個方向發(fā)展，一方面是以戶為單元的屋頂計劃，每戶安裝3—5千瓦的光伏并網發(fā)電系統(tǒng)。另一方面是向大型光伏電站發(fā)展。后者也『F在改變已往在戈壁、沙漠建設大型光伏系統(tǒng)的傳統(tǒng)觀念，丌始在都市的公益建筑物興建大型并網發(fā)電光伏系統(tǒng)，如在2000年悉尼奧運會使用了900多千瓦的光伏并網發(fā)電系統(tǒng)。在并網發(fā)電的同時，還要同建筑體融合，起到很多附加功能的作用。復從摩200甩1演年開始，太陽季能光伏并網發(fā)殊電系統(tǒng)首廟次克備占據全球光伏雅累積裝機容量仇的一半以上，徹達列到脫5圈7私％凍。缺200進2迫年蓄、津200疾3鼻年持續(xù)增長日，拉200腹3押年的太陽能光搜伏并網發(fā)電系怪統(tǒng)容量更占到詳當年光伏應用烈的腿8甚7隸％。上述數字沿表明，在世界暫范圍內太陽能柜光，伏應用已引經從邊遠無電驗地區(qū)轉向都市怎的并網發(fā)電系完統(tǒng)。悄200倍4干年是世界太陽芝能光伏發(fā)展關疊鍵的醫(yī)一染衡年，我國的光謎伏產業(yè)也有了弦長足的發(fā)展。音到抬200蹦4仍年底為止，國陵內太陽電池的湖生產能力已經樂達影到診6鍛0室兆瓦，光伏組天件封裝能力超腦過陡10拿0紡兆瓦。預計檢到救200測5孔年薦覽底，太陽電池皮的生產能力將組達康到眾18仆0成兆瓦，組件封克裝能力將超矩過冰20冷0施兆瓦。這些都燈為國內的太陽據能光伏利用做倉好了基礎準備零。幫由于世界各國縣對炎環(huán)肝抓境和能源短缺少的日益關注，旨持續(xù)發(fā)展必將競成為今后建筑清設計的重要指購導思想。當前勺，將太陽能熱屋水、空調和光侮伏發(fā)電應用于法建筑，并與建柳筑一體化的新華型太陽能建盈筑阻木已在歐、美和蕉日本等國進行惠示范，公眾反垮響強烈?？梢圆祟A見修，違2化1飲世紀太陽能建訪筑在能源、環(huán)財境和經濟的可粘持續(xù)性發(fā)展進儉程中將起重要姻的作用。我國達有豐富的太陽居能賀蜓資源，在國家含發(fā)展可再生能絞源戰(zhàn)略的指引罪下，太陽能在顆我國建筑中的圾應用將成為建冶筑節(jié)能的重要蛙組成部分。三、項目內容光伏發(fā)電部分1．引言爭太陽能光伏發(fā)順電由于資源無呼限、無污染和糊能把太陽光直鞏接轉變?yōu)殡娔茌x，系統(tǒng)無運動另部件、運行可狼靠、少維護、僅壽命長，且電冶能有宣于輸送勵、儲存的特點禿，因此它是太督陽能應用工業(yè)念中最有前途的嫁產品。挪太陽能光伏并乎網發(fā)電系統(tǒng)所賽發(fā)電力除供給猴負載外，若有盯多余，可反饋豐給電網。在陰敵雨天或在夜晚嚷，負載可隨時而由電網供電。扁因此，光伏系哥統(tǒng)不必配備蓄鍛電池作為儲能豈裝置。這樣，棗可以降低系統(tǒng)寫造價，也可免上除維護和定期撿更換蓄電池的煎麻煩。部由于有光伏系軌統(tǒng)和公共電網籍同時給負載供吐應電力，兩路爸供電增加了供盲電的可靠性。傻夏季，由于空隱調、制冷、電怖扇等設備的丌揉動，形成用電寶高峰，而這時鑼也是光伏系統(tǒng)坦發(fā)電最多的時倉侯，光伏并網喬發(fā)電系統(tǒng)可以泰對公共電網起罪到一定的調峰寸作用。祝光喊預伏與建筑相結問合的進一步目半標是將光伏器天件與建筑材料殃集成化。建筑筍物的墻采用涂章料、馬賽克等悟材料，甚至為糞了美觀，有的獄還采用價格不迫菲的幕培玻璃鼻，其功能僅芽起掘前到保護內部和粗裝飾的作用。乘若能將屋頂及倘向陽的外墻甚昌至窗戶材料都瘡用光伏器件來友代替，則既能填作為建材又能低發(fā)電，可謂一兔舉兩得。當然無，對光伏器件展來說，同時步還托攔具有建材所要景求的絕熱保溫繳、電氣絕緣、弟防水防潮、且粱有一定強度及詞剛度、不易破身裂等性能。提2慈．前期的準備償工作艙為了猛使左10樂0狗千萬瓦胡覺太陽能光伏供華電項目能夠順蜓利實施，在北孟京市科委的支稍持下，先期安捎排領了包l撲O瞇千瓦光伏并網高發(fā)電系統(tǒng)的研賽制。通辱過攤1喝0鍬千瓦光伏并網鳴系統(tǒng)的研制和警示范，掌握了染光子伏缺晌并網發(fā)電的關撇鍵技術，特別謠是以逆變器為盤核心的逆變技疼術、餐最大功率點跟極蹤技術、并網壯同步控制技術旦、并網安全技溝術及光伏系統(tǒng)于的設計和安裝級等，這些擁有般自主知腫識冤潮產權的關鍵技是術為進一步擴碧大光伏并網發(fā)鏡電的應用打下可了堅實的技術熱基礎。該項目圣于放200股3前年通過了北京五市科委組織的錯驗收和鑒定，鵲并獲得障了剛200乳3備年北京市運科歸僚技進步三等獎道。彎3拜．扁10鏈0肥千瓦太陽能光縫伏發(fā)電系統(tǒng)么10株0圖千瓦太陽能光近伏發(fā)電系統(tǒng)所岡采用的太陽電潔池組件包括單零晶硅、多晶硅爪和出CI模S撓薄膜太陽電池斗以進行對比性潛實驗。校光始哨伏與建筑相結障合是未來光伏矩應用中最重要蜂的領域之一，渴有著巨大的市愛場潛力。太陽抽電池組件的成冊本也在不斷地啞下降，與光伏翅稍結合的建筑脆物會如雨后春部筍般地出現括在巴覺我們的身邊，芳光伏發(fā)電也必貧將在藩斃源結母捅牛占有相當腸重要的地位。竟在太陽電池的丹應用中，太陽榮電池的成本約泛占系統(tǒng)成本的鞠一半，其他部辣分包括逆變器龜、控制器、惰蓄慧威電池等占據了乖另一半。為了飯進一步降低成過本，以達到太渴陽電池的地面真大規(guī)模應用目菠標，進行應用魂研究變得十分腔重要。特別是女并網發(fā)電系統(tǒng)詞的研究將使控斤制部分變得策簡南清單，省去了大鬼量的蓄電膽池繞(逃同太陽電矛池浮20-2隊5急年的壽命相比五，蓄電池的壽斷命約話為勺5-啟8屠年，在太陽電玩池的使用過程數中需要多次更再換和修展理在)除的費用，因此抄可以們使匠羽太陽電池的應蕉用成本進一步色降低。本項目尋主要研究光伏沒并網發(fā)電系統(tǒng)滿，包括大規(guī)模光并網發(fā)電系統(tǒng)及和戶用并網發(fā)竹電系統(tǒng)，同時允適當地進行獨滲立光伏發(fā)電系僅統(tǒng)的研究。詞整善卷個的光伏發(fā)電勝系統(tǒng)由四部分卡組成：更8冷0嶄千瓦并網發(fā)電眠系統(tǒng)，主要是吐為在奧運場館慣中使用做準備乘：攪l北O(jiān)炎千瓦并網發(fā)電沈系統(tǒng)，主要是址為在奧運村的差別墅中使用做拿準備：侵4軍．夾5槳千瓦．戶用并縱網系統(tǒng)，主要頓是為太陽能光餓伏屋頂項目做次準備；型6扶千瓦獨立和并艦網發(fā)電復合系嶺統(tǒng)，為在西部糧無電村光明工接程弱雌備。摸2斧)科研究內容和技計術關鍵進·蔥并網逆變器是尊太陽能光伏并胳網發(fā)電系統(tǒng)的連關鍵，因此主制要研究內容也宵將主要圍繞電剛力電子逆變技躬術進行。訊·8享0快千瓦懂、斃1煎0園千瓦浴和擺4縣．械5州干瓦太陽能光佩伏并網發(fā)電系寧統(tǒng)的優(yōu)化設計子研究：叨·豆太陽電池方陣吹的組合優(yōu)化研打究；匹·鹽不同規(guī)模的戶踐用獨立電源系節(jié)統(tǒng)；籮·植太陽電池組件毒和方陣的運行濕特性研究：棍·昌在建筑物的南舍側布剝置唯5縱0郊千瓦太陽電池多組件，樓頂布饅置搖5罵0摩千瓦太陽電池變組件，與建筑篩物結合的研究加；廚·曬計算機數據采筐集與監(jiān)控系統(tǒng)滅一為確保光伏拼電站長期穩(wěn)定波工作并進行科唱學管理，配備渠微機監(jiān)控系統(tǒng)京對光伏電站各臂種工作參數和局運行狀態(tài)進行眉數據采集監(jiān)測隨，并對各個設范備環(huán)節(jié)進行協(xié)稠調控制。邊·饅配置顯示板，攝顯示系統(tǒng)的運窗行狀態(tài)，包括剪整個系統(tǒng)的瞬揀時功率、工作摘總時數、累計慚發(fā)電量等參數竊。呼太陽能熱利用加部分嬸太陽能熱利用門部分包括太陽移能空調制冷、晚采暖和熱水工蠶程綜合系統(tǒng)，宣戶式中央空調逮采暖和熱水系鏟統(tǒng)，以及地板拋采暖系統(tǒng)。兆1革．太陽能空調姥制冷、采暖和今熱水工程綜合駛系統(tǒng)1)概述窩隨遵迫著生活水平的典不斷提高，人揮們對生活環(huán)境擇舒適程度的要劉求越來越高，嶼其中空調、采厚暖和熱水是三盡個主要方面。順而這三方面目畜前均消耗著大掘量的常規(guī)能源郊，而且嚴重顫地午善污染著環(huán)境。革因此利用取之祝不盡而又清潔寒無污染的太陽恒能來提供或部醒分提供空調、搜采暖和熱水所陵需的能源，不冤僅可以大大節(jié)稼省常規(guī)能源的騾消耗，同時又筍非常有利于幻環(huán)隱箭境保護。同時提山于城市中采拆用常規(guī)空調越豬來越多，排出疫了大量的熱氣團而形成熱島效望應，不僅嚴重埋污染環(huán)境，而炎且對城市的氣怨候也產生了不絞良的影響。2)技術方案則系統(tǒng)采用了熱輔管式真空管太漸陽能集熱器與瞎熱水型溴化鋰糊吸收式制冷機斜相結合的技術狼方案。系統(tǒng)主貴要由熱管式真棵空管集熱器、側溴化鋰吸收式琴制冷機、儲熱遺水箱、儲冷水術箱、生活用熱冬水箱、丌水箱旅、冷卻塔、風短機盤管、輔助莫燃油鍋爐、自繁動控制系統(tǒng)等魚幾大部分組成牲。敏夏銅革季，山太陽能償集熱器向溴化傅鈍制冷機提供桑高達筆8種8巖℃枯左右的熱水，庭通過制冷機產蹈升治8執(zhí)℃鑼左右的冷水，愈并通過風機盤招管向房問提供塑冷風：冬季，京由太陽能集熱鄉(xiāng)器加熱督成絨4革0分～厭6黑0初℃駁左右的熱水，急直接通過風機筆盤管向房間提毒供熱風：過渡蔽季節(jié)，本系統(tǒng)初作為太陽熱水越器，可提供大龜量科研和生活球用熱水：同時化本系統(tǒng)還可全老年提供丌水。容3猛)急項目內容和技筒術關鍵沙示范系統(tǒng)的主柄要研究內容：努(1盒)兄對太陽能空調泊綜合系統(tǒng)進行卵總體優(yōu)化設計格，包括可供體奮育場館大型系糖統(tǒng)和可供奧運歸村使用的中小榮型系統(tǒng)：納(2旺)因研冗太陽能與跌建筑的結合方年式，尤其是與遇建筑物屋頂和禿墻面的結合：贏(3倡)梳研究真空管太鄉(xiāng)陽能集熱器與帳溴化鋰吸收式懶制冷機的合理廟參數匹配；戶(4褲)望研究太陽能集緊熱器陣列的優(yōu)憐化布置：反(5姐)喚研究太陽能空鑒調綜合系統(tǒng)中楊的輔助能源設讀備和儲能設施勝：觸(6沿)瞎研制運行可靠妄、操作簡便的竭自動控制系統(tǒng)站，并進行智能駐化：捕(7慕)訴研究太陽能空蠟調綜合系統(tǒng)的繞長期運行性能季；返(8買)域對綜合系統(tǒng)與林常規(guī)空調系統(tǒng)紅的技術經濟性要進行比較：洲(9繁)敲研究開發(fā)太陽蹦能空調綜合系欄統(tǒng)的設計軟件隱包。播本崖政項目的技術關校鍵：一是研究誼確定太陽能空槍調系統(tǒng)的最佳誰運行工況，以姥最大的太陽能若收益及最經濟陳的投資，獲得柴最滿意的運行卵效果；二是研猾究開發(fā)太陽能局空調系統(tǒng)的秒設始員計軟件包，在鑄輸入當地氣象租資料、太陽能靈集熱器性能參蜓數以及制冷采磚暖負荷等數據冤之后，就可以嗽計算出所需太匯陽能集熱器面委積、制冷機和費輔助鍋爐額定籮參數、制冷夫采部攻暖性能預示以歷及投資回收期素等。彼4脅)粉主要技術指標恨(1耍)客太陽能集熱器深采光面耀積恒85夠0難平米扶(2暴)浮制冷、采暖功群率鑼36愚0洋千瓦體(3點)驢熱水供應能摘力駐(究非空調采暖季鏟節(jié)控)5項0耕噸舌(4獎)墨空調采暖面品積瘡300虛0批多平米毯(5辛)怒太陽能保證率便全騰年帝≥樸7村0撇％世通過近半年的定試運行，各系琴統(tǒng)運行正常撞。匆200竭4伯年冬季的室溫龜保持蜂在僑22"笛C推左右，滿足規(guī)綠定的采暖高于陶1柏8堤℃心的要求。主在講嚷太陽能空調制槐冷、采暖和熱項水工程綜合系開統(tǒng)中特別安裝隱了控制系統(tǒng)和釋數據采集系統(tǒng)它，系統(tǒng)能夠自圖動運行，時時沙采集數據。通篩過數據的積累抗來確定系統(tǒng)的亂最佳運行據工哭光況，以最大的瞧太陽能收益及潔最經濟的投資便，獲得最滿意喇的運行效果：搬同時研究丌發(fā)早了太陽能空調依采暖系統(tǒng)的設咳計軟件包，根細據氣象資料、西太陽能集熱器縮性能參數以陵及勒裝制冷采暖負荷隸等數據之后，顫優(yōu)化太陽能集脖熱器的面積、明制冷機和輔助恥鍋爐等額定參隊數，進行空調撞制冷、采暖性褲能預示以及確洗定投資回收期率。腥2傭．戶式中央采堤暖空調熱水系播統(tǒng)此針注禍對獨立分散式浴化宅對采用空愉調越米越迫切絕的需求，采用泳太陽能吸收式代空調系統(tǒng)在夏懇季作為空調用際的冷源，冬季氣作為采暖用的犁熱源，全年提肅供生活熱水的壁模式，與現確有籃灑的常艦系統(tǒng)相允比可明顯減少歐運行費用。利續(xù)用太陽能的二廊級水環(huán)復合熱彎泵驅動，戶式弦中央采暖空調銳熱水系統(tǒng)項目袖是與大連冰山諷集團聯合開發(fā)鐮的。利熱泵技獨術，從太陽鄉(xiāng)、師果空氣和電熱中半獲取清潔能源艱，作到多能優(yōu)揚勢互補，從而索達到減少常規(guī)撓能源費用霸的尾l宣／孔3檔，滿足人們對叉采暖、空調、獎熱水的普遍需墾求。同時，該扁系統(tǒng)實現太陽婆能、籠空婦償氣、電熱等能耳源互補運行。咐系統(tǒng)節(jié)能且減劑輕環(huán)境空氣熱柏污染，降低城樂訂岔了象“騙熱謊島題”往效應。本項目健為多利一高新鐮技術的有機結記合．其中包括汗：二級熱泵技