【CITPV】PVT 的研发现状及前景研究

PVT 的研发现状及前景研究1 引言2 PVT发展现状3 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, 13.80%2017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； Ø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32%—38%，2050年有望增至47%左右（2015年为21%，2017年为24.9% ）。Ø2030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47%~63%。Ø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 0%5%10%15%20%25% 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》（2016~2030） l 非化石能源消耗占比： 2018年，占13.8%； 2020年，占15%； 2030年，占20%能源政策：油、气替代煤炭； 非化石能源替代化石能源； l 天然气消耗占比： 2018年，占8%； 2020年，占10%； 2030年，占15%1 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 l 可再生能源发展面临多重瓶颈——弃风、弃光、弃水； 2018年全国弃风率7.2%；弃光率3%；弃水率5%； 其中弃风率：新疆23%；甘肃19%；内蒙古10% 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 , 1.25%2018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 消纳问题分布式能源 间歇性，不稳定性 区域综合能源系统（微网） 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 60,000 人总 用 地 881.30 公顷 建设用地 762.70 公顷 人均建设用地 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。Ø首个光伏微电网新能源示范项目Ø首个获得独立售电权的运营公司Ø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 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%）。 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ØPVT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；ØPVT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40~80℃的热水，从而提高太阳能利用效率。ü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； ü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ü 尺寸：1600x800x30mmü 发电：200W(冬)/220W(夏)ü 产热：500W(冬)/1000W(夏)ü 重量：22kg/组ü 电池片覆盖率：65% 2.4 近期进展Ø 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2018~2020。ü摸底排查先进技术ü收集数据及积累运行经验ü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ü寻找更多的典型应用场景ü探寻进一步降低成本的空间ü提高公共认知等 Ø 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的优势劣势优势:1、效率高 单位面积能量增加3倍。2、节省占地面积 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 采用标准化组件设计，安装及维修简便。4、防过热设计 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：Ø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；Ø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；Ø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；Ø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；ØPVT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：Ø PVT系统Ø 热泵系统Ø 储能系统Ø 末端系统Ø 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： ü 晴 天：发电、生产热水(蓄热)ü 阴雨天：制热(蓄热)• 夜间工况：ü 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：Ø 晴 天：PVT为蒸发器，发电、生产热水(蓄热)Ø 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： Ø PVT为冷凝器，制冷(蓄冷)；Ø 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 =600~900W/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：Ø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㎡ 。Ø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：Ø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