【CITPV】PVT 的研发现状及前景研究

pPVT 的研发现状及前景研究1 nbsp;引言2 nbsp;PVT发展现状3 nbsp;零碳综合示范区 1 引言我国能源行业现状 注1数据来自中国统计年鉴国家统计局2019年发布 电力, 49供热, 5建材, 8冶金, 18 化工, 5 其他, 15煤炭下游消费行业划分电力 供热 建材 冶金 化工 其他煤炭, 60石油, 18.80天然气, 7.00一次电力及其他能源, 13.802017年能源消费构成煤炭 石油 天然气 一次电力及其他能源 注2数据来自2017年“矿业汇”整理其中一次电力及其他主要指非化石能源消费； 终端用能加速实现高水平电气化。电能占终端能源消费比重持续提升，2025年将取代煤炭在终端能源消费的主导地位，2035年提高至3238，2050年有望增至47左右（2015年为21，2017年为24.9 ）。2030年前，建筑部门是电气化水平提升的第一引擎、提升潜力最大的终端用能部门。至2035年，预计提升至4763。建筑用能类型电低品位热能冷。1 引言能源需求趋势 010203040506070 能源消费总量 煤炭消费总量2030年 2020年 0510152025 非化石能源消费比重 天然气消费比重2030年 2020年 2018年注数据来自能源发展“十三五规划”、能源生产和消费革命战略（20162030） l 非化石能源消耗占比 nbsp; 2018年，占13.8； nbsp; 2020年，占15； nbsp; 2030年，占20能源政策油、气替代煤炭； nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; 非化石能源替代化石能源； l 天然气消耗占比 nbsp; 2018年，占8； nbsp; 2020年，占10； nbsp; 2030年，占151 引言国家能源政策规划目标 注附图来自网络 l 资源和需求逆向分布；供需不匹配l 跨省区能源输送通道不通畅l 风、光等资源的间歇性和不稳定性；l 能源消费城乡差异与地区差异明显1 引言主要问题和挑战 amp; l 可再生能源发展面临多重瓶颈弃风、弃光、弃水； nbsp; 2018年全国弃风率7.2；弃光率3；弃水率5； nbsp; 其中弃风率新疆23；甘肃19；内蒙古10 nbsp; nbsp; nbsp;弃光率新疆16；甘肃10；l 电网调峰能力弱，电网构架与可再生能源发展不匹配1 引言主要问题和挑战 火 电70.11水 电 , 17.06核 电 , 4.07并 网 风 电 , 5.06 并 网 光 伏2.45 生 物 质 , 1.252018年全国发电量火 电 水 电 核 电并 网 风 电 并 网 光 伏 生 物 质火电, 114367, 60.14水电, 35226, 18.52核电, 4466, 2.35并网风电, 18426, 9.69 并网光伏, 17463, 9.18其他, 231, 0.12 火电 水电 核电 2018年全国发电装机容量 l 燃煤供暖合计81；l 燃气供暖为15；l 可再生能源供暖4； 1 引言能源替代的思路化石能源存量有限 环境污染及温室气体 发展清洁能源 资源和负荷逆向分布；远距离输送通道不畅；弃光、弃风、弃水限电；推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的能源体系。 可再生能源发电 nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;消纳问题分布式能源 nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;间歇性，不稳定性 nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;区域综合能源系统（微网） nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;灵活的能源交易泛在电力（能源）互联网 5A级 葡 萄 沟 景 区5A Grade Grape Valley 新 区 选 址8.81平 方 公 里New district covered an area of 8.81 square kilometers 312国 道312 China National Highway 新 站 区New station region 老 城 区Old city 葡 萄 沟 水 库Grape Valley Reservoir 吐 鲁 番 新 区 New District of Turpan 规划2020年新区总人口数 nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;60,000 人总 用 地 nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;881.30 公顷 建设用地 nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;762.70 公顷 人均建设用地 nbsp; nbsp;127.00 平方米 引言新能源示范城市前期规划 项目实行了“自发自用、余量上网、电网调剂，双向计量”的运行机制，光伏系统所发电量直接供给电力用户，富余电量由微电网向地区电网出售，不足部分向吐鲁番地区电网购电。 微网系统规划对微电网运营模式进行了积极探索引言新能源示范城市 l 2009年被新疆自治区人民政府列为“自治区和谐生态城区和城乡一体化示范区”。l 2010年4月,项目获得“国家能源局关于新疆吐鲁番市新区创建国家新能源示范城市的复函”。l 2012年1月项目获得“国家发展改革委、国家能源局、国家电监会关于新疆吐鲁番新能源城市微电网示范项目”的批复。首个光伏微电网新能源示范项目首个获得独立售电权的运营公司首个获得分布式光伏补贴的项目引言新能源示范城市相关批复 吐鲁番示范区项目建设前后卫星图对比 建设前示范区卫星图 建设后示范区卫星图 引言新能源示范城市 2018年运行实况引言新能源示范城市 微电网内电量平衡分析引言新能源示范城市 nbsp;2018年光伏发电自发自用比例为73.9。 （微电网内清洁能源自发自用比例不低于30）。 nbsp;2018年光伏发电量占示范区整体用电量的26（一般绿色生态城区的可再生能源比例指标为5 ）。 光伏发电系统整体发电量满足微电网示范区内居民用电的需求，并略有节余（光伏发电981.5万kWh，居民用电641.34万kWh，商业222.94万kWh ，地源热泵2789.84万kWh ，工业85.75万kWh，公共72.85万kWh 。微电网内电量平衡引言新能源示范城市 引言新能源示范城市l 一、微电网实现“自发自用，余量上网，电网调剂，双向计量”的运行方式；l 二、光伏发电系统发电量满足微电网示范区内居民用电的需求，并有节余；l 三、太阳能发电在微网内优先就近消纳，最大限度降低了损耗，提高了可再生能源利用效率； l 一、地源热泵用电比例大于整体用电量的70，为示范区内最大负荷。要实现清洁能源替代，采取清洁供暖很有必要；l 二、光伏系统发电量虽与示范区非工业用电量总量平衡，但仍存在光伏系统上网电量，要进一步提高可再生能源自发自用比例，需要进一步探索能够大规模应用的储能系统。l 三、由于该地区夏季炎热，电动汽车运行难度很大，继续跟进氢燃料电池在交通领域的应用。l 四、地源热泵和微网公司管理分割，难以协调运行。经验不足 2 PVT 的研发现状 2.1 PVT的特性PVT是集光伏发电和太阳能低温热利用为一体的系统，利用层压或胶粘技术将两者有机结合；PVT是太阳能光伏光热联产系统，光伏发电的同时，收集其余的太阳辐射及光电转换过程中的热能，产生热空气或4080℃的热水，从而提高太阳能利用效率。通过太阳能电池背板铺设流体通道带走热量，提高光伏发电量； 产生的热水可用于采暖和生活热水。 PVT系统应用及安装场所有电力和热水需求的场所均可2.2 PVT应用 阳台及地面屋顶 车棚医院、学校、酒店等公用建筑 居民楼 游泳池 2.3 PVT发展现状国外PVT板性能参数 2.3 PVT发展现状国外PVT板性能参数 2.4 PVT发展现状国内PVT板性能参数 技术参数 尺寸1600x800x30mm 发电200W冬/220W夏 产热500W冬/1000W夏 重量22kg/组 电池片覆盖率65 2.4 近期进展 SHC-TASK60是IEA发起的一个针对PVT系统全面进行评估测试，涵盖PVT的能效、成本、安全性和可靠性，时间跨度20182020。摸底排查先进技术收集数据及积累运行经验为使PVT在模拟和规划中正确应用，需改进测试、建模及收集足够多技术特性数据寻找更多的典型应用场景探寻进一步降低成本的空间提高公共认知等 全球出售的PVT面积已达100万㎡ （截止2019.06 ，11个国家26家生产商提供的数据） 2.5 PVT的优势amp;劣势优势1、效率高 nbsp; 单位面积能量增加3倍。2、节省占地面积 nbsp; 以屋顶安装场景为例，同样的电、热输出功率条件下，PVT板比分别安装PV和PT板占地面积减少30。3、安装简便 nbsp; 采用标准化组件设计，安装及维修简便。4、防过热设计 nbsp; 最高温度控制为80℃。 劣势1、太阳能利用设备，具有间歇性、不稳定性等问题 PVT地源热泵系统则实现太阳能与浅层地热能的综合利用，具有良好互补性对太阳能光伏系统来说背板表面温度越低，越有利于提高太阳能光伏发电效率， PVT地源热泵系统能够及时带走电池板背板的热量，调节电池板的温度，提高太阳能电池板的发电效率；太阳能集热器吸收的热量作为地源热泵的低温热源，提高地源热泵的进液温度，提高了地源热泵的供热性能和工作效率；地源热泵可以补偿太阳能的间歇性，有效解决在阴雨天及夜晚等日照不充足的情况下，PVT热水供应不稳定不连续的问题，提高了系统的热能利用率；盈余的热量可用于补充采暖季过度抽取的地下热量，平衡地温；PVT和地源热泵联供技术可获得的能量是传统PV板5倍。2.6 PVT与热泵联供项目 PVT热泵系统由五大部分组成，分别是 PVT系统 热泵系统 储能系统 末端系统 智能控制系统2.6 PVT与热泵联供系统 功能发电、供热蓄热采暖、供冷（蓄冷） 特点PVT热泵循环，电热冷三联供 2.6 PVT与热泵联供系统 白天工况 晴 天发电、生产热水蓄热 阴雨天制热蓄热 夜间工况 nbsp; nbsp; nbsp; 制热蓄热冬季 PVT为蒸发器 蓄 热蓄 冷 2.6 PVT与热泵联供系统 白天工况 晴 天PVT为蒸发器，发电、生产热水蓄热 阴雨天PVT可为冷凝器，制冷蓄冷；PVT也可为蒸发器，制热蓄热 夜间工况 PVT为冷凝器，制冷蓄冷； PVT也可为蒸发器，制热蓄热夏季蓄 热蓄 冷 2.6 PVT与热泵联供系统 瞬时发电功率与累积发电量逐时变化曲线 室 外 气 象 条 件 太 阳 总 辐 射 强 度 600900W/m 2， 环 境 温 度 26℃ 夏季白天热电联产运行模式系统光伏发电性能参数全天累积发电量2.03kWh（比PV系统多发电20，表面温度30℃左右）峰值发电功率400W n 夏季发电性能试验结果 n 夏季制热性能试验结果 夏季白天热电联产运行模式系统制热性能参数系统工作80分钟可将150L水加热到57℃，累积制热量6kWh（ 21.6MJ ）制热COP平均值6.26制热COP峰值9.22制热COP与太阳总辐射强度逐时变化曲线 案例一黄河湿地公园管理站项目说明黄河湿地公园管理站位于包头市滨河新区的黄河国家湿地公园内，集办公、宣教、科研、培训、管护于一体的综合性办公楼，总占地面积3500㎡ ，建筑面积为2518.66㎡ 。附近没有市政热源，包头市林业局为响应国家大气污染防治政策，通过公开招标的方式，最终采用了可再生能源智慧系统。 功能需求供暖、制冷、一年四季热水；技术亮点跨季节储能技术 2.7 PVT与热泵联供系统项目 现场安装图 黄河湿地公园管理站机房管道 低温地板辐射采暖 能量板安装012.7 PVT与热泵联供系统项目/p