浙江名牌、高新技術(shù)企業(yè)
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發(fā)布時(shí)間：2020-07-21 14:38:04
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導(dǎo)語：作者身處澳洲大陸，這里陽光充足，空氣清新，是利用太陽能和開展太陽能熱利用技術(shù)研究的絕佳地點(diǎn)。
1 澳大利亞的太陽能資源
澳大利亞位于南半球的南太平洋上，是一個(gè)與世界其它國家隔離的大陸島國。是全世界最小的洲，同時(shí)亦是全世界最大的島嶼。它是世界第六大國家，排在俄羅斯、加拿大、中國、美國及巴西之后，面積約770萬平方公里。澳大利亞是世界上太陽能資源最好的國家之一，其單位面積的年輻照量為1500-1900 kWh/m2/year。圖1和圖2分別列出了其年平均日輻照量和年平均日法向直射輻照量[1] 。
2 太陽能熱水器技術(shù)及應(yīng)用
2.1 澳大利亞的生活環(huán)境適合發(fā)展太陽能熱利用技術(shù)
澳大利亞幅員遼闊，人口稀少，除悉尼、墨爾本等大城市的中心區(qū)域高樓林立外，其余大部分地區(qū)以獨(dú)立房屋為主，圖3為本文作者拍攝于紐卡斯?fàn)柺薪家粋€(gè)高爾夫球場接待中心。澳大利亞人們居住的主要是一層或二層房屋，而且多數(shù)家庭都有車庫、草地等，屋頂均非常適合安裝太陽能熱水器。
2.2 澳大利亞的太陽能熱水器技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀
目前澳大利亞廣泛使用的有真空熱水器（如圖4[2]）和平板熱水器（圖5[3]）。雖然每個(gè)州都有相應(yīng)的太陽能熱水器安裝的補(bǔ)貼政策，但目前的市場開發(fā)不成功，在家用熱水器中的占有率僅為8-10%，雖然在過去的5年里有3-4%的增長率[4]。
3 太陽能空調(diào)
目前澳大利亞境內(nèi)大約有十余處太陽能空調(diào)的示范系統(tǒng)，其中伊卡丘地區(qū)保健院的太陽能空調(diào)系統(tǒng)是規(guī)模最大的項(xiàng)目，該項(xiàng)目采用真空管式集熱器和單級吸收式致冷機(jī)，項(xiàng)目總投資219.1萬澳元，于2011年3月開始投入運(yùn)行，設(shè)計(jì)容量220kWth，以水為傳熱流體，使用了1632根真空吸熱管，吸收式致冷機(jī)功率為500kW，并設(shè)有10000噸的儲(chǔ)熱水箱，每年可節(jié)約電量38.2萬度，緩解當(dāng)?shù)胤逯惦娋W(wǎng)的13%負(fù)荷，減少547噸的二氧化碳排放 [5] 。其集熱系統(tǒng)如圖6[5]所示。
2007年在紐卡斯?fàn)柕貐^(qū)采用50㎡槽式集熱器的REDI太陽能致冷示范項(xiàng)目投入運(yùn)行，其槽式集熱器模塊開口尺寸為1.2m，長度為 24m，可以產(chǎn)生230℃熱源，也可以用于有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。
4太陽能熱發(fā)電
4.1 產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
澳大利亞一直很重視太陽能熱發(fā)電的發(fā)展，目前已經(jīng)建成的太陽能熱發(fā)電示范系統(tǒng)很多。
?。?）槽式太陽能熱發(fā)電
澳大利亞國立大學(xué)（ANU）在2005年研制了新型槽式集熱器，如圖8[7]所示。在槽式集熱器的產(chǎn)業(yè)化方面，澳大利亞的公司并未定位于高溫太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域，而是研發(fā)了小開口尺寸的槽式集熱器用于產(chǎn)生250℃以下的熱源供太陽能致冷、有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電等方面應(yīng)用。
(2)線性菲涅爾式太陽能熱發(fā)電
在新南威爾士州獵人谷地區(qū)的Liddell 電站內(nèi)建成了總計(jì)18500平方米的線性菲涅爾式集熱系統(tǒng)，由Areva Solar和 Novatec Solar共同完成，為燃煤火電站的給水系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)熱[8]。2013年Areva Solar公司成功建成承建44 MWth的線性菲涅爾太陽能集熱系統(tǒng)為Kogan Creek 250Mwe燃煤火力發(fā)電站進(jìn)行給水預(yù)熱[9]。
(3)塔式太陽能熱發(fā)電
如圖10所示的Lake Cargelligo塔式電站，裝機(jī)容量3MWe，采用石墨進(jìn)行吸熱和儲(chǔ)熱直接加熱水產(chǎn)生過熱蒸汽，其過熱蒸汽溫度可高于500℃。該系統(tǒng)由澳大利亞Graphite Energy公司研制，具備良好應(yīng)用前景。
澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織( Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation ) 澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織( Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation ) CSIRO在紐卡斯?fàn)柦ǔ闪艘蛔?00 kWth和1.5 MWth的塔式太陽能集熱裝置用吸熱器、化學(xué)反應(yīng)器等測試研究。本文作者現(xiàn)場拍攝照片如圖11所示。作為澳大利亞最大的太陽能熱發(fā)電及高溫?zé)崂醚芯繖C(jī)構(gòu)，這兩套裝置完成諸多新技術(shù)的開發(fā)。
(4)碟式太陽能熱發(fā)電
澳大利亞國立大學(xué)在大面積碟式聚光器方面進(jìn)行了卓有成效的研究工作，先后開發(fā)了出了反射面積400㎡和500㎡的碟式聚光器,如圖12所示。
4.2 澳大利亞政府可再生能源機(jī)構(gòu)太陽能熱利用研究項(xiàng)目
澳大利亞政府對太陽能熱利用技術(shù)極為重視，表1摘錄了近5年內(nèi)澳大利亞政府可再生能源機(jī)構(gòu)公布的研究項(xiàng)目。
| 項(xiàng)目承擔(dān)單位 | 項(xiàng)目名稱 | 政府投資 （萬澳元） |
總投資 （萬澳元） |
| 澳大利亞國立大學(xué)Australian National University | 高性能碟式聚光器用吸熱器技術(shù) | 143.621 | 143.621 |
| Barbara Hardy Institute | 高溫儲(chǔ)熱技術(shù)測試平臺(tái) | 68.95 | 240 |
| CSIRO | 先進(jìn)儲(chǔ)熱技術(shù) | 350 | 720 |
| CSIRO | 澳大利亞太陽能熱利用研究計(jì)劃ASTRI | 3500 | 8730 |
| CSIRO | 利用太陽能重整合成氣的聯(lián)合循環(huán)技術(shù) | 25.1454 | 70 |
| CSIRO | 大規(guī)模應(yīng)用的聚光型太陽能聯(lián)合系統(tǒng) | 70 | 190 |
| CSIRO | 先進(jìn)循環(huán)的吸熱器優(yōu)化技術(shù) | 120 | 320 |
| CSIRO | 太陽能空氣輪機(jī)系統(tǒng) | 310 | 1060 |
| CSIRO | 太陽能驅(qū)動(dòng)的超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán) | 250 | 624 |
| CSIRO | 太陽能混合燃料 | 160 | 390 |
| CSIRO | 太陽能熱利用研究基地 | 500 | 500 |
| CSIRO | 聚光型太陽能熱系統(tǒng)中的熱電發(fā)電機(jī) | 220 | 470 |
| Granite Power | 太陽能驅(qū)動(dòng)的超臨界有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電和工業(yè)供熱技術(shù) | 81.2 | 700 |
| RATCH-Australia | Collinsville火力電站改造為太陽能或燃?xì)饣旌习l(fā)電可行性研究 | 250 | 560 |
| Vast Solar | 聚光型太陽能熱利用中太陽能陣列性能模型驗(yàn)證 | 43.7243 | 130 |
4.3 澳大利亞太陽能熱利用計(jì)劃ASTRI簡介[13]
作為目前澳大利亞投資最大的太陽能熱利用項(xiàng)目，ASTRI由CSIRO，6所澳大利亞大學(xué)和美國2個(gè)科研機(jī)構(gòu)和1個(gè)大學(xué)的研發(fā)人員組成，分別為：
澳大利亞國立大學(xué)Australian National University
昆士蘭大學(xué)University of Queensland
阿德萊德大學(xué)University of Adelaide
弗林德斯大學(xué)Flinders University
南澳大學(xué)University of South Australia
昆士蘭科技大學(xué)Queensland University of Technology
美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室US National Renewable Energy Laboratory (NREL)
美國桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室Sandia National Laboratories
亞利桑那州立大學(xué) Arizona State University.
項(xiàng)目預(yù)計(jì)總投資為8730萬澳元，國際能源署太陽能熱發(fā)電與熱化學(xué)組織的現(xiàn)任執(zhí)行主席Manuel Blanco博士為該項(xiàng)目的主任。該項(xiàng)目目標(biāo)是降低太陽能熱發(fā)電的成本至0.12澳元/kWh，2016年目標(biāo)是降到 0.20澳元/kWh，2020年實(shí)現(xiàn)0.12澳元/kWh。電力品質(zhì)具有很好的調(diào)度性能。項(xiàng)目的主要節(jié)點(diǎn)目標(biāo)包括：
節(jié)點(diǎn) 1: 減少初投資：減少建造太陽能熱發(fā)電站的成本，由澳大利亞國立大學(xué)和弗林德斯大學(xué)負(fù)責(zé)；
節(jié)點(diǎn)2: 提高容量因襲：提高電站的運(yùn)行小時(shí)數(shù)以實(shí)現(xiàn)向電網(wǎng)輸送更多的電力，由CSIRO和南澳大學(xué)負(fù)責(zé)。
節(jié)點(diǎn)3: 提高系統(tǒng)效率:增加發(fā)電量同事降低成本，由昆士蘭大學(xué)和 CSIRO負(fù)責(zé)。
節(jié)點(diǎn)4: 增加產(chǎn)品價(jià)值：減少太陽能熱發(fā)電站的運(yùn)行和維護(hù)成本，又阿德萊德大學(xué)和昆士蘭科技大學(xué)負(fù)責(zé)。
這些節(jié)點(diǎn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)均將和美國的可再生能源實(shí)驗(yàn)室、桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室和亞利桑那州立大學(xué)共同合作完成。該研究項(xiàng)目將利用世界領(lǐng)先的經(jīng)濟(jì)模型，知識共享和教育計(jì)劃支持。
澳大利亞人口僅有2300萬，但對于技術(shù)創(chuàng)新能力并不落后，在太陽能熱利用領(lǐng)域中的石墨吸熱儲(chǔ)熱的塔式發(fā)電技術(shù)、小開口尺寸槽式集熱器技術(shù)、大面積碟式聚光器技術(shù)和太陽能合成氣技術(shù)等均獨(dú)具特色。寬松的科研氛圍和豐厚報(bào)酬可以吸引高水平的研究人員，國際化的視野可以確保其技術(shù)和研究方向走在世界前列。
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