薛道榮

自20世紀(jì)70年代末以來，歷經(jīng)80年代選擇性吸收涂層的研究開發(fā)，90年代的全玻璃真空太陽能集熱管及熱水器產(chǎn)業(yè)發(fā)展以來，經(jīng)過了2010年前后5年多的家電下鄉(xiāng)政策，太陽能光熱產(chǎn)業(yè)發(fā)展達(dá)到了歷史頂峰。至今，我國太陽能光熱產(chǎn)業(yè)已走過了30余年，太陽能光熱保有量已達(dá)到4.7億m2[1]，年安裝量依然保持在3000萬m2以上，占據(jù)全球75%的份額，保持著太陽能熱利用世界大國的地位，具有舉足輕重的影響力，成為了一代中國太陽能人的驕傲。

1.現(xiàn)實(shí)困局

隨著太陽能光熱低溫?zé)崴夹g(shù)的成熟，農(nóng)村人口城市化，農(nóng)村市場的逐漸飽和，以及常規(guī)能源熱利用的快速發(fā)展，嚴(yán)重?cái)D壓太陽能低溫?zé)崴袌龅陌l(fā)展空間，太陽能熱利用低溫市場發(fā)展乏力。

太陽能光熱高溫發(fā)電的技術(shù)進(jìn)步，推動(dòng)了太陽能光熱高溫發(fā)電示范項(xiàng)目的實(shí)施。但受限于初投資成本、上網(wǎng)電價(jià)、產(chǎn)業(yè)化技術(shù)成熟度，以及光伏發(fā)電成本的高速下行，太陽能高溫發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展受到嚴(yán)重限制。被寄予厚望的太陽能中高溫工業(yè)熱利用，也因太陽能光熱產(chǎn)業(yè)的逐步萎縮，技術(shù)、產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展不足而未出現(xiàn)突破性進(jìn)展。因此，太陽能光熱利用行業(yè)幾乎處在停止發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期。

2.發(fā)展契機(jī)

2017年至今，國家各部委先后發(fā)布了多項(xiàng)涉及太陽能光熱利用的政策，主要包括：《關(guān)于開展中央財(cái)政支持北方地區(qū)冬季清潔取暖試點(diǎn)工作的通知》（2017年）、《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃（2017-2021年）》（2017年）、《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃》（2018年）、《鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃（2018-2022年）》（2018年）、《關(guān)于解決“煤改氣”“煤改電”等清潔供暖推進(jìn)過程中有關(guān)問題的通知》（2019年）、《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2019年本，征求意見稿）》（2019年）、《關(guān)于做好可再生能源發(fā)展“十四五”規(guī)劃編制工作有關(guān)事項(xiàng)的通知（國能綜通新能〔2020〕29號(hào)）》（2020年）。

2020年全國政府工作報(bào)告指出“深化重點(diǎn)地區(qū)大氣污染治理攻堅(jiān)”。國家政策對(duì)太陽能光熱利用發(fā)展提供了可持續(xù)的政策支持，為太陽能光熱利用的發(fā)展指明了方向。對(duì)比常規(guī)清潔能源，太陽能熱利用具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1 免費(fèi)性

太陽能是大自然賦予人類的一種不收取任何費(fèi)用的取之不盡、用之不竭的清潔能源。對(duì)比具有消費(fèi)特性的電能生物質(zhì)能、燃?xì)狻⒋蓟剂系瘸Ｒ?guī)能源，太陽能光熱利用是唯一一種可以通過消費(fèi)能源收回設(shè)備初投資的能源。因此，充分發(fā)揮太陽能光熱的免費(fèi)清潔優(yōu)勢(shì)，可顯著降低用戶的運(yùn)行成本。

2.2 清潔性

對(duì)比能（包括熱泵等類電設(shè)備）、生物質(zhì)能、燃?xì)?、醇基燃料等常?guī)能源，太陽能光熱利用是唯一在使用過程中沒有污染物排放的能源。當(dāng)使用常規(guī)能源時(shí)，企業(yè)需要通過投入巨額減排設(shè)備實(shí)現(xiàn)污染物排放指標(biāo)，同時(shí)需要持續(xù)投入運(yùn)行成本維持污染物排放指標(biāo)合格，給企業(yè)帶來巨大的財(cái)務(wù)負(fù)擔(dān)。

2.3 兼容性

工業(yè)用熱主要集中在80～250℃。太陽能光熱利用技術(shù)可以提供60℃以上，最高可達(dá)到500℃的用熱需求，完全能夠滿足民用、工業(yè)用熱溫度要求。在原有供熱系統(tǒng)條件下，太陽能光熱系統(tǒng)能夠與包括電能（包括熱泵等類電設(shè)備）、生物質(zhì)能、燃?xì)狻⒋蓟剂系瘸Ｒ?guī)能源設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)能源優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

太陽能光熱利用存在著初投資高、對(duì)比常規(guī)能源輸出不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。因此，太陽能光熱利用的發(fā)展方向?yàn)樘柲堋肮鉄?”清潔能源技術(shù)路線，以合理配置太陽能保證率，充分發(fā)揮太陽能免費(fèi)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)發(fā)揮常規(guī)清潔能源穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)太陽能光熱和常規(guī)清潔能源優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，共同發(fā)展，推動(dòng)太陽能光熱利用產(chǎn)業(yè)二次騰飛。

3.市場分析

3.1 清潔取暖市場

《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃（2017-2021年）》指出：截至2016年底，我國北方地區(qū)城鄉(xiāng)建筑取暖總面積約206億m2。其中，城鎮(zhèn)建筑取暖面積141億m2，農(nóng)村建筑取暖面積65億m2?！?+26”城市城鄉(xiāng)建筑取暖面積約50億m2。我國北方地區(qū)取暖使用能源以燃煤為主，燃煤取暖面積約占總?cè)∨娣e的83%，天然氣、電、地?zé)崮堋⑸镔|(zhì)能、太陽能、工業(yè)余熱等合計(jì)約占17%。取暖用煤年消耗約4億噸標(biāo)煤，其中散燒煤（含低效小鍋爐用煤）約2億噸標(biāo)煤，主要分布在農(nóng)村地區(qū)。

考慮到采暖建筑安裝太陽能的局限性，采用“光熱+”清潔能源技術(shù)路線供熱取暖時(shí)，按照1:10配置太陽能光熱系統(tǒng)，總建筑取暖面積以206億m2計(jì)算時(shí)，太陽能光熱配置面積將達(dá)到20.6億m2，按工程造價(jià)1500元/m2計(jì)算，市場總額將達(dá)到約3萬億元，以十五年為期限完成總目標(biāo)時(shí)，則年均市場份額將達(dá)到2000萬元。同樣，對(duì)于南方地區(qū)及國外地區(qū)有巨大的清潔供暖市場需求和發(fā)展空間。因此，太陽能光熱利用在供熱供暖市場空間巨大，可持續(xù)性強(qiáng)[2]。

3.2 中高溫工業(yè)熱利用

從表格1中可以看出，工業(yè)用熱主要集中在80～250℃。玻璃金屬熔封中高溫太陽能集熱管集熱器可以提供60～500℃的熱能，通過水、導(dǎo)熱油、蒸汽、熔鹽等介質(zhì)，滿足工業(yè)用熱需求。社會(huì)能量需求構(gòu)成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，熱能需求占總能源消耗超過70%，其中300℃以下熱能需求占總熱能需求的53%，占總能源消耗37%[3]。

國家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的《中華人民共和國2019年國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》顯示，2019年，全國原煤產(chǎn)量完成38.5億噸，同比增長4.0%。全年能源消費(fèi)總量48.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，比上年增長3.3%。其中，煤炭消費(fèi)量增長1.0%，煤炭消費(fèi)量占能源消費(fèi)總量的57.7%，比上年下降1.5個(gè)百分點(diǎn)。如果將增長3.3%的能源中10%由太陽能光熱替代，則需要每年可替代標(biāo)煤1500萬噸，折合需要太陽能集熱器約1億m2，折合每年工程造價(jià)約1500億元[4]。目前工業(yè)用熱的蒸汽鍋爐逐步由燃煤鍋爐轉(zhuǎn)向燃?xì)忮仩t和電鍋爐，企業(yè)用熱成本大幅度增加，給太陽能中高溫工業(yè)熱利用提供了絕佳的契機(jī)，但也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

4.技術(shù)方案

4.1 中溫?zé)o水相變集熱技術(shù)

基于目前太陽能熱利用市場新發(fā)展主要集中在北方冬季清潔取暖方向，并逐步拓展到中高溫太陽能熱利用方向。

常規(guī)太陽能熱水系統(tǒng)主要提供從低溫15℃生活冷水加熱到50℃以下的生活熱水，難以滿足平均供熱溫度50℃的供熱采暖溫度需求。因此，北方冬季清潔取暖若采用太陽能光熱集熱技術(shù)應(yīng)使用中溫集熱技術(shù)，以滿足平均工作溫度不低于50℃的基本要求，同時(shí)具有較高的集熱供熱效率。

表1

基于中溫速熱原理，采用了高性能的無水相變中溫太陽能集熱管，配置小直徑超厚保溫的儲(chǔ)熱水箱，可以基本滿足農(nóng)村戶用采暖的供熱溫度和集熱效率需求。

未來的戶用采暖系統(tǒng)將從非聚焦結(jié)構(gòu)向非跟蹤小聚焦方向發(fā)展，以進(jìn)一步提升冬季中溫供熱條件下的集熱供熱效率，提升系統(tǒng)的綜合性價(jià)比。

4.2 中高溫聚焦集熱技術(shù)

對(duì)于分布式供熱供暖需求，及中高溫工業(yè)熱利用市場需求，應(yīng)采用中高溫聚焦集熱技術(shù)。目前較為成熟的中高溫集熱管槽式集熱器技術(shù)，則體現(xiàn)其顯著的性能優(yōu)勢(shì)。通過十余年的發(fā)展，其成本也顯著下降，并開始在部分示范項(xiàng)目中體現(xiàn)出對(duì)比價(jià)格優(yōu)勢(shì)。中高溫集熱管槽式集熱器技術(shù)核心主要體現(xiàn)在玻璃金屬熔封集熱管、反射鏡、鋼構(gòu)和跟蹤系統(tǒng)四個(gè)方面。隨著技術(shù)和產(chǎn)線的不斷優(yōu)化和成熟，中高溫集熱管槽式集熱器成本將進(jìn)一步的下降，并將具有強(qiáng)大對(duì)比競爭優(yōu)勢(shì)。高溫發(fā)電技術(shù)的成熟，也進(jìn)一步推動(dòng)槽式集熱系統(tǒng)由高溫發(fā)電向中溫?zé)崂梅较蜣D(zhuǎn)型。

4.3 “光熱+”智慧能源

關(guān)于智慧能源，《智慧能源——我們這一萬年》作者認(rèn)為：智慧能源就是指擁有自組織、自檢查、自平衡、自優(yōu)化等人類大腦功能，滿足系統(tǒng)、安全、清潔和經(jīng)濟(jì)要求的能源形式。對(duì)比目前的太陽能光熱利用系統(tǒng)，甚至常規(guī)清潔能源系統(tǒng)，均處于粗放式的能源管理模式和理念。因此，太陽能中高溫?zé)崂玫闹饕较驊?yīng)是“光熱+”智慧能源方向，實(shí)現(xiàn)能源的智慧管理。

采用智能能源理念，初步實(shí)現(xiàn)“光熱+”綜合云平臺(tái)方案，通過物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)“光熱+”供熱采暖系統(tǒng)的PC端和App端的遠(yuǎn)程控制，顯著提升了系統(tǒng)故障解決速度和效率，有效降低了系統(tǒng)故障率。在充分了解用戶使用習(xí)慣和使用條件等情況下，通過云平臺(tái)系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)結(jié)合人工干預(yù)功能，可顯著降低系統(tǒng)的運(yùn)行成本，提高用戶對(duì)系統(tǒng)的便捷操作性和滿意度。通過大數(shù)據(jù)云平臺(tái)功能，可以綜合分析所有接入項(xiàng)目的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，為政府決策提供有效、可靠的數(shù)據(jù)支撐。因此，“光熱+”綜合云平臺(tái)的初試成功，充分體現(xiàn)出智能能源體系和理念的優(yōu)勢(shì)及發(fā)展趨勢(shì)的正確性。

5.節(jié)能降費(fèi)分析

5.1 非跟蹤太陽能光熱系統(tǒng)

如表2所示，設(shè)定不同輻照量地區(qū)，采暖時(shí)間以120天為基準(zhǔn)，前后各延長15天，合計(jì)以150天計(jì)算。對(duì)比電費(fèi)0.54元/kWh，采暖季節(jié)回收期為4～6年，全年百分之百使用，回收期僅為2年左右。按采暖季節(jié)利用率100%，非采暖季太陽能光熱利用率為50%來計(jì)算，回收為3年左右。

同等條件下，對(duì)比燃?xì)赓M(fèi)折合電能費(fèi)用為0.4元/kWh，采暖季節(jié)回收期為5～8年，全年百分之百使用，回收期僅為3年左右。按采暖季節(jié)利用率100%，非采暖季太陽能光熱利用率為50%計(jì)算，回收期為3～5年左右。

上述計(jì)算是以非跟蹤中溫太陽能光熱系統(tǒng)用于采暖和非采暖季節(jié)供熱對(duì)比分析。無論是單獨(dú)用于供暖、部分用于供熱，或全年應(yīng)用，對(duì)比電費(fèi)及燃?xì)赓M(fèi)用，太陽能光熱的投資回收期具有顯著的競爭優(yōu)勢(shì)，同時(shí)節(jié)能減排效果明顯。

5.2 槽式中高溫太陽能集熱管集熱器

如表3所示，為不同項(xiàng)目地DNI條件下，槽式中高溫太陽能集熱管集熱器投資回收對(duì)比分析，其中對(duì)比電價(jià)為0.76元/kWh，天然氣折電價(jià)格為0.4元/kWh。由表中可以看出，在對(duì)比電價(jià)系統(tǒng)投資回收期一般為3年左右，特別條件投資期達(dá)到4.4年。對(duì)比天然氣投資回收期一般在5年左右，個(gè)別條件投資回收期達(dá)到7年。按投資回收期5年計(jì)算時(shí)，主要折合電價(jià)低于0.5元/kWh，個(gè)別條件達(dá)到0.6元/kWh左右，但均低于0.76元/kWh的平均工業(yè)電價(jià)。按20年測算時(shí)，則折合電價(jià)在0.07～0.15元/kWh之間，與煤電價(jià)格相當(dāng)。

由此可見，對(duì)比電費(fèi)及燃?xì)赓M(fèi)用，槽式中溫太陽能光熱在工業(yè)熱利用方面的投資回收期具有顯著的競爭優(yōu)勢(shì)。

6.政策呼吁

相對(duì)于其他能源產(chǎn)業(yè)，特別是對(duì)比光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能等產(chǎn)業(yè)，國家對(duì)于太陽能光熱產(chǎn)業(yè)的政策支持力度明顯偏弱，這對(duì)中高溫太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展非常不利。因此要解決一下幾個(gè)方面的問題：（1）太陽能熱利用行業(yè)內(nèi)要做好抱團(tuán)取暖的準(zhǔn)備，在做好充分的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)準(zhǔn)備的前提下，向政府發(fā)出一致的聲音，以政府引導(dǎo)的因地制宜的指導(dǎo)方針提供多種解決方案，表明中溫太陽能熱利用技術(shù)在供熱采暖及工業(yè)熱利用方面是成熟、可靠的、可持續(xù)的，以影響政府推動(dòng)太陽能熱利用推廣的決心和政策決策。（2）快速提升企業(yè)及行業(yè)內(nèi)部技術(shù)、工程、管理水平，充分利用行業(yè)協(xié)會(huì)、行業(yè)外渠道，積極發(fā)出聲音，大力宣傳太陽能熱利用技術(shù)、產(chǎn)業(yè)的節(jié)能、減排、降費(fèi)、降耗的優(yōu)勢(shì)，引起政府、投資者對(duì)太陽能熱利用行業(yè)的關(guān)注、投入。

表2 對(duì)比電能節(jié)能分析

表3 槽式中高溫太陽能集熱管集熱器投資回收對(duì)比分析

7.結(jié)論

7.1 市場容量大

太陽能熱利用市場由低溫?zé)崴透邷匕l(fā)電方向快速轉(zhuǎn)向中溫供熱供暖和工業(yè)熱利用市場方向，為太陽能熱利用的轉(zhuǎn)型升級(jí)提供了廣闊的市場空間。應(yīng)因地制宜地提出合理的商業(yè)模式，推動(dòng)中高溫太陽能“光熱+”在北方冬季清潔供暖和中高溫工業(yè)熱利用市場快速發(fā)展。保守計(jì)算，可形成3000億/年的市場份額。

7.2 技術(shù)趨于成熟

通過中高溫太陽能“光熱+”清潔能源經(jīng)濟(jì)效益分析，充分表明了太陽能光熱具有良好的節(jié)能、減排、降耗、降費(fèi)等方面的顯著效益。中溫“光熱+”北方冬季清潔供暖示范及槽式高溫發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用，表明中高溫太陽能“光熱+”智慧能源的技術(shù)趨于成熟。

7.3 政策

加強(qiáng)太陽能光熱利用業(yè)內(nèi)企業(yè)、協(xié)會(huì)、專家及有志之士團(tuán)結(jié)合作，集中力量發(fā)揮行業(yè)平臺(tái)優(yōu)勢(shì)和影響力，推動(dòng)政府、業(yè)外資本、行業(yè)對(duì)太陽能光熱利用的關(guān)注和支持，促進(jìn)太陽能光熱行業(yè)的穩(wěn)定、健康、可持續(xù)發(fā)展。