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2018年10月5日，中國科學(xué)院電工研究所太陽能熱利用技術(shù)研究部研制的小型集中型太陽能供熱示范系統(tǒng)，在沒有任何輔助能源的條件下，為張家口市涿鹿縣礬山鎮(zhèn)黃帝城小鎮(zhèn)達華建國酒店共計3000-5000平方米的建筑供暖，至今持續(xù)運行3個月，成功將多年研發(fā)的集中型太陽能供熱技術(shù)推向示范應(yīng)用。

供熱系統(tǒng)主要由太陽能塔式聚光吸熱系統(tǒng)、跨季節(jié)水體儲熱系統(tǒng)、自控系統(tǒng)等組成，可實現(xiàn)太陽能全年收集、存儲，有效解決建筑冬季清潔供熱問題。定日鏡采光面積760㎡，跨季節(jié)水體儲熱容量3000m3，滿足園區(qū)內(nèi)3000㎡建筑冬季供熱要求。自2018年4月至10月初運行跨季節(jié)儲熱模式，10月初至今運行供熱模式。該系統(tǒng)中涉及的關(guān)鍵部件完全使用中科院自主知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品。

與其他太陽能供熱采暖系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)采用山地塔式聚光光學(xué)設(shè)計，實現(xiàn)山地小定日鏡高效聚光；同時開發(fā)容積式吸熱器和列管吸熱器，利用多孔材料的選擇與排布實現(xiàn)高效吸熱。根據(jù)測算，系統(tǒng)出水溫度達到90℃要求時，在冬季的熱效率可達到50%以上（折算在太陽能采光面積上）。

其次，系統(tǒng)采用優(yōu)化的水體儲熱方式，實現(xiàn)了高效低成本儲熱。通過跨季節(jié)儲熱水體斜溫層控制技術(shù)和低熱損技術(shù)，減小儲熱水體混合熱損，在確保儲熱水體建造成本不高于330元/m3的前提下，儲熱系統(tǒng)取熱量可達到儲熱量的80%以上。并以此儲熱體為實驗研究對象，建立大空間自然對流與土壤耦合動態(tài)傳熱模型，為今后大容量跨季節(jié)儲熱水體的熱工設(shè)計奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

此外，研發(fā)從太陽能輻照熱量到建筑負(fù)荷的全系統(tǒng)動態(tài)熱性能模擬優(yōu)化平臺。該平臺可以反映系統(tǒng)關(guān)鍵部件在太陽能輻照度變化以及建筑負(fù)荷變化的條件下，系統(tǒng)各運行關(guān)鍵參數(shù)的實時變化，系統(tǒng)參數(shù)配置以及為精準(zhǔn)控制邏輯提供仿真平臺。

研究員王志峰帶領(lǐng)的太陽能熱利用技術(shù)團隊長期致力于太陽能熱發(fā)電技術(shù)研究，此次借鑒部分熱發(fā)電技術(shù)，并將聚光吸熱技術(shù)應(yīng)用于供熱采暖系統(tǒng)，在國內(nèi)起到行業(yè)引領(lǐng)作用。該示范項目的穩(wěn)定運營，為2022年張家口冬奧會可再生能源清潔供熱以及中科院先導(dǎo)A項目的順利實施奠定了基礎(chǔ)。

太陽能供熱示范系統(tǒng)現(xiàn)場

聚光吸熱系統(tǒng)