北京市新能源和可再生能源技术应用评价.pdf

北京市新能 源和可再 生能源 技术应用评 价 北京节能环保中心 2015 年 6 月 目 录 第一章 绪论 1 一、北京市能源发展形势分析 . 1 （一）能源消费总量继续刚性增长 . 1 （二）清洁化、低碳高效发展要求更加迫切 . 1 （三）首都功能对能源供应的安全性可靠性提出更高要求 . 2 二、北京市推进新能源和可再生能源发展的意义 . 2 三、北京市新能源和可再生能源发展现状 . 3 （一）开发利用总量取得了较快发展 . 3 （二）研发、制造、服务产业发展初具规模 . 4 （三）政策支持体系正逐步建立 . 4 （四）存在问题 . 5 四、课题研究内容及研究重点 . 6 第二章 北京市可 再生能 源分类 及 主要利用 技术 8 一、 新能源和可再生能源分类 8 （一）新能源和可再生能源基本概念 . 8 （二）北京市新能源和可再生能源种类 . 8 二、北京市新能源和可再生能源资源潜力及分布 . 9 （一）太阳能资源储量相对丰富 . 9 （二）地热潜力较大 . 10 （三）生物质能资源种类多样 . 11 （四）风能资源相对不足 . 11 三、北京市新能源和可再生能源应用现状及主要技术形式 . 12 第三章 北京市新 能源和 可再生 能 源技术综 合评价 15 一、太阳能利用技术 . 15 （一）太阳能热水系统 . 15 （二）太阳能采暖技术 . 21 （三）太阳能光伏发电技术 . 23 二、地热能应用技术 . 30 （一）浅层地温能供热技术 . 31 （二）中低温地热供热技术 . 38 三、生物质能 . 42 （一）沼气集中供气 . 42 （二）气化供气技术 . 44 （三）沼气发电技术 . 46 （四）北京市生物质能技术应用前景分析 . 47 四、风能 . 48 五、重点应用技术小结 . 48 第四章 北京市城 镇新能 源和可 再 生能源建 筑应用 能源环 境 、经济评 价 49 一、太阳能供热水技术 . 49 （一）集热器类型的影响 . 49 （二）系统类型的影响 . 55 （三）辅助热源的影响 . 56 （四）综合评价 . 58 二、地热能采暖技术 . 58 （一）能效比及一次能源利用率 58 （二）初投资 60 （三）运行成本 61 （四）节能量 63 （五）减排量 64 三、光伏发电技术 . 65 （一）分布式光伏发电经济评价 65 （二）并网光伏电站经济评价 69 （三）节能、减排量评价 70 （四）综合评价 73 第五章 北京市农 村可再 生能源 采 暖技术 能 源环境 、经济 评价 75 一、计算条件 . 76 （一）住宅建筑基本情况 . 76 （二）初投资 . 77 （三）运行成本 . 78 （四）节能量 . 80 （五）减排量 . 82 二、初投资 . 83 （一）不同类型采暖技术方案的初投资比较 . 83 （二）单位面积工程投资对比 . 85 （三）单位耗热量初投资对比 . 85 （四）初投资对比小结 . 85 （五）初投资影响因素分析 . 86 三、运行成本 . 87 （一）不同类型采暖技术方案的运行成本 . 87 （二）采暖季总能耗 . 89 （三）采暖季单位能耗 . 89 （四）总运行费用 . 90 （五）单位面积运行费用 . 90 （六）工程运行成本对比小结 . 90 （七）运行成本的影响因素分析 . 91 四、节能量 . 93 五、减排量 . 94 六、综合评价 . 96 第六章 北京市可 再生能 源技术 应 用政策建 议 100 一、实施可再生能源总量目标考核制度 . 100 二、实施强制推广政策 . 100 三、加大政策支持力度 . 101 四、加大农村地区可再生能源技术支持 . 101 1 第一章 绪论 一、北京市能源发展形势分析 （一）能源消费总量继续刚性增长 “十二五”期间，北京市能源消费进入中速增长阶段， 今后一个较长时期北京市能源消费总量仍将保持刚性增长 趋势。2020 年后预计开始进入低速增长阶段，2025～2030 年可能达到增长峰值。能源消费总量较快增长与资源短缺约 束的矛盾将更加突出，能源安全、可靠供应的任务更重。 （二）清洁化、低碳高效发展要求更加迫切 据测算，在影响本市PM2.5的各种因素中，能源使用因 素占近四成，其中，来自机动车的燃油排放占 22.2，来自 燃煤使用的排放约占 16.7。煤炭燃烧可直接产生烟尘、二 氧化硫和氮氧化物， 形成空气污染。 同时， 排放的二氧化硫、 氮氧化物还会通过化学反应生成 PM2.5。据环境部门监测， 由燃煤带来的二氧化硫、氮氧化物和粉尘等污染物的排放分 别占全市总排放的 95、25和15。 与世界城市相比，本市煤炭占比仍较高，清洁能源比重 还较低。新能源新技术推广应用的瓶颈制约仍未缓解，开发 利用量仍然较低。 2 （三）首都功能对能源供应的安全性可靠性提出更高要 求 城市电网水平有待提升。目前本市城市年户均停电时间 约为 3 个小时，而东京、伦敦等城市均已达到 3～5 分钟的 水平。 天然气高峰用气保障能力需进一步加强。目前本市天然 气供应主要来自陕京系统，气源相对单一。未来我市天然气 用量将快速增加，峰谷差进一步加大，天然气尖峰问题较为 突出，需加快形成多种气源的供应格局。 （四）发展不平衡的矛盾突出 与城区相比，北京市城南地区、西部地区和城乡结合部 的电、气、热等能源基础设施依然薄弱，存在较大差距。农 村地区用能仍以散煤、秸秆、薪柴为主，农村地区能源无论 从数量、质量以及服务体系上都需要提高和改善。 二、北京市推进新能源和可再生能源发展的意义 （一）发展可再生能源是改善能源结构，建设清洁低碳 能源体系， 应对雾霾、 推动生态文明可持续发展的重要支撑。 未来几年是首都明确城市功能定位，落实习近平同志提 出的将首都作为“全国政治中心、文化中心、国际交往中心 和科技创新中心”四个核心功能指示，把北京建设成为国际 一流的和谐宜居之都的关键时期。加快可再生能源的开发利 用是减少化石能源消耗，缓解资源环境压力、建设“绿色北3 京”的重要举措。 （二）大力发展可再生能源有利于未来能源安全稳定运 行和能源供应方式多元化。 落实首都核心功能定位要求北京必须加快构建具有首 都特色的可再生能源利用体系，积极提升可再生能源在整个 能源消费结构中的比重，为建设清洁、安全、多元、低碳的 能源体系注入动力，为首都经济社会发展提供坚实保障。 （三）实现可再生能源科技创新和产业发展是增强核心 竞争力，保持首都经济发展优势的重要举措。 当今世界，以绿色、低碳为核心的新一轮能源技术变革 方兴未艾，可再生能源科技创新水平已成为国家和地区核心 竞争力的重要体现。首都社会经济实现创新驱动，客观上需 要大幅提升可再生能源的利用总量，扩大可再生能源市场规 模，进一步带动、提升战略性新兴产业的研发和创新水平， 抢占产业制高点，把全国领先的研发优势转化为雄厚的产业 实力，实现新兴产业更高层次的发展。 三、北京市新能源和可再生能源发展现状 （一）开发利用总量取得了较快发展 “十一五”以来，我市新能源和可再生能源开发取得 了较快发展。实施了奥运新能源示范工程、阳关双百工程、 金太阳工程、绿色燃气工程等重大示范项目，开展了延庆国 家绿色能源示范县，亦庄光伏发电集中应用示范区，顺义、4 海淀国家分布式光伏发电示范区，昌平国家新能源示范城市 的建设。截止 2012 年底，本市可再生能源开发利用总量为 283.6 万吨标准煤，约占全市能源消费比重的 3.95，与可 再生能源可开发利用总量相比，存在较大的发展空间。 （二）研发、制造、服务产业发展初具规模 按照国家可再生能源法第十二条提出的，将可再生能源 产业列入科技发展与高技术产业发展优先领域的规定，我市 依托首都科技资源优势，不断强化可再生能源产业在创新研 发、 高端装备制造、 技术服务等环节的竞争力,太阳能光热、 地热能利用技术，以及光伏、风电装备研发和高端制造水平 取得了较好的发展。 我市拥有太阳能、风电等国家级研发机构 21 个，国电 新能源研究院、神华低碳研究所等企业研究总部 30 余个； 华清地热开发公司集勘察、设计、运管为一体的地热整体解 决方案竞争优势明显，北京鉴衡认证中心占据了国内风能和 太阳能检测认证 60以上的市场份额；在太阳能领域，中科 信的扩散炉和等离子去边机、京运通的晶硅铸锭炉占据国内 市场 50以上的份额，风电领域已形成较为完整的产业链， 风力电机和风机控制系统等关键零部件的制造水平稳步提 高。 （三）政策支持体系正逐步建立 一是明确了近期发展目标。编制和发布了北京市“十5 二五”时期新能源和可再生能源发展规划 、 北京市新能源 产业专项规划 ，确定了到2015年本市可再生能源利用量达 到 550 万吨标准煤，占能源消费总量的比重要达到 6左右， 产业产值力争实现 1000亿的发展目标。 二是探索配套鼓励政策和标准。我市出台了北京市加 快太阳能开发利用促进产业发展指导意见 、 关于发展热泵 系统的指导意见 、 北京市太阳能热水系统城镇建筑应用管 理办法 、 北京市民用建筑节能管理办法等政策，颁布了 北京市新能源和可再生能源标准体系表（第一批） 、 北 京市新能源和可再生能源统计管理暂行办法等系列文件， 初步明确了新建居民住宅应当安装太阳能热水器的强制性 要求，加大了固定资产投资对可再生能源的支持力度，推动 了可再生能源的开发利用。 三是着手启动了地方立法工作。通过前期调查研究，对 制定可再生能源法地方性法规的必要性、可行性进行了论证， 条例已列入“北京市地方性法规五年立法规划 （2013-2017 年） ，为国家可再生能源法在北京的深入贯 彻落实奠定了基础。 （四）存在问题 尽管我市可再生能源开发利用取得了一定的成绩。但相 对于本市能源环境污染问题的日益严峻，相对于亟需解决雾 霾天气的迫切性，相对于国外一些城市所取得的突出成就，6 我市可再生能源发展仍处起步阶段，大规模应用尚存在诸多 障碍，可再生能源开发利用产品和项目商业化运营模式尚未 真正建立，可再生能源项目经济财务生存和盈利能力不足， 缺乏持续稳定的经济激励措施；应用规模小，推进机制和手 段缺乏，缺少持续的市场拉动，没有有效调动社会力量共促 发展，吸引社会资金投入和公众广泛参与的动力不足。 我市可再生能源种类主要包括太阳能、地热能、生物质 能、风能四种，开发利用技术种类也较多，理顺这些技术应 用，明确发展重点和发展方向是解决目前可再生能源发展过 程中存在问题的重要基础性工作。本课题在调查分析北京市 新能源和可再生能源开发利用现状基础上，提出了北京市新 能源和可再生能源的发展重点领域和重点技术；对北京市新 能源和可再生能源技术应用进行综合分析评价，提出了北京 市新能源和可再生能源发展的政策建议，为北京选择合适的 可再生能源利用技术，大规模提高可再生能源利用量，改善 能源结构提供基础依据，为北京压减燃煤、促进空气质量改 善提供重要保障。 四、课题研究内容及研究重点 （一）研究内容 1. 北京市可再生能源应用现状 2. 北京市可再生能源技术应用评价。开展太阳能、地 热和浅层地能、生物质能等可再生能源技术在北京地区应用7 评价分析，分析判断该项技术在北京的地区的发展前景。 3. 北京市可再生能源应用规划政策建议。根据能源经 济及环境效益分析，提出北京市可再生能源应用技术发展规 划政策建议。 （二）研究重点 1.可再生能源建筑应用技术经济环境评价 2.农村可再生能源采暖技术经济环境评价 8 第二章 北京市可 再生能 源分类 及主要 利用技 术 一、 新能源和可再生能源分类 （一）新能源和可再生能源基本概念 可再生能源是可持续再生、永续利用的一次能源。这类 能源大都直接或间接来自太阳， 中华人民共和国可再生能 源法指风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能 等非化石能源。新能源是相对于常规能源而言的，指在新的 材料和技术基础上，采用新的利用方式的能源，其所指会随 时代进步而发生变化。对于新能源和可再生能源，目前国家 并未有法律明确定义，而我们通常说的新能源和可再生能源 主要包括太阳能、风能、生物质能、海洋能、地热能、氢能 等非化石能源和核能等。 表1. 新能源 与可 再生 能源 的划 分 区分 可再生能源 非可再生能源 新能源 太阳能 生物质能 风能 水能 地热能 潮汐能 核能 常规能源 传统薪柴秸秆燃烧 煤炭石油 天然气 （二）北京市新能源和可再生能源种类 按照本市新能源和可再生能源资源条件，北京市新能源 和可再生能源主要包括太阳能、地热能、生物质能、风能。 9 太阳能太阳以电磁辐射形式向宇宙空间发射的能量。 地热能地球内部蕴藏的能量，地球内部的热量以传导 等方式向外输送。 生物质能指蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过 叶绿素将太阳能转化为化学能而储存在生物质内部的能量。 风能由于地球辐射造成地球各部分受热不均匀，引起 大气层中的压力分布不平衡，在水平气压梯度力的作用下， 使空气在水平方向运动形成风，这种空气运动产生的能量称 为风能。 二、北京市新能源和可再生能源资源潜力及分布 北京市新能源和可再生能源资源种类主要包括太阳能、 地热能、生物质能和风能，资源开发潜力约为 4000 万吨标 准煤，其中，太阳能、地热能、生物质能资源占可再生能源 资源开发利用潜力的 98。由于农林生物质能源由于燃烧排 放问题使其发展受到了限制，太阳能和地热能利用将是北京 市可再生能源发展的两大重点种类。 （一）太阳能资源储量相对丰富 北京地区年日照时数达到 2600～3000 小时，年累计太 阳辐照量达到 5000～6000兆焦/平方米，为国家太阳能二类 资源区，开发潜力约 3000万吨标准煤，分布呈现南、北多， 中部少的型态，东北部上甸子、汤河口一带及延庆盆地辐射 条件较好。 10 图1. 北京 市各 区县 年日 照时 数分布情 况 图2. 全国 太阳 能资 源分 布图 表2. 北京 地区 年日 照时 数（ 小时） 地点 时数 地点 时数 地点 时数 地点 时数 海淀 2620.0 门头沟 2621.4 房山 2606.0 马道梁 2690.7 朝阳 2554.8 斋堂 2594.1 霞云岭 2063.2 汤河口 2812.4 石景山 2473.3 三台 2733.6 延庆 2813.2 古北口 2822.9 通州 2722.7 大兴 2769.3 佛爷顶 2491.3 怀柔 2731.5 昌平 2641.4 顺义 2792.3 平谷 2711.3 密云 2788.0 （二）地热潜力较大 北京地热能资源属热水型，主要分布在北京平原地区 （含延庆盆地） ， 温度范围为 25-89 ， 有一定的医疗、 保健、 Ⅰ Ⅳ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅳ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅳ Ⅱ Ⅲ11 养生作用。经勘察，在北京平原地区，深度 3500 米内、井 出水温度高于 50 的地区面积约有 2760 平方公里，构成相 对独立又有一定联系的 10 个地热田。地热资源年开发利用 潜力约 526万吨标准煤；主要分布在延庆、海淀、大兴、昌 平、顺义等区县。 图3. 北京地 热田 分布 状况 （三）生物质能资源种类多样 本市生物质能资源种类多样，主要包括农业废弃物、林 业废弃物、畜禽粪污、生活垃圾、餐厨垃圾及污泥等，约为 378 万吨标准煤。其中城市发展新区和生态涵养区的生物质 能资源约占全市生物质能资源总量的 80以上。 （四）风能资源相对不足 北京风能资源储量约为 460万千瓦，目前已探明的风资12 源可利用量合计约为 45 万千瓦，主要分布于延庆、密云、 门头沟等北部及西北部山区。 图4. 北京地 区年 平均 风功 率密 度色斑 图（W/m 2 ） 三、北京市新能源和可再生能源应用现状及主要技术形 式 图5. 2006-2012 年北京 市可 再生能源 开发 利用 量 89.2 117.7 153 188.3 232.6 257.1 283.6 0 50 100 150 200 250 300 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 开发利用总量（万吨标准煤）13 图6. 2012 年北 京市 可再 生能 源利用 结构 十一五 以来，我市可再生能源利用实现了跨越式发 展。实施了奥运可再生能源示范工程、阳光双百工程、金太 阳工程、绿色燃气工程等重大示范项目，开展了延庆国家绿 色能源示范县，亦庄光伏发电集中应用示范区，顺义、海淀 国家分布式光伏发电示范区，昌平国家新能源示范城市的建 设。截止 2012年底，本市可再生能源开发利用总量为 283.6 万吨标准煤，约占全市能源消费比重的 3.95，比上年增长 10.3，比 2005年翻了两番。但与可再生能源可开发利用总 量相比，存在较大的发展空间。 根据近两年北京市统计局、北京市发改委在全市开展的 可再生能源统计调查，北京市可再生能源开发利用技术主要 有以下形式。 太阳能 170.4 万吨 60 风能 10.0 万吨 4 地热能 44.5 万吨 16 生物质能 46.0 万吨 16 小水电 10.0 万吨 414 表3. 北京市 新能 源和 可再 生能 源主要 利用 技术 形式 品种 利用方式 主要应用区域 太阳能 光热利用 分散式太阳能热水系统 农村 集中式太阳能热水系统 城市 太阳能采暖 农村 太阳能热发电 （实验阶段） 光伏利用 太阳能灯 农村 分布式光伏发电系统 城区 并网光伏电站 农村 生物质能 气化能源技术 户用沼气 农村 大中型沼气集中供气 农村 秸秆气化集中供气 农村 生物质发电 垃圾填埋气发电 垃圾处理厂 垃圾焚烧发电 垃圾处理厂 畜禽粪便沼气发电 农村 生物质燃料 固体成型燃料 农村 地热能 浅层地温能供热制冷 全市 中低温地热水地热供热 部分地区 风能 风力发电 延庆 15 第三章 北京市 新能源和 可再生 能源技 术 综合 评价 一、太阳能利用技术 （一）太阳能热水系统 太阳能热水系统是利用太阳能集热器，收集太阳辐射能 把水加热的一种装置，是目前太阳热能应用发展中最具经济 价值、技术最成熟且已商业化的一项应用产品。 太阳热水系统主要由太阳集热系统和热水供应系统构 成，主要包括太阳集热器、储热水箱、循环管道、支架、控 制系统、热交换器和水泵等设备和附件。太阳集热系统是太 阳热水系统特有的组成部分，是太阳能是否得到合理利用的 关键。根据不同特征太阳能热水系统可分为以下各类。 本课题按照第一种分类特征进行分析评价。 1. 技术综述 （1）分散供热水系统 表4. 太阳能 热水 系统 分类 分类特征 系统类型 按供热水范围 集中供热水系统 集中-分散供热水系统 分散供热水系统 按系统运行方式 自然循环系统 强制循环系统 直流式系统 按生活热水与集热 器内传热工质 直接系统 间接系统 太阳能热水系统按 辅助能源设备安装 位置 内置加热系统 外置加热系统 按辅助能源启动方 式 全日自动启动系 统 定时自动启动系统 按需手动启动系 统 16 采用分散的太阳能集热器和分散的贮水箱供给各个用 户所需热水的小型系统。常见的分散供热水系统就是分户家 用型太阳能热水器，太阳集热器分散分户布置，储水箱、相 关管道、辅助热源等设施都按需要分户设置，即每户有独立 的系统。 图7. 户用太 阳能 热水 器 （2）集中供热水系统 采用集中的太阳能集热器和集中的贮水箱供给一幢或 几幢建筑物所需热水的系统。 17 图8. 集中供 热水 系统 （3）集中-分散供热水系统。 集热采用集中的太阳能集热器和分散的贮水箱供给一 幢建筑物所需热水的系统。 18 图9. 集中-分散系 统效 果图 2. 技术要点和成熟度 （1） 技术要求 1）太阳能热水系统的技术性能应满足相关太阳能产品 国家现行标准和设计的要求，系统中集热器、贮水箱、支架 等主要部件的正常使用寿命不应少于 10 年。 2）太阳能热水系统应安全可靠，内置加热系统必须带 有保证使用安全的装置，并根据不同地区应采取防冻、防结 露、防过热、防雷、抗雹、抗风、抗震等技术措施。 3）辅助能源加热设备种类应根据建筑物使用特点热水 用量、能源供应、维护管理及卫生防菌等因素选择，并符合 国家现行标准建筑给水排水设计规范GB50015 中有关规 定。 19 4）系统供水水温、水压和水质应符合现行国家标准建 筑给水排水设计规范GB50015 中有关规定； 5）集中供热水系统宜设置热水回水管道，热水供应系 统应保证干管和立管中的热水循环；集中--分散供热水系统 应设置热水回水管道，热水供应系统应保证干管和立管中的 热水循环；分散供热水系统可根据用户的具体要求设置热水 回水管道。 （2）系统设计 太阳能热水系统类型的选择，应根据建筑物的使用功能、 热水供应方式、集热器安装位置和系统运行方式等因素，经 综合技术经济比较确定。应用太阳能热水系统的民用建筑规 划设计，除需综合考虑场地条件、建筑功能、周围环境等因 素外；在确定建筑布局、朝向、间距、群体组合和空间环境 时，还应结合建设地点的地理、气候条件，满足太阳能热水 系统设计和安装的技术要求。 太阳能集热器安装在建筑屋面、阳台、墙面或建筑其他 部位，不得影响该部位的建筑功能，并应与建筑协调一致， 保持建筑统一和谐的外观。 建筑设计应为太阳能热水系统的安装、使用、维护、保 养等提供必要的条件。 太阳能热水系统的管线不得穿越其他用户的室内空间。 20 3. 适用条件和限制条件 （1）分散供热水系统 优点。 无需热水收费管理； 系统产权明晰， 系统日常护、 故障维修方便。 缺点。出现各楼相互遮挡情况时，高楼的低层用户不适 宜安装； 塔楼非朝阳面住户不适宜安装； 用水点离阳台较远， 安装管线长，用水时需要排空较多管内冷水。 （2）集中供热水系统 优点集热器集中设于屋顶或采光最好的位置，与各户 实际日照条件无直接关系； 系统安装简洁、 效率高， 管线少、 易安装；热水共用，利用率高 缺点需要分摊辅助加热费用及水费，因此需要分户计 量收费，给系统管理、维护带来困难；采用电辅助加热，加 热功率大，有时需要电力增容，大大增加系统初投资；系统 系统工作时间长，管道散热多，增加热水成本；高层供水系 统需解决冷热水压力平衡问题。 （3）集中-分散供热水系统。 优点 用水、 辅助热源各户独立， 无需收费， 非常方便； 一次循环系统产权归物业管理部门管理，管理维修也便利； 太阳能热水系统利用效率高。 缺点初始投资略高。 21 4. 北京市应用前景分析 太阳能是北京市最具发展潜力的新能源和可再生能源 品种，占可再生能源开发利用的60以上，截至2012 年，我 市太阳能热水系统集热器面积达到 200万平方米，实施了阳 光双百工程、光能热水工程、阳光浴室工程等太阳能热水系 统与建筑结合的工程项目。 在农村，太阳能热水系统主要是以分散式太阳能热水系 统为主，在城区，太阳能热水系统在建筑上主要用在体育场 馆、宾馆、饭店、学校、医院以及政府机构。随着城镇化的 不断深入，城市具有大量可供安装太阳能热水系统的新建和 改建建筑，太阳能热水系统与建筑结合将是北京市太阳能热 水系统的发展重点技术方向。 （二）太阳能采暖技术 1. 技术综述 太阳能采暖系统是指将太阳能转换成热能，供给建筑物 冬季采暖和全年其他用热的系统，系统主要由太阳能集热系 统、蓄热系统、末端供热采暖系统、自动控制系统和其它能 源辅助加热换热设备集合构成。 2. 技术要点和成熟度 太阳能采暖系统技术较成熟。太阳能采暖供热系统类型 的选择应根据所在地区气候、 太阳能资源条件、 建筑物类型、 建筑物使用功能、业主要求、投资规模、安装条件等因素综22 合确定。系统设计应充分考虑施工安装、操作使用、运行管 理、部件更换和维护等要求，做到安全、可靠、使用、经济、 美观。 太阳能采暖供热系统应根据不同地区和使用条件采取 防冻、防结霜、防过热、防雷、防雹、抗风、抗震和保证电 力安全等措施。 太阳能采暖供热系统中太阳能集热器的性能应符合国 家官员平板集热器、真空管型集热器相关标准，正常使用寿 命不应少于 10年。 3. 适用条件和限制条件 由于太阳能源自身资源特点。如在冬季供暖最需要热量 时， 太阳能得热量较低，因此， 太阳能供暖系统必须配备 “辅 助热源” ，在农村地区常用的辅助热源有电热水锅炉、清洁 型煤锅炉、燃气炉和低温空气源热泵等。 太阳能采暖系统的末端多采用地板辐射采暖，这是因为 普通散热器末端的热媒温度要求较高（75℃以上） ，而太阳 能系统不易达到该出水温度要求，且以对流散热为主的散热 器舒适性和卫生条件欠佳，采暖效果不够理想，而地板辐射 采暖具有热舒适性、热稳定性好，清洁卫生的特点，其室内 设计温度可以比末端采用散热器的系统低2－3℃， 节 省供热 能耗。地板辐射采暖系统所采用的热媒是低温热水，一般在 60℃以下，而太阳能集热器属中低温热源设备，低温热水的23 末端系统将使太阳能集热系统始终工作在高效率区域。 4. 北京市应用前景分析 在北京地区，太阳能采暖的应用主要集中在新农村建设 领域，作为社会主义新农村建设的一部分，太阳能采暖技术 在北京农村地区已有近 40 万平米建筑的应用。其中平谷区 的应用份额最大，平谷区南宅村、太平庄村、井峪村等 10 余个村镇的整村建设及 1000 余户的太阳能新民居示范户， 建设面积达 40 万余平米，占到北京市农村住宅应用数量的 近 90。其他建设地点，主要分布在平谷区、门头沟区、房 山区、密云县、昌平区等区县，近年来这些区县都相继采用 新建或改造的方式建成了一批农村住宅的太阳能采暖项目。 （三）太阳能光伏发电技术 1. 技术综述 光伏发电是根据光生伏特效应原理,利用太阳能电池将 太阳光能直接转化为电能。光伏发电系统主要由太阳能电池 板（组件） 、控制器和逆变器三大部分组成，太阳能光伏发 电分为独立光伏发电系统、并网光伏电站、分布式光伏发电 站。 独立光伏发电系统也叫离网光伏发电系统。主要由太阳 能电池组件、控制器、蓄电池组成，若要为交流负载供电， 还需要配置交流逆变器。在北京独立太阳能光伏发电的系统 形式主要是太阳能路灯，本文后续独立光伏发电系统，主要24 针对太阳能路灯。 并网光伏电站就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆 变器转换成符合市电电网要求的交流电后直接接入公共电 网，由电网统一调配向用户供电。 分布式光伏发电站，分布式光伏电站指采用光伏组件， 将太阳能直接转换为电能的分布式发电系统，一般单个接入 点装机容量不高于 6MW，接入电压等级不高于 10KV。 2. 技术要点和成熟度 （1）分布式光伏发电系统 1）工业与民用建筑光伏系统应进行专项设计或作为建 筑电气工程设计的一部分 2）光伏组件或方阵的选型和设计应与建筑结合，在综 合考虑发电效率、发电量、电气和结构安全、适用美观的前 提下，合理选用构件型和建材型光伏构件，并与建筑模数相 协调，满足安装、清洁、维护和局部更换的要求。 3）光伏系统输配电与控制缆线应与其他管线统筹安排， 安全、隐蔽、集中布置，满足安装维护的要求。 4） 光伏组件或方阵连接电缆及其输出总电缆应符合 光 伏（PV）组件安全鉴定 第一部分结构要求GB/T20047.1 的相关规定。 5）在人员有可能接触或接近光伏系统的位置，应设置 防触电警示标识。 25 6）并网光伏系统应具有相应的并网保护功能。 7）光伏系统应安装计量装置，并预留检测接口 8） 光伏系统应满足 光伏系统并网技术要求 GB/T19939 关于电压偏差、闪变、频 9）率偏差、相位、谐波、三相平衡度和功率因数等电 能质量指标的要求。 （2）并网光伏电站 1）光伏发电站设计应综合考虑日照条件、土地、建筑 条件、安装和运输条件等因素，并应满足安全可靠、经济适 用、环保、美观、便于安装和维护的要求。 2）光伏发电站设计在满足安全性和可靠性的同时，应 优先采用新技术、新工艺、新设备、新材料。 3）大、中型光伏发电站内宜装设太阳能辐射现场观测 装置。 4）光伏发电站的系统配置应保证输出电力的电能质量 符合国家现行相关标准的规定。 5）接人公用电网的光伏发电站应安装经当地质量技术 监管机构认可的电能计量装置，并经校验合格后投入使用。 6）建筑物上安装的光伏发电系统，不得降低相邻建筑 物的日照标准。 7）在既有建筑物上增设光伏发电系统，必须进行建筑 物结构和电气的安全复核，并应满足建筑结构及电气的安全26 性要求。 8）光伏发电站设计时应对站址及其周围区域的工程地 质情况进行勘探和调查，查明站址的地形地貌特征、结构和 主要地层的分布及物理力学性质、地下水条件等。 9）光伏发电站中的所有设备和部件，应符合国家现行 相关标准的规定，主要设备应通过国家批准的认证机构的产 品认证。 （3）太阳能路灯 1）系统应能在一定的环境温度范围内正常工作（根据 应用区域需求调整温度上、下限） 。 2） 系统应用能在连续 2 个以上阴、雨、雪天时提供正 常照明（根据应用区域条件调整上限） 。 3）应根据地面光照值、或在设定的时间，自动开启和 关闭点光源。 4）表面镀（涂）层应无脱落、无腐蚀、无划痕。 应维 护、检修方便。 5）控制器室和蓄电池室应具有很好的防水措施，应具 有防止蓄电池污染环境的措施。 6）应具有足够的强度，能承受一定风荷载。应有良好 的防雷接地。 7） 各部件应具有防盗措施， 应使用特殊工具才能拆卸。 27 3. 适用条件和限制条件 （1）分布式光伏发电系统 分布式光伏发电系统可在全国各类建筑物和公共设施 上推广，形成分布式建筑光伏发电系统，利用当地各类建筑 物和公共设施建立分布式发电系统，满足电力用户的部分用 电需求，为高耗能企业提供生产用电。但是在选择建设分布 式光伏系统时需要考虑以下几个方面的限制条件。 1）规模小，分布零散，并网政策落实不易，分布式光 伏发电系统，布局分散、所处位置特殊，不便于统一管理、 及时维护，家庭式系统甚至不懂维护，无人维护，所以设备 的完好率无法保证，产能效率低，设备寿命降低。 2）如果在同一区域内出现多个电源，会导致在电路系 统改造、 维护过程中的不可控因素增多， 风险系数直线上升。 此外，由于线路改造调整而带来的安全隐患也将大大增加。 3）另外，由于日夜交替、阴天下雨等因素，分布式光 伏发电的出力不具备规律性，加之我国此前一直按照用电负 荷需求来安排电源建设，现在变成多个分布电源供电，变化 很大，容易造成电网电压波动并且影响继电保护的配置，有 大量的技术问题需要解决。 4）在分布式光伏发电 25年的寿命期内，利用屋顶建设 的分布式光伏发电系统屋顶产权很可能在，期限内多次易主， 增加了发电系统所有人的持有风险。 28 （2）地面光伏电站 地面式选址选项多，且不断拓展出新的用地模式，地面 式选址集中在山体、滩涂、沼泽、戈壁、沙漠、受污染土地 等闲置或废弃土地上。近来，一些新模式的出现，为“地面 式”选址提供了丰富的选项，比如，建在鱼塘的渔光互补模 式和建立在菜棚上的农光互补模式等，打破了地面光伏电站 的用地限制。地面光伏电站限制条件。 1）选址风险 一般地面光伏发电选址原则上是选择未利用地、建设用 地、允许建设用地、有条件建设区等。耕地、林地等不能建 设。受土地、光伏资源的限制，地面光伏发电站往往规划在 滩涂、丘陵、戈壁、沙漠等地貌类型的场地。在这些场地修 建的地面光伏发电站， 可能因为地下水位高、 持力层埋深大、 地形起伏大而产生高额的投资费用。 2）电网接入问题 太阳能光伏发电作为一种清洁的新能源，要使它进入企 业或家庭，最终还是要通过国家电网输送。地面光伏发电站 往往规划在滩涂、丘陵、戈壁、沙漠等地貌类型的场地，这 使得变电站远近、容量、备用间隔、是否能扩容间隔，是否 能 T 接等信息至关重要。 3）环保要求 光伏电站的建设必须重视对生态的保护。如果不顾场区29 地形条件和原有生态环境，盲目套用传统的土建施工方式会 引发植被破坏、水土流失、施工扬尘、废浆废水等种种问 题。 另外光伏支架基础在光伏发电站服务期满后为最大宗的 固体废弃物，没有有效的回收处理措施，这些固体废弃物的 环境污染实质上是对我国现有土地资源的浪费和侵占，降低 和限制了土地资源的再利用。 （3）太阳能路灯 太阳能路灯广泛应用于城镇、乡村、公路、高速公路、 桥梁等公用设施照明。太阳能路灯在实际应用中会遇到一些 问题，这些问题会阻碍太阳能路灯的推广和发展。 1） 价格问题。 价格是阻碍太阳能路灯发展的主要因素。 从投资成本上来考虑，太阳能路灯远远高于传统的路灯。 2）蓄电池问题。有些蓄电池质量很差，实际充电量只 有百分之五十左右，如果连续阴雨天的话，就不能满足夜间 的照明需求，所以蓄电池在选择非常重要。 3）控制器的选择。控制器看上去很小，但他在整个系 统中却担当着很重要的角色。很多太阳能路灯生产厂家会采 用廉价的控制器来降低成本，这样会影响整个太阳能路灯的 使用寿命。盲目追求低成本，缺害了自己的信誉度，真是得 不偿失。 4）防盗问题。在一些实际的工程案例中，由于在安装 的时候忘了做防盗措施，结果蓄电池被偷了，整个路灯不能30 工作，也造成了经济上的损失。 4. 北京市应用前景分析 近年来，我市实施了“金太阳”工程等重大示范项目， 开展了延庆国家绿色能源示范县，亦庄光伏发电集中应用示 范区，顺义、海淀国家分布式光伏发电示范区，昌平国家新 能源示范城市的建设，太阳能光伏利用规模和水平有显著的 提升。截至 2014 年，太阳能光伏发电装机容量达到 140 兆 瓦，年发电量达到 1.54亿千瓦时。 与建筑结合的分布式光伏发电是北京市光伏发电的重 点，北京市既有建筑物建筑面积合计 6.8 亿平方米，新建建 筑竣工面积每年约为 4000 万平方米，分布式光伏发电需求 巨大。 此外， 仍有一部分河滩、 废弃矿山等难以开发的土地， 在郊区还有非常大规模的大型农业设施，可因地制宜建设光 伏电站。 二、地热能应用技术 地热能资源是指能够经济地被人类利用的地球内部的 地热能、地热流体及其有用组分。目前可利用的地热能主要 包括浅层地温能，指蕴藏在地表以下一定深度（一般小于 200 米）范围内岩土体、地下水和地表水中的热能，一般温 度低于 25 度；水热型地热能，是指蕴藏在地下水中、通过 天然通道或人工钻井进行开采利用的地热能。埋深介于 200-4000米之间， 温度一般在25度以上； 增强型地热系统。31 是指通过钻井建立地下人工热小环系统获取地热能的系统。 埋深一般大于 4000米，温度大于200度。 目前应用广泛的地热能利用技术主要包括浅层地温能 供热制冷技术、中低温地热水供热技术、地热发电技术、地 热水直接利用技术。北京市主要应用的浅层地温能供热技术、 中低温地热水供热技术。 （一）浅层地温能供热技术 浅层地温能开发利用的主要方式是利用热泵技术对建 筑物进行供热制冷，是建筑节能的重要途径。 1. 技术综述 地源热泵系统以岩土体、地下水或地表水为低位热源， 通过少量的高位电能输入，将冷热量有低位能向高位能的专 一，实现供热或供冷目的。系统主要由热泵机组、地热能交 换系统、建筑物内系统组成。根据地热能交换系统形式的不 同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热 泵系统和地表水地源热泵系统三种。 图10. 热泵机 组工 作原 理图 32 图11. 热泵系 统分 类 （1）地埋管热泵系统 地埋管热泵系统也称土壤源热泵系统，其利用传热介质 通过土壤换热器与岩土体进行热交换，通过热泵为建筑进行 供热制冷和提供生活热水。土壤换热器有水平和竖直两种埋 置方式。 （2）地下水热泵系统 地下水热泵系统以地下水作为地为热源，利用热泵技术 为建筑进行供热制冷。根据地下水是否直接流经水源热泵机 组， 地下水热泵系统分为直接和简介两种系统。 直接系统中， 地下水经处理后直接流经水源热泵机组，它适用于水质好、 具有较高的稳定水位的情况；与直接系统相比，间接系统在 地下水循环侧与热泵之间增加了中间换热器，它能避免地下 水对热泵机组、水环路及附件