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                    可再生能源利用技術研究與開發

                    1、主要研究內容

                          1光伏發電及光伏建筑一體化(BIPV)技術研究

                    當前,我國已是全球最大的光伏發電關鍵設備生產國,但國內應用比率卻非常低。例如光伏組件98%用于出口。阻礙國內應用主要原因是國內缺乏為光伏發電投資提供整體化解決方案的能力,如:項目投資與收益、政府激勵政策、關鍵設備供應廠商和設備性價比分析、系統設計與集成技術、各類行政申請與審核手續等等。鑒于國內光伏發電應用的主要困境,我院通過研究光伏發電系統集成技術,重點在發電系統項目可行性研究分析、優化設計、監測控制系統、建設施工工藝等關鍵應用技術方面進行研究創新,努力推動新能源在國內發展。主要創新點為:優化設計軟件、基于物聯網的遠程在線監測系統等。

                    2淺層地熱能利用技術研究

                    淺層地熱能也是一種可再生的新型環保能源。它蘊藏在地表以下200米以內的淺巖土體、地下水中,溫度低于25℃,屬地球內部熱能資源;它主要來源于太陽輻射和地球梯度增溫,受四季氣候影響較小,溫度相對恒定,再生迅速、可循環利用;與深層地熱相比,它分布廣、儲量大、清潔環保、采集方便,開發價值很大、利用前景廣闊。
                        淺層地熱能的開發利用,主要借助熱泵技術,包括水源熱泵技術和地源熱泵技術。比如使用地源熱泵(需要配合少量用電),在冬季可以把土壤中的熱量“取”出來,提高溫度后供給室內采暖,在夏季則可把室內的熱量“取”出來釋放到土壤中去,減低室溫——以這種方式為建筑物供熱制冷,可大大降低燃料消耗,不僅節能,同時減少燃燒礦物燃料引起的二氧化碳和其他污染物排放,節能減排。隨著熱泵技術不斷成熟,到上世紀80年代,西方發達國家已廣泛應用。如在美國,地源熱泵空調系統占全部空調系統的40%。據美國環保署估計,設計、安裝良好的地源熱泵,平均可為用戶節省30%-40%的供熱制冷空調的運行費用。在我國,淺層地熱能的開發利用目前總體上還處于起步階段,但也取得了一些成果,據有關資料顯示,僅2008年,淺層地熱能的開發利用就使我國減排二氧化碳1987萬噸。相信隨著我國能源結構的戰略調整和熱泵技術的逐步提高完善,淺層地熱能也將成為一種備受重視、得到積極開發利用的新型能源。

                    目前國內地源熱泵技術存在大量問題,制約了該技術的進一步發展。主要表現在

                    ① 對土壤特性研究不夠。地源熱泵系統的性能好壞與當地土壤熱特性密切相關,地熱源的最佳間隔和深度取決于當地土壤的熱物性和氣候條件。土壤的熱特性研究主要包括土壤的能量平衡、熱工性能、土壤中的傳熱與傳濕以及環境對土壤熱物性的影響等。

                    ② 地下換熱器傳熱機理的理論研究繁多,但缺乏理論與實踐的有效結合,缺乏多環境下應用技術的系統研究以及實際有效的強化傳熱方法。

                    ③ 不同冷、熱負荷下,地下換熱器與熱泵系統最佳匹配技術的研究不夠。

                    ④ 熱泵技術與其它技術的配合問題:地源熱泵技術是暖通空調技術與鉆井技術相結合的綜合技術,兩者缺一不可,這要求工程組織者和工程技術人員能夠合理協調、做好充分的技術經濟分析。

                    淺層地熱能利用技術研究主要包括:土壤熱響應測試裝置及分析軟件開發;季節性土壤蓄能技術研究;土壤熱平衡模擬計算軟件研究開發;地源熱泵結合太陽能技術研究;地埋管換熱器、水源拋管換熱器等關鍵技術研究開發,主要創新點為:基于柱線源融合模型的熱響應測試分析軟件、基于納米導熱復合材料的新型換熱器、熱泵太陽能蓄能耦合技術等。

                     

                    2、關鍵技術及創新點、代表性成果及應用

                    (1)太陽能光伏建筑一體化研究關鍵技術及創新點在既有光伏系統設計的基礎上,通過PVSyst軟件建立光伏發電模擬系統,將模擬數據與光伏電站設計規范相結合,對光伏發電系統進行設計優化,使系統達到最佳的運行效果;利用光伏陶瓷瓦替代傳統瓦片,將光伏發電與建筑融為一體,所發電能自發自用,余電上網,同時具有節能和產能的雙重功效,為建筑節能和生態文明美麗中國的建設提供了一種全新的方案和模式;光伏電站監控系統在一般設計原則上,采用新型產品PCS-9617光伏并網接口裝置,研究該裝置適用的新系統,使其既能滿足設計要求,又能提高性價比。 

                    研究獲得實用專利2項(戶用光伏發電系統管理器,ZL201320310491.0;一種戶用防逆流控制器,ZL201420116461.0);發明專利1項(戶用防逆流控制器;201410094720.9)

                    2012年以來,國電能源院在光伏發電技術設計咨詢和系統集成業務方面發展迅速,研究成果得到了應用和產業化,現已經在紹興佳寶新能源有限公司、晶科電力有限公司、陜西華電榆林小壕兔50MWp光伏并網發電項目、浙江安吉農光互補光伏電站項目等近20多個項目中得到應用。4年來光伏發電站總裝機容量為980MW,累計發電量為24.5X104萬KWh,一次能源消耗減少8.1 X105噸標煤,CO2總減排量為1.99 X106噸,主要項目列舉如下:

                    序號

                    項目名稱

                    裝機容量

                    MWp

                    起始

                    年度

                    1

                    江西開昂10MWp分布式太陽能光伏電站工程

                    10

                    2012

                    2

                    上海航天上虞5MW分布式太陽能光伏發電示范項目

                    5

                    2012

                    3

                    浙江華飛輕紡有限公司10MWp金太陽項目設計合同

                    10

                    2012

                    4

                    紹興佳寶新能源有限公司分布式光伏發電項目

                    70

                    2013

                    5

                    金華市浦江縣8.67MW太陽能光伏發電集中示范項目

                    8.67

                    2014

                    6

                    晶科電力有限公司分布式屋頂光伏電站工程

                    40

                    2014

                    7

                    浙江建德20MWp農光互補光伏并網發電項目

                    20

                    2014

                    8

                    江西東鄉20MWp光伏并網發電項目勘察設計合同

                    20

                    2014

                    9

                    國電格爾木二期20MWp并網光伏發電項目

                    20

                    2014

                    10

                    國電德令哈三期10MWp光伏發電工程

                    10

                    2014

                    11

                    衢江區農光互補30MWp光伏電站項目勘察設計合同

                    30

                    2015

                    12

                    陜西華電榆林小壕兔50MWp光伏并網發電項目

                    50

                    2015

                    13

                    浙江青田農光互補光伏電站項目勘察設計合同

                    30

                    2015

                    14

                    浙江安吉農光互補光伏電站項目勘察設計合同

                    20

                    2015


                    (2)淺層地熱能利用技術研究關鍵技術地下換熱器優化設計,從換熱器本身和系統兩方面考慮。在既有單井換熱模型的基礎上研究井間熱擾動,建立井群換熱模型,優化換熱器具體參數等,同時從地源熱泵系統熱平衡的角度優化系統配置和運行策略;基于物聯網技術的熱響應測試裝置及數據分析系統,創新性的采用物聯網技術和地源熱泵技術相結合,開創地源熱泵技術應用新的里程碑。數據分析系統采用柱源和線源傳熱模型相結合的創新計算模型,能通過測試數據直接分析計算出土壤的熱物性參數和埋管井熱阻,測試誤差和分析誤差??;搭建地源熱泵監測平臺,進行系統和地下換熱器的遠程監測,掌握系統長期運行數據,為運行調整以及改進提供服務。 

                    研究獲得軟件著作權2項(GSHP地源熱泵系統選型與模擬運行軟件,2012SR053317;可再生能源利用項目數據遠傳軟件,2013SR1111148)。

                    目前為止,中心已承擔了多項地源熱泵項目設計咨詢、熱響應測試及技術支持業務。開展并完成的熱響應測試項目包括蘇州金雞湖國賓館、塘棲倉儲文化展示中心、福建龍巖云頂酒店、杭州創新創業新天地項目、臨安金基青云山居項目中心會所、青山湖科技城能源站項目、浙江省科技信息綜合樓易地建設項目、溫州殘聯、石家莊鐵道大學等并獲得專家和業主的一致認同。

                     



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