2016年6月,太阳能区域供热及被动房欧洲考察
        2016年6月20日,在IMSIA国际金属太阳能产业联盟秘书长黄俊鹏先生的带领下,来自中国太阳能热利用产业联盟的张晓黎主任、上海源恒太阳能公司谢瑞清总经理开展了为期8天的德奥太阳能应用与生态社区考察之旅。
 
        本次行程共实地考察了奥地利格拉茨太阳能集中热站、德国弗莱堡佤邦社区等五个项目,并与奥地利著名的AEE Intec研究所、德国Fraunhofer研究所,以及德国被动房研究所等研究机构的专家进行了深入的交流,就未来中欧之间,在太阳能区域供热、太阳能工业热利用、被动房技术应用与推广等方面开展丰富的交流和合作。考察团还参观了在慕尼黑举办的Intersolar 2016年展会,与参展的中国企业,比如力诺瑞特光热公司等进行了交流,更重要的是,考察团在展会上发现了不少新鲜的太阳能热利用系统方面的创新技术。
 
        本次考察取得了丰硕的成果,大家对太阳能热利用技术的发展趋势,市场应用的前景等都有了更加深刻的认识。IMSIA国际金属太阳能产业联盟本着为行业服务,促进中国的太阳能热利用行业学习和了解国外先进技术,加强中外合作与交流的精神,希望通过与太阳能热利用行业的从业者分享本次考察见闻,促进国内太阳能热利用行业的转型升级。

  • 主要发现和结论

        奥地利是世界最大,欧洲最发达的太阳能市场之一,一直被看作是其他中欧国家发展的典范。也是继中国之后世界最大的太阳能热水器生产国。奥地利太阳能热水器市场在2009年有5%的增长。
 
        平板集热器的销售量占整个奥地利太阳能市场99%的份额。平板式产品的初次安装成本低;因为容易安装,这类产品受安装商的青睐和推广;和真空管集热器相比,在遇到常见恶劣天气时不易碎(例如遇到大雪和冰雹);平板式产品的生产成本较低且利润较高,所以比较受生产商推广。在吸收材料方面,铜仍然是主流。
 
        奥地利太阳能热水器的分销主要通过安装公司,其次是专业的采暖和可再生能源批发商。目前奥地利太阳能供应商正在向提供完整的采暖解决方案的方向发展(例如:系统集成)。甚至专业的集热器供应商也在做出多方面的努力,提出完整的采暖打包方案(包括热泵和锅炉),而不仅仅是提供太阳能热水器。
 
        奥地利的太阳能区域供热技术以直接并网为主,而不是丹麦那样需要大规模跨季节储热。直接并网的成本大幅下降,商业上完全能够实现,投资回收期大大缩短,但需要热计量支持。这在国内有挑战。
 
        奥地利也在积极的探索更大规模的太阳能供热项目。2015年,奥地利联邦政府决定关闭格拉茨梅拉赫(Mellach)南部的燃油燃气热电联供厂,2020年以前当地的热力公司Energie Steiermar必须找到可替代的能源产品。通过与当地的太阳能供热系统设计公司S.O.L.I.D合作,Energie Steiermar开展了名为Big Solar大规模太阳能区域供热可行性研究,结果显示前景光明。该项目的可行性研究参考了丹麦运营成功最大的太阳能集热场Vojens(集热器面积:70,000m2,49MW),来探讨如何实施太阳能区域供热工程。
 
        目前,梅拉赫热电联供厂提供了格拉茨城市大部分区域供热热需求。太阳能集热系统设计规模由S.O.L.I.D.公司在2015年12月推荐:

  •                 450,000 m²高效太阳能集热器,供热量为350 MWh–三倍于当前奥地利每年太阳能集热器安装量;
  •                 跨季节储热水池容量180万m³,相当于当地Stubenberg湖的容积;
  •                总投资1.96亿欧元。

        通过模拟计算表明基于该集热器面积和储热容积,太阳能区域供热系统供水温度可以达到85 °C,提供的热价为35欧元/ MWh,可以与燃气锅炉供热系统相竞争。S.O.L.I.D.公司的模拟计算基于以下边界条件:
 
        1.融资超过16年;
        2.投资补贴20%;
        3.20%太阳能保证率(245 GWh,其中13 GWh储热损失);
        4.1000万欧元净值;
        5.2000万欧元购买土地;
        6.经营成本;
        7.化石燃料价格指数1.5%。
 
        S.O.L.I.D.公司还指出发展太阳能区域供热系统的优点:相比化石燃料供热价格稳定、供热稳定。丹麦的案例显示集热器安装在地面更经济,所以该项目计划在城市南部的草地上安装集热器。

  • 项目考察

        案例一:奥地利Gleisdorf 小镇集中热站
        项目简介:
        Gleisdorf位于奥地利Styria州,被誉为太阳城,城市占地面积38.67平方千米,是奥地利日照资源最丰富的地区,常住居民5500户。Gleisdorf以其众多可再生能源运用闻名。太阳树、太阳能道路、多功能光伏防噪墙等足以让其匹配太阳城这个声誉。从1991年开始,城市开始大量安装太阳能光伏板和太阳能集热系统,目前城市已安装超过150个太阳能工程,总发电量超过150KW。当地政府部门规定所有新建公共建筑都必须采用光伏电池板、太阳能集热系统、生物质作为热源和动力源。
       
       
主要太阳能光伏项目有:

  •                 10.4KW太阳能光伏电池板安装于Feistritzwerke-Steweag GmbH屋顶;
  •                 8.2KW太阳能光伏电池板安装于Gleisdorf市政厅屋顶;
  •                 7KW太阳能光伏电池板太阳树安装于Gleisdorf市中心;
  •                 100KW防噪太阳能光伏墙安装于A2公路;
  •                 9.9KW太阳能光伏系统安装于Gleisdorf Waves游泳池;
  •                 10.2KW太阳能光伏系统安装于‘Askulap’医疗中心。

        主要太阳能光热项目:

  •                 太阳城超过100户居民生活热水采用太阳能加热;
  •                 城市还有两个比较大的太阳能区域供热项目:230平米集热器太阳能低能耗建筑‘Sundays’,100平米集热器Gleisdorf Waves游泳池。
  •                 城市集中供热站采用太阳能辅助生物质锅炉供热,总计集热器面积600平方米;

        为保证供热可靠性,小镇还配置400KW的生物质锅炉,有效利用当地生物质资源。太阳能集热系统及生物质锅炉产热直接并入区域供热管网,近五年时间新建8个大型太阳能区域供热系统和111个小型太阳能集热系统,总计集热器面积2860平方米。122户私人住宅安装小型生物质锅炉系统,总计供热功率为1956KW,太阳能集热系统辅助生物质锅炉用于住宅采暖,太阳能集热系统直接连接到区域热网。同时区域能源中心安装了电动汽车充电桩,采用太阳能光伏为汽车充电,社区采暖能耗由原来100KW/m^2.年下降到32 KW/m^2.年。


图为热站全貌,左上角的黑色物件是风力发电机,这个角度能够清晰的展示热站屋顶上覆盖的平板太阳能集热器。

 

图为热站内部的木屑锅炉。

 
        整个热站本身,也是一个各项新能源技术的展示和教育平台。


图为太阳能光伏技术的展示

 

图为Koal先生,带领我们参观他们公司办公楼所采用的太阳能空调系统。

 

图为考察团与Koal先生的合影。

 

图为中国农村能源行业协会太阳能热利用专业委员会张晓黎主任与Koal先生合影。

 
        案例二:奥地利Graz-Süd太阳能热站
        中欧地区最大的太阳能集中供热项目。
        项目简介:
        奥地利Graz-Süd太阳能热站于2006年开始建设,到目前为止总计集热器面积达到7750平米,是奥地利最大的太阳能区域供热系统。2006年至2008年,项目一期工程在Abfall Entsorgungs Verwertungs GmbH(AEVG)公司屋顶安装5000平米集热器。2014年至2016年项目二期在一期附近空地增加安装2750平米集热器。项目总共采购了5家集热器制造商6种高温平板型集热器,整个系统没有设置储热装置,太阳能集热系统直接与区域热网连接供热,年供热量3000MWh。

        设计施工方:S.O.L.I.D. GmbH, Graz

        热场主:solar.nahwaerme.at

        热用户:Energie Steiermark Wärme GmbH

        建设日期:一期工程2006~2008 二期工程2014~2016
 

热站的俯视图


热站的部分太阳能集热器阵列

平板太阳能集热器


平板太阳能集热器


  
SOLID公司的Robert在为我们讲解项目


太阳能集热场与整个供热站的换热站


换热站内的换热器

 
        案例三:奥地利Messequartier Graz小区太阳能集中供热项目
        项目简介:
        奥地利Messequartier Graz小区建筑为被动式建筑,建筑面积总计21000平米,是欧洲最大零能建筑示范项目,整栋建筑保温性能极强,采用三层玻璃窗。建筑采用市政区域热网供热,屋顶安装700平方米集热器进行采暖和生活热水提供,集热器倾角60o,从而在春秋季能够获得更多太阳辐照,整个集热器场划分为6组集热器阵列,每组集热器面积117平方米,单块集热器面积17.6平方米。
 
        集热场规划设计方:SOLID公司,施工方:DI WAGNER GmbH & Co KG。同时建筑室内通风采用机械通风系统,采用热泵预热进入室内冷空气,安装热回收装置,能够回收75%的热量。每年采暖、生活热水、通风总耗能为30.1KWh/m2,52%由可再生能源提供,打破当前奥地利43%可再生能源比例规定。建筑顶层还设有居民公共活动空间和游泳池,居民满意度极高。建筑总造价:5700万欧元,单位面积造价:2700欧元。
 
        外围护结构为隔热砖墙,屋顶和地下室天花板为钢筋混凝土,窗户为三层玻璃窗户。围护结构传热系数:墙:0.18 W/m2.k;窗口:0.8 W/ m2.k;屋顶/楼板:0.11 W/ m2.k;地下室屋顶:0.11 W/ m2.k。
 
        奥利地最大的太阳能区域供热公司SOLID公司工作人员Robert先生的带领下参观了小区,以及屋顶的游泳池。
 

项目的卫星俯瞰图

 

与建筑整体风格相适应的太阳能集热场布置


位于屋顶的太阳能集热场


小区热力管网与市政供热管网之间的换热器

 
  

太阳能储热罐


  

考察团与Robert先生、小区的物业管理人员合影

 
        案例四:德国弗莱堡Vunban(佤邦)社区
        项目简介:
        Vunban社区位于德国南部弗莱堡市郊区,1998开始建设,2001年首批2000居入住。社区所有建筑都是按照低能耗标准进行建设(65KWh/m2)。
 
        弗莱堡能源解决方案主要为采用生物质锅炉热电联产供应,很多建筑还集成太阳能集热系统和太阳能光伏系统。50%的电力由热电联产提供,目前已建有14个大型热电厂和90个小型热电厂。锅炉主要燃料为木屑和天然气。出于当地人民对核电的抵制,弗莱堡大规模发展可再生能源供热和供电,主要发展太阳能、风能、水电和生物质能。
 

    

项目所处的地理位置,以及卫星俯视图

 

著名的Solar Ship项目外景


社区内部


  

 

 

 

  

       
      
案例五:德国海德堡Sky Lab被动房社区
        项目简介:
        海德堡历史悠久,文化底蕴浓厚,位于德国西南部,距离法兰克福约80公里,老城区是科研和艺术中心。2009年,在德国经济能源部的支持下,由海德堡市环保局主导,按照被动房标准兴建的新城区Bahnstadt成为海德堡运用新型建筑节能技术促进能源转型和城市发展的新地标。拥有欧洲乃至世界目前规模最大的被动式建筑群。

        新城区Bahnstadt原为废弃火车站和美军军营,规划占地116公顷,人口容量12000人。将建成高质量的多功能生活科技区,包括生活区、幼儿园,咖啡屋,旅馆、办公楼、图书馆、超市、影院以及建筑商店等配套设施。新城区Bahnstadt所有建筑,全部采用被动式建筑标准建设,采用25-40厘米厚的高性能外保温材料、三玻双Low-E高性能外门窗、无热桥外围护结构设计、高气密性措施、带有高效热回收装置的可控新风系统、供回水超低热损失和高效家用电器等,实现最大程度地减小热损失,从而降低采暖能耗和一次能源消耗。

        Bahnstadt城区主要建筑群为办公建筑、居住建筑、旅游住宿建筑:
       
       
办公建筑:SkyLabs是Bahnstadt城区内最大的办公实验楼,其高度和出众的建筑外观令人印象深刻。于2012年秋季开始运营,同时为商业办公、科研实验以及技术研究提供工作场所,其建筑外立面和外遮阳设施融为一体。SkyLabs是“Bahnstadt”被动房概念设计的一个里程碑,“Bahnstadt”是遵循欧洲被动房标准最大城市开发项目。遮阳元素是整个建筑外形设计最大亮点,采用600个可开启三维百叶窗作为整个建筑外围护结构,百叶窗包括穿孔板都是半透明结构,百叶窗出于关闭状态时,自然光仍然可以透光到内部,不影响用户光照强度,整个外部环境依然可见。这种光学性能改善室内光舒适性,提高工作效率。
 
        居住建筑:Bahnstadt城区内居住建筑外观独特,既保证被动房建筑外形便于外保温系统施工,整个建筑外观又避免千篇一律。被动房的阳台部分多采用阳台与结构主体脱开的方式,阳台护板锚固在外墙,或者用钢支架承托整个断开的阳台。被动房居住建筑的外遮阳设计灵活多样。
 
        旅游住宿建筑:酒店外墙采用300mm厚石墨聚苯板保温,按照防火要求每层设置岩棉防火隔离带;外窗采用高性能三层玻璃窗,整窗传热系数为0.8 W/(m2K);冷/热源为空气源热泵,外窗设通风槽。
 

  

 

 

考察团在SkyLab项目合影

 
  • 研究机构考察
 
        AEE Intec研究所
        机构简介:
        AEE-INTEC研究所成立于1988年,是一个独立研究机构,位于奥地利格莱斯多夫市,AEE-INTEC研究所主要集中于太阳能领域、低能耗建筑、零能耗建筑和能源效率领域,并处于世界领先水平。近年水资源可持续利用也成为该机构研究重点。
 
        该机构核心科研是资源和能源可持续利用、设备研发以及可高效快速广泛使用可再生能源的能源体系和系统运行控制策略。这些领域的课题,AEE-INTEC研究所将完成从设备开发、测试、试运行、监控、数据分析、模拟示范等一整套流程,同时研究所还提供技术资讯、技术转让、培训和数据监测等服务。
 
        目前,大约有50人受雇于AEE-INTEC研究所,40人属于长期受雇,其中有2~3名博士,5~10名硕士及实习生。
 
        AEE INTEC研究所积极与国内和国际研究机构接轨,是欧洲可再生能源研究中心机构(EUREC)和欧洲可再生能源供热制冷技术平台成员单位。过去十年,AEE INTEC研究所在奥地利国内、欧洲乃至世界范围极大促进太阳能热利用发展。提供服务的机构包括地方和联邦政府、欧洲委员会、联合国工业发展组织等。机构科研人员还活跃在国际能源署“太阳能供热制冷”课题和“EBC实施协议”,欧洲可再生能源研究中心机构,欧洲可再生能源供热制冷技术平台和奥地利标准委员会。
 
        考察目的:了解太阳能储热技术,Sorption Energy Storage at AEE INTEC laboratory
 

 
        Fraunhofer 研究所
        机构简介:ISE
        Fraunhofer ISE是Fraunhofer研究所分支机构,研究所位于德国弗莱堡,进行太阳能领域科学研究和产品研发。Fraunhofer ISE有三个分支机构,主要研究太阳能电池和半导体材料。 Gelsenkirchen实验室和服务中心(LSC), 弗莱堡半导体材料技术中心(THM), Halle太阳能电池Fraunhofer中心 (CSP) 。2006年以来,Eicke R. Weber博士长期担任研究机构主任,超过1100人受雇于该研究机构,是欧洲最大太阳能应用科研机构。Fraunhofer ISE是德国可再生能源协会 Forschungs Verbund Erneuerbare Energien(FVEE)和欧洲可再生能源协会研究中心(EUREC)会员单位。
 
        Fraunhofer ISE 1981年由Adolf Goetzberger博士在德国弗莱堡创建,是欧洲第一个非教学性质太阳能应用研究机构。1983年第一个完全电子化“ISE逆变器”用于光伏系统,1989年研发出太阳能高效电池,1998年研发出选择性太阳能吸收涂层,促进太阳能集热器发展。

        Fraunhofer ISE一直致力于发展中国家高效环保能源供应,减少化石能源和核能使用,最终目标是采用100%可再生能源,为能源转型提供可实施解决方案。基于这个目标,科研人员从设备材料、组件、系统、能效等基础研究入手,逐步过度到产品开发和系统解决方案提供。
       
       
Fraunhofer ISE主要科研方向如下:
 
        建筑节能:研究人员基于经济性、建筑能效、室内舒适度,改善建筑围护结构,提高建筑设备能效,对现有建筑性能进行优化。
 
        太阳能运用:Fraunhofer ISE研究人员开发光学元件和光学系统,选择性透射、反射、吸收、过滤太阳辐射,促进太阳能集热器、太阳能光伏组件发展。
 
        太阳能集热系统:这一领域包含太阳能高、中、低温利用,太阳能集热系统采用平板或真空管集热器,可用于太阳能加热、制冷、通风预热等。Fraunhofer ISE研究人员线性聚光集热器,工作温度区间提升到150~400摄氏度,太阳能因而可用于发电、工业热处理、工艺蒸汽和吸收式制冷,扩大太阳能使用范围。
 
        太阳能硅电池:Fraunhofer ISE对大量材料实验研究,研发太阳能电池和光伏组件加工技术,目前市场常用太阳能硅电池即为该研究所研发。
 
        光伏模块和系统:Fraunhofer ISE研究人员一直致力于降低光伏系统成本,提高效率,实现最高运行可靠性。
 
        可再生能源运用:Fraunhofer ISE还研究了电子电力和智能控制。包括逆变器的开发和测试,智能电表和智能电网等。
 
        考察目的:了解德国在太阳能工业热利用方面的研究和实践进展。
 
        在Pedro Horta博士的带领下,与研究所专家进行交流,有一个小型的交流会,我方会介绍中国太阳能热利用行业的发展情况,对方会介绍他们研究所,以及当前正在进行研究的科研课题。
 
        该研究所有一款模仿自然流道的平板集热器,可以大大减小流道阻力,十分新颖,但不让拍照,但该种产品是由不锈钢压制而成,制作工艺要求极高,难度很大,大家认为不具备市场推广价值,他们自己研究所也只是还在进行测试,连续一年的测试数据都还没有。


 
        PHI被动房研究所
        机构简介:
        Passive House Institute是由Dr Wolfgang Feist和一些跨学科雇员组成的团队领导的一个独立研究机构,PHI 是被动房研究的核心机构。第一个试点项目Kranichstein被动房于1990年建于德国Darmstadt-实现欧洲第一个常住多户家庭能耗低于12kWh/(m^2.a)。PHI 被动房研究所在建筑概念,建筑部件和建筑设计的发展,特别是建筑节能领域一直处于世界领先地位。PHI提供与建筑环境有关咨询和技术指导,创造了多项第一,第一个被动式办公建筑,第一个被动式工厂,第一个被动式学校和体育馆,第一个被动式室内游泳池馆和第一个被动式房屋改造。每年国际被动式建筑年会均由PHI组织举办,PHI还成立低成本被动式建筑课题组,课题组为德国和其他国家很多被动式建筑工程提供方案。国际被动式建筑年会则为科研人员,建筑师,工程师和设备厂商提供交流和展示平台。PHI通过设计规范和设计软件进行动态建筑模拟、能耗测评。PHI还是建筑和建筑设备,诸如墙体,窗户,走廊,连接件,通风系统和动力系统等的检测和认证中心。PHI研究人员还为高能效设备制造商在产品开发和优化方面提供深层次咨询服务。
 
        考察目的:了解太阳能热利用技术在被动房中的应用。
 
        在被动房技术中,加强太阳能热利用技术的推广,目前的情况是,如果想申请更高等级的被动房认证,必须保证一定比例的太阳能应用。但偏向于光伏。


IMSIA考察团成员与PHI工作人员进行交流

IMSIA考察团成员与PHI工作人员合影

 
  • Intersolar 2016展会印象
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